Pluton

Sur Pluton, la glace d’eau forme des montagnes et la glace d’azote s’écoule

La température à la surface de Pluton se situe entre environ −226°C et −240°C. À ces températures, la glace d’eau est assez dure pour soutenir des montagnes. La glace d’azote, en revanche, peut s’écouler comme un glacier sur de très longues durées. Là où elle forme une couche épaisse, elle peut aussi monter et descendre lentement tout en restant solide. Les montagnes, les glaciers et les plaines polygonales découverts par New Horizons en 2015 ont pris des formes différentes parce que chaque type de glace se comporte à sa manière.

Pluton mesure environ 2 377km de diamètre, soit à peu près les deux tiers du diamètre de la Lune. Il se trouve en moyenne à environ 39AU du Soleil et met 248 ans à accomplir une orbite. Son orbite étant allongée, sa distance au Soleil varie d’environ 30AU à 49AU. Au fil de ces changements, une partie des glaces d’azote, de méthane et de monoxyde de carbone présentes en surface devient gazeuse ou gèle de nouveau, passant ainsi entre le sol et l’atmosphère.

• Environ 2 377km Diamètre de Pluton
• Environ 39AU en moyenne Près de 39 fois la distance entre la Terre et le Soleil
• Environ 153 heures Temps nécessaire à Pluton pour tourner une fois sur elle-même
• Environ 248 ans Temps nécessaire à Pluton pour faire le tour du Soleil

La glace d’eau forme les montagnes, tandis que la glace d’azote s’écoule

Sur les images de New Horizons, certaines montagnes de Pluton atteignent 2 à 3km de haut. La glace d’azote et la glace de méthane sont trop tendres pour soutenir longtemps de tels reliefs. Les scientifiques en déduisent donc que les montagnes sont surtout constituées de glace d’eau, plus dure. Les observations spectroscopiques dans l’infrarouge ont également détecté cette glace d’eau sur de vastes régions. À certains endroits, des glaces d’azote, de méthane et de monoxyde de carbone la recouvrent et masquent son signal.

Même aux basses températures de Pluton, la glace d’azote peut se déformer comme un glacier si elle dispose de suffisamment de temps. Les images montrent des traces de son écoulement depuis les hauteurs vers un bassin plus bas et de son passage autour d’obstacles. Les blocs de glace d’eau sont moins denses que la glace d’azote qui les entoure et peuvent remonter à sa surface. Ils se sont regroupés le long du bord de Sputnik Planitia.

Sur Pluton, les matières que l’on appelle toutes « glace » n’ont pas les mêmes propriétés. La glace d’eau forme un sol dur, tandis que la glace d’azote s’écoule comme un glacier et transforme la surface.

La glace d’azote solide circule lentement dans Sputnik Planitia

Sputnik Planitia, large d’environ 1 000km, se trouve dans la moitié ouest de la région Tombaugh, qui évoque un cœur. Ce bassin en contrebas est un immense glacier composé principalement de glace d’azote, mêlée à des glaces de méthane et de monoxyde de carbone. Sa surface est couverte de zones polygonales larges de 16 à 48km et ne présente presque aucun cratère d’impact. Cela signifie qu’elle a été recouverte bien plus récemment que les terrains très cratérisés qui l’entourent.

Les polygones s’expliquent par un modèle dans lequel une couche de glace d’azote solide épaisse de plusieurs kilomètres circule extrêmement lentement. La glace légèrement réchauffée par-dessous remonte, tandis que celle qui refroidit à la surface se déplace vers le bord des polygones et redescend. Cela ne veut pas dire que l’azote est liquide ou qu’il bout. Même une glace solide qui paraît rigide peut bouger sur une longue durée et recouvrir le terrain avec de la glace plus récente.

Un petit nombre de cratères indique qu’une surface a changé après les terrains voisins. Toutefois, les images seules ne permettent pas de savoir exactement quand toute la plaine a changé, ni si toutes ses parties ont évolué au même rythme.

Les glaces de surface alimentent la fine atmosphère

L’atmosphère de Pluton est surtout composée d’azote, avec aussi du méthane et du monoxyde de carbone. Lorsque la lumière du Soleil fait passer la glace d’azote de la surface directement de l’état solide à l’état gazeux, l’atmosphère s’épaissit. Quand la température baisse, une partie du gaz gèle de nouveau sur le sol. La pression atmosphérique ne dépend donc pas seulement de la distance au Soleil. Les régions éclairées et la façon dont la chaleur conservée sous le sol modifie la température de surface ont aussi leur importance.

