Système plutonien

Le système plutonien est une des composantes du Système solaire externe. Il comprend six[2] corps célestes liés par la gravité : Pluton et Charon, les deux corps principaux, et Styx, Nix, Kerbéros et Hydre, quatre satellites de tailles nettement inférieures.

Exemple d'un système plutonien
(Toutes les données orbitales concernent le centre de masse du système)

Description de cette image, également commentée ci-après

Image de la découverte de Styx (entouré) par le télescope spatial Hubble, avec les orbites des satellites extérieurs dessinées. En comparaison des autres corps, Pluton et Charon sont montrés avec une luminosité grandement réduite.

Caractéristiques orbitales
Époque ??? (JJ 24?????.5)
Établi sur ?observ. couvrant ? (U = ?)
Demi-grand axe (a)	5 906 450 638 km (39,482 183 87 ua)
Périhélie (q)	4 436 824 613 km (29,66 ua)
Aphélie (Q)	7 375 927 931 km (49,31 ua)
Excentricité (e)	0,250 248 71
Période de révolution (P_rév)	90 613,305 8 j (248 a 31 j 7,34 h rétrograde)
Inclinaison (i)	17,141 75°
Longitude du nœud ascendant (Ω)	110,303 47°
Argument du périhélie (ω)	113,763 29°
Catégorie	Système de planète(s) naine(s) avec satellites.

Caractéristiques physiques
Masse (m)	1,46 × 10²² kg[1]

Découverte
Date	18 février 1930
Découvert par	Clyde W. Tombaugh (Pluton)

Contrairement à la plupart des couples connus, dont le centre de gravité (ou barycentre)[alpha 1] se trouve à l'intérieur de l'objet principal (comme le couple Terre–Lune), le couple Pluton–Charon forme un système binaire et son barycentre se situe à l'extérieur de Pluton. Cette particularité est due au rapport des masses des deux corps, qui est assez grand, la masse de Charon valant environ 12 % de celle de Pluton.

Cela permet plusieurs terminologies : Pluton peut être qualifiée de « planète naine » et Charon devient l'un de ses satellites, mais d'autres astronomes choisissent de qualifier le couple de « planète naine double »[3]. Pour l'Union astronomique internationale, seul Pluton est officiellement une planète naine et donc, de fait, Charon continue d'avoir le statut de satellite naturel de Pluton. En revanche, Hydre et Nix étant 300 fois moins massifs que Charon, et Kerbéros et Styx encore plus petits, ils sont clairement des satellites de la planète naine ou de la planète naine double. L'expression « système plutonien » est utilisée ici pour désigner l'ensemble sans trancher entre ces positions.

Historique

Images du système plutonien par le télescope spatial Hubble.

Pluton a été découvert le 18 février 1930 par l'astronome américain Clyde William Tombaugh (1906-1997). L'objet le plus proche de Pluton, Charon, a été découvert près de cinquante ans plus tard, le 22 juin 1978, par l'astronome américain James W. Christy. Les satellites Hydre et Nix ont été photographiés par le télescope spatial Hubble et découverts par l'équipe du Pluto Companion Search en mai 2005. Quant aux deux autres lunes, Kerbéros est découverte le 20 juillet 2011 et Styx le 11 juillet 2012. Du fait de la sensibilité du télescope et que toute la région de l'espace où le champ gravitationnel de Pluton est dominant a été photographiée, il était peu probable qu'un autre satellite de plus de 20 km de diamètre existe sans avoir été détecté. Cette absence de compagnons supplémentaires a été confirmée lors de la traversée du système par la sonde New Horizons en juillet 2015[2].

Le 11 février 2013, l'Institut SETI lance la campagne Pluto Rocks!, qui permet aux internautes de voter pour les noms qu'ils préféreraient voir attribués à S/2011 (134340) 1 et S/2012 (134340) 1, surnommés officieusement P4 et P5. Le site permet aussi de proposer des noms tant qu'ils respectent les règles de l’Union astronomique internationale. Le vote était ouvert jusqu'au 25 février 2013[4]. Le 2 juillet 2013, l'UAI annonce officiellement avoir approuvé les noms Kerbéros et Styx pour respectivement P4 et P5.

Le système plutonien est visité pour la première fois en juillet 2015 par la sonde spatiale New Horizons.

Liste des objets du système

La liste suivante recense les objets connus du système[5] - [6] - [7] - [8].

Nom	Désign. provisoire	Désign. syst.	Dimensions (km)	Masse (10²¹ kg)	Demi-grand axe (km)	Période de révolution (d)	Exc.	Incl. (°)	Déc.
Pluton	—	—	2 370 ± 20[8]	13,05 ± 0.07	2 390	6,387230	0	—	1930
Charon	S/1978 P 1	Pluton I	1 208 ± 2[8]	1,52 ± 0.06	17 181 ± 4	6,387230	0	0,00 ± 0.014	1978
Nix	S/2005 P 2	Pluton II	42 x 36[9]	‍ <0.005	48 675 ± 120	24,85463 ± 0,00003	0,002	0,04 ± 0.22	2005
Hydre	S/2005 P 1	Pluton III	55 × 40[9]	‍ <0.005	64 780 ± 90	38,20177 ± 0,00003	0,005	0,22 ± 0,12	2005
Kerbéros	S/2011 (134340) 1 (alias P4)	Pluton IV	~13	?	52 000 ± 2000	32,16756 ± 0,00014	‍ ~0	‍ ~0	2011
Styx	S/2012 (134340) 1 (alias P5)	Pluton V	7 x 5	?	‍ ~ 45 000	20,16155 ± 0,00027	‍ ~0	‍ ~0	2012

Orbites


Couple Pluton–Charon, photographié par New Horizons le 11 juillet 2015. Modélisation d’une vue de biais des orbites de Pluton et de Charon autour de leur barycentre, situé à l’extérieur des deux corps. La synchronicité des rotations est aussi visible.

