Charon (lune)

• 22 juin 1978 – 7 juillet 1978 : découverte, pas encore de nom officiel attribué ;
• 7 juillet 1978 – 3 janvier 1986 : 1978 P 1 par l'IAUC 3241[9] ;
• 3 janvier 1986 – 13 septembre 2006 : Pluton I Charon (désignation internationale Pluto I Charon) par l'IAUC 4157[7] ;
• depuis le 13 septembre 2006 : (134340) Pluton I Charon (désignation internationale (134340) Pluto I Charon) par l'IAUC 8747[10].

Des observations d'occultations du couple Pluton–Charon ont permis, en 2005, d'estimer le diamètre de Charon à (1 207,2 ± 2,8) kilomètres ; cette valeur a été confirmée avec les mesures réalisées par l'instrument LORRI de la sonde New Horizons lors de son passage dans le système plutonien en juillet 2015[11]. Charon est donc d'une taille comparable à certains satellites des géantes gazeuses, comme Téthys (satellite de Saturne) ou Umbriel (satellite d'Uranus). Le diamètre de Charon est environ le tiers de celui de la Lune et fait un peu plus de la moitié de celui de Pluton lui-même. En 2007, il s'agissait également de l'un des plus gros objets transneptuniens connus, après Éris, Pluton, Orcus, Quaoar et probablement Sedna.

La découverte de Charon a permis de calculer la masse du système plutonien et les occultations mutuelles des deux corps ont révélé leur taille. La découverte des lunes extérieures de Pluton en 2005 a permis de déterminer les masses respectives de Pluton et Charon : la masse de Charon vaut approximativement 11,65 % de celle de Pluton (environ un neuvième). En conséquence, la masse de Charon atteint 1,52 ± 0,06×10²¹ kilogrammes[1], soit environ un quatre-millième de celle de la Terre et un peu plus d'un cinquantième (2%) de celle de la Lune. Sa masse volumique est de 1,65 ± 0,06 gramme par centimètre cube[1], comparable aux satellites d'Uranus Titania et Obéron.

Charon ne possède aucune atmosphère détectable[12]. Dans un article publié en août 2016, Alan Stern et ses collaborateurs montrent que la pression partielle de 14 espèces chimiques atomiques ou moléculaires est, pour chacune d'elles, inférieure à 0,3 nanobar (c'est-à-dire 30 micropascals).

Charon et sa zone sombre dite « Mordor » en haut de l'image.

Détail de la surface de Charon. Un pic rocheux dans une dépression en haut à gauche semble être la caractéristique la plus intrigante[13].

À la différence de Pluton, qui est recouvert de glaces de méthane et d'azote, la surface charontienne semble être principalement constituée de glace d'eau moins volatile. En 2007, des observations de l'observatoire Gemini semblent avoir mis en évidence des zones d'hydrates d'ammoniac et de cristaux d'eau à la surface de Charon, suggérant des geysers froids[14].

Les observations faites par la sonde New Horizons en juillet 2015 montrent que la surface de Charon, densément cratérisée, est vieille d'au moins quatre milliards d'années. Mais il y a eu vers cette époque une activité intense[15] : des coulées de glace d'ammoniac, de vastes plaines inondées de glace d'eau dans l'hémisphère sud, une ceinture de canyons jusqu'à cinq fois plus profonds que le Grand Canyon du Colorado, et au pôle nord une calotte rouge qui pourrait être constituée de méthane et d'azote (la couleur rouge serait due à des sous-produits d'hydrocarbures), dénommée Mordor[16].

carte caractéristique de Charon 2018

Après une demande en 2015 de l'Union astronomique internationale pour des suggestions de noms pour nommer des montagnes, des cratères, etc. sur la lune, il a été décidé en 2018 d'utiliser des noms de personnages littéraires, d'explorateurs et de la mythologie. Par exemple, 'Butler Mons', 'Clarke Montes', 'Kubrick Mons', 'Nemo Cratère', 'Dorothy Cratère'[17].

La densité de Charon montre qu'il s'agit principalement d'un corps glacé et qu'il contient moins de roches en proportion de son volume que Pluton (55 ± 5 % de roches et 45 % de glace, contre 70 % de roches pour Pluton), ce qui est cohérent avec l'hypothèse d'une création à la suite d'un impact géant dans le manteau glacé de Pluton. Il existe deux théories différentes sur la composition interne de Charon : soit un corps différencié comme (potentiellement) Pluton, possédant un noyau rocheux et un manteau glacé, soit un corps possédant une composition uniforme. Des indices en faveur de la première hypothèse furent trouvés en 2007, lorsque des observations réalisées par l'observatoire Gemini suggérèrent la présence de cryovolcanisme. La présence de glace cristalline à la surface de Charon indique qu'elle y a été récemment déposée, car le rayonnement solaire aurait dégradé une glace plus ancienne en un état amorphe après plus de 30 000 ans[14].

Plaquette photographique originale de la découverte de Charon le 22 juin 1978.