Lorsque New Horizons a observé la lumière du Soleil traversant l’atmosphère depuis l’arrière de Pluton, la sonde a distingué plusieurs couches de brume à plus de 160km au-dessus du sol. Dans la haute atmosphère, les ultraviolets décomposent le méthane et produisent diverses particules d’hydrocarbures. En retombant au sol, celles-ci contribuent aux matières qui donnent à la surface sa teinte brun rougeâtre. La brume elle-même paraît bleue parce que ses minuscules particules diffusent plus efficacement la lumière bleue.

Une grande partie de l’atmosphère pourrait geler lorsque Pluton s’éloigne du Soleil, mais la distance seule ne permet de prévoir ni le moment où cela se produira ni la quantité qui subsistera. Le survol de 2015 n’a mesuré qu’un seul instant de l’orbite de 248 ans. Pour suivre l’évolution de l’atmosphère sur le long terme, les astronomes doivent poursuivre les observations d’occultations, quand la lumière d’une étoile traverse l’atmosphère de Pluton.

1. Sublimation Une partie des glaces d’azote et de méthane éclairées par le Soleil devient gazeuse et alimente l’atmosphère.
2. Transport atmosphérique Le gaz se répand vers d’autres régions et gèle de nouveau là où il fait plus froid.
3. Écoulement glaciaire La glace d’azote accumulée se déplace lentement des hauteurs vers le bassin de Sputnik.
4. Convection à l’état solide L’épaisse couche de glace d’azote du bassin circule de bas en haut et renouvelle la surface.

De grandes fractures suggèrent qu’un océan pourrait subsister sous terre

Pluton possède de grandes fractures qui s’étendent sur des centaines de kilomètres. Si l’ensemble de l’astre s’était contracté, sa surface devrait montrer de nombreuses traces de compression et de plissement. Or, les marques les plus nettes indiquent plutôt que la croûte de glace s’est étirée et fendue. Des modèles expliquent ces fractures soit par de l’eau souterraine qui aurait lentement gelé et augmenté de volume, soit par de l’eau encore liquide qui aurait poussé contre la croûte glacée.

La position de Sputnik Planitia offre un autre indice en faveur d’un possible océan souterrain. Si de l’eau liquide subsiste sous le bassin, ou si une épaisse couche de glace d’azote l’a rendu plus lourd que ses alentours, le bassin a pu se déplacer jusqu’à sa position actuelle pendant la rotation de Pluton. Mais aucune sonde en orbite n’a encore cartographié précisément la gravité de Pluton ni mesuré d’ondes sismiques sur place. L’océan souterrain est donc un modèle solide capable d’expliquer plusieurs reliefs, et non une couche d’eau directement confirmée.

Une seule sonde a observé Pluton de près

New Horizons a été lancée en 2006 et est passée à environ 12 500km de la surface de Pluton le 14 juillet 2015. Elle reste la seule sonde à avoir étudié Pluton de près. Ses caméras, spectromètres et détecteurs de particules ont recueilli environ 6,25GB de données, dont la transmission complète vers la Terre a pris plus de 15 mois.

Le survol a révélé en détail le relief et la structure atmosphérique d’un hémisphère, mais il n’a pas pu mesurer l’évolution saisonnière des mêmes régions. L’existence d’un océan souterrain, l’épaisseur exacte de la couche de glace d’azote et l’évolution à long terme de la pression atmosphérique reposent encore sur des indices indirects. Pour répondre plus précisément à ces questions, il faudrait une sonde restant longtemps en orbite autour de Pluton afin d’observer son relief, sa gravité et son atmosphère à différentes périodes.

La surface d’une planète naine peut elle aussi continuer à changer

Pluton a été classé parmi les planètes naines selon la définition adoptée en 2006 par l’Union astronomique internationale. Ce nom sert simplement à classer les corps qui tournent autour du Soleil ; il ne signifie pas que Pluton est une boule de glace immobile. Des montagnes de glace d’eau s’y dressent, des glaciers d’azote s’y écoulent et les glaces de surface échangent de la matière avec l’atmosphère. New Horizons a montré que le paysage peut continuer à changer même sur un monde petit et extrêmement froid.

Sources

• NASA Science — Pluto Facts
• NASA Science — New Horizons
• NASA — Pluto’s Heart: Like a Cosmic “Lava Lamp”
• NASA — New Findings Shape Understanding of Pluto and Its Moons
• NASA — New Horizons Discovers Flowing Ices on Pluto
• NASA — Pluto’s Widespread Water Ice
• NASA Science — Pluto at Twilight
• NASA — Scientists Probe Mystery of Pluto’s Icy Heart