Pluton et Charon ont parfois été appelées une « planète double » (durant la période où Pluton était considéré comme une planète), Charon étant plus grand comparativement à Pluton (la moitié de son diamètre, le huitième de sa masse) que tout autre satellite par rapport à sa planète. Pluton orbite d'ailleurs autour du barycentre du système, qui est situé en dehors de sa surface. Charon et Pluton sont également synchrones et présentent toujours la même face l'un par rapport à l'autre.

Schéma des orbites du système plutonien. S/2011 (134340) 1 orbite entre les lunes Nix et Hydre.

Styx, Nix, Kerbéros et Hydre sont très proches d'une résonance orbitale 1:3:4:5:6 avec la période orbitale du couple Pluton–Charon. Nix se trouve à 2,7 % de cette résonance et Hydre à 0,3 %. Cette proximité n'est certainement pas un hasard, mais résulte d'une synchronisation avancée.

Il a été émis l'hypothèse de la formation du système plutonien par une collision massive. Cependant, Pluton est l'un des objets les plus rouges du système solaire, tandis que Charon est plutôt gris. Nix est encore plus rouge que Pluton et Hydre légèrement plus gris que Charon. Ces couleurs sont courantes chez les objets de la ceinture de Kuiper, mais leur mélange rend difficilement explicable la création du système à partir d'un seul impact.

Compositions

Le survol du système plutonien par la sonde New Horizons en juillet 2015 a permis l'analyse des surfaces par spectroscopie infrarouge. La structure interne et la composition globale des objets du système n'ont pas été déterminées directement, mais des modèles plausibles sont établis à partir de données globales (masse, moment d'inertie, etc.).

Nix, Hydre et Kerbéros

L'imageur infrarouge de New Horizons a détecté les bandes à 1,5 et 2,0 µm de la glace d'eau à la surface des trois satellites. Sur Nix et Hydre, des bandes à 1,65 et 2,21 µm ont aussi été détectées ; la première est caractéristique de la glace d'eau, et la seconde d'un composé de l'ammoniac (peut-être NH₄Cl, NH₄NO₃ ou (NH₄)₂CO₃[alpha 2]). La proportion de glace d'eau est estimée à 78+12
−22 % sur Nix et à plus de  30 % sur Hydre, et cette glace semble répartie assez uniformément. Une bande à 2,42 µm et peut-être une autre à 2,45 µm ont également été détectées, mais restent non identifiées. En revanche, aucune des bandes caractéristiques des glaces de CO₂, CH₃OH et HCN n'a été détectée[10].

Notes et références

Notes

Dans un couple d'objets célestes, les deux objets tournent autour du barycentre du couple, mais dans la plupart des systèmes planète-satellite le barycentre se distingue à peine du centre de la planète.
Il ne s'agit par contre pas de l'hydrate d'ammoniac (bande à 1,99 µm).

Références

Somme des masses des composantes d'après leurs articles respetifs.
5 : c'est le nombre total et définitif des satellites de Pluton sur le site de Ciel et Espace le 12 juillet 2015.
« Astrocosmos.net - Pluton et Charon », Cet article est antérieur à la reclassification de Pluton en planète naine et exprime peut-être une opinion qui n’est plus défendue aujourd’hui., sur www.astrocosmos.net
THE, « Aidez-nous à nommer les lunes de Pluton ! - The History of Earth »
(en) Marc W. Buie, William M. Grundy, Eliot F. Young, Leslie A. Young, S. Alan Stern, « Orbits and photometry of Pluto's satellites: Charon, S/2005 P1 and S/2005 P2 », Astronomical Journal, vol. 132, n^o 1,‎ 21 mars 2006 (DOI 10.1086/504422)
(en) A. J. Steffl, M. J. Mutchler, H. A. Weaver, S. A. Stern, D. D. Durda, D. Terrell, W. J. Merline, L. A. Young, E. F. Young, M. W. Buie, J. R. Spencer, « New Constraints on Additional Satellites of the Pluto System », Astronomical Journal, vol. 132, n^o 2,‎ 20 juin 2006 (DOI 10.1086/505424)
(en) M. R. Showalter et D. P. Hamilton, « Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons », Nature, vol. 522, n^o 7554,‎ 3 juin 2015, p. 45–49 (DOI 10.1038/nature14469)
(en) « How Big Is Pluto? New Horizons Settles Decades-Long Debate », sur New Horizons, 13 juillet 2015.
Tricia Talbert, « New Horizons Captures Two of Pluto's Smaller Moons », 21 juillet 2015
(en) Jason C. Cook, Cristina M. Dalle Ore, Silvia Protopapa, Richard P. Binzel, Richard Cartwright et al., « Composition of Pluto’s small satellites: Analysis of New Horizons spectral images », Icarus, vol. 315,‎ 15 novembre 2018, p. 30-45 (DOI 10.1016/j.icarus.2018.05.024).

Voir aussi

Bibliographie

Alain Doressoundiram et Emmanuel Lellouch, Aux Confins du système solaire, 2008 [détail de l’édition]
(en) Richard P. Binzel, William M. Grundy, Kelsi N. Singer et Oliver L. White, « Pluto System, Kuiper Belt, and Kuiper Belt Objects », Icarus, vol. 356,‎ 1^er mars 2021 (présentation en ligne)

Liens externes

(en) Pluto Fact Sheet
(en) Hubble Spots Possible New Moons Around Pluto (NASA)
Animation du système plutonien (fichier .mpg)

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