Charon fut découvert le 22 juin 1978 lorsque James W. Christy réalisa que l'image de Pluton apparaissant sur des plaques photographiques prises dans les deux mois précédents semblait présenter une protubérance tantôt d'un côté, tantôt de l'autre[19] - [20]. La protubérance fut confirmée sur d'autres plaques, dont la plus ancienne datait du 29 avril 1965. Des observations ultérieures de la protubérance montrèrent qu'elle était causée par un petit corps. La périodicité de la protubérance correspondait à la période de rotation de Pluton, laquelle était connue à partir de sa courbe de luminosité, indiquant une orbite synchrone et suggérant qu'il s'agissait d'un effet réel et non d'un artefact d'observation.

La Terre étant sur le point de passer à travers le plan orbital de Charon, il fut alors possible d'observer plusieurs occultations mutuelles de Pluton et Charon entre 1985 et 1990. Ce phénomène ne se produit que deux fois pendant une révolution de Pluton autour du Soleil, qui dure 248 ans. En déterminant quelle portion de l'objet serait couverte à quel moment et en observant la courbe de luminosité, les astronomes furent capables de construire une carte grossière des surfaces lumineuses et sombres des deux objets.

Des images de Pluton et de Charon résolus comme deux disques séparés furent prises pour la première fois par le télescope spatial Hubble dans les années 1990. Plus tard, le développement de l'optique adaptative rendit possible cette observation depuis les télescopes terrestres.

La sonde New Horizons, lancée en 2006, est la première sonde à visiter le système plutonien. Elle a survolé Charon à moins de 27 000 kilomètres le 14 juillet 2015.

Pluton (en anglais Pluto) et trois de ses lunes photographiés par le télescope spatial Hubble.

La résolution du problème à deux corps indique que deux corps célestes isolés orbitent autour du barycentre du système. Si un corps est largement plus massif que l'autre, le barycentre est situé dans les profondeurs du premier permettant simplement de dire en première approximation que le plus petit orbite autour du plus massif, solution applicable à tous les satellites des planètes du Système solaire, y compris de la Lune autour de la Terre, le couple où le ratio des masses en jeu est le plus près de l’unité (néanmoins à seulement 1,2:100). Avec plus de 10 % de la masse du système provenant du corps secondaire et un barycentre situé à l’extérieur des deux corps, le couple Pluton–Charon représente un cas très particulier, unique dans le Système solaire pour des corps aussi massifs. Cette situation positionne Charon dans une zone grise, alimentant les discussions sur son statut.

En 2006, lors de la tentative de définition officielle précise du terme « planète » par l'Union astronomique internationale, il fut proposé qu'une planète soit définie comme un corps orbitant autour du Soleil et suffisamment grand pour être de forme globalement sphérique. Selon cette proposition, Charon aurait été considéré comme une planète, puisqu'un satellite aurait été explicitement défini comme tournant autour d'un barycentre situé à l'intérieur du corps principal. La définition finalement adoptée exige qu'une planète ait également éliminé tout objet de taille comparable sur son orbite. Un objet répondant aux précédents critères mais pas au dernier est qualifié de planète naine et Pluton a donc reçu cette nouvelle classification. Charon n'a pas été explicitement classée et reste donc, pour le moment, officiellement considéré comme satellite de Pluton.

Toutefois en accord avec la définition d'une planète naine, Charon pourrait prétendre aussi à ce statut. Dans le Ciel & Espace d'octobre 2008, une interview de l'astronome Keith S. Noll, traitant du statut de Charon, déclara qu'il présentait toutes les critères requis pour être une planète naine. Mais il existe d'autres positions. La première est de considérer que Charon est une lune de planète naine, qui par la définition actuelle ne peut être lui-même une planète naine. La seconde serait de reclasser les deux objets réunis comme une « planète naine double »[21](officiellement « système binaire de planètes naines »).

Son statut fait débat, mais une décision devrait être prise dans un avenir plus ou moins proche pour trancher la question.

Les autres objets du système plutonien orbitent également autour de ce barycentre ; étant donné leur faible masse ils sont simplement considérés comme des satellites de Pluton ou, selon la discussion précédente, du couple Pluton-Charon[22]. Depuis juillet 2012, quatre lunes en sus de Charon sont connues autour de Pluton : Styx, Nix, Kerbéros et Hydre. Si d'autres objets ont échappé aux observations, ils doivent avoir une taille très inférieure à celle de Charon pour ne pas avoir déjà été détectés.

• Alain Doressoundiram et Emmanuel Lellouch, Aux confins du système solaire, Paris, Belin, coll. « Bibliothèque scientifique », 2008, 159 p. [détail des éditions] (ISBN 978-2-7011-4607-2, OCLC 465989020, BNF 41275656)

• (134340) Pluton
• Système plutonien

• (en) « Pluto: Moons: Charon », NASA - Solar System Exploration (consulté le 15 novembre 2007)