eso0908 – Communiqué scientifique
2 mars 2009
Utilisant le Very Large Telescope de l’ESO, les astronomes ont acquis de nouvelles connaissances précieuses sur l’atmosphère de la planète naine Pluton. Les scientifiques ont trouvé des quantités inattendues de méthane dans l’atmosphère, et ont également découvert que l’atmosphère est plus chaude que la surface d’environ 40 degrés, bien qu’elle n’atteigne encore qu’un frigide moins 180 degrés Celsius. Ces propriétés de l’atmosphère de Pluton peuvent être dues à la présence de plaques de méthane pur ou d’une couche riche en méthane recouvrant la surface de la planète naine.
« Avec beaucoup de méthane dans l’atmosphère, on comprend mieux pourquoi l’atmosphère de Pluton est si chaude », explique Emmanuel Lellouch, auteur principal de l’article rapportant les résultats.
Pluton, qui fait environ un cinquième de la taille de la Terre, est composée principalement de roche et de glace. Comme elle est environ 40 fois plus éloignée du Soleil que la Terre en moyenne, c’est un monde très froid avec une température de surface d’environ moins 220 degrés Celsius !
On sait depuis les années 1980 que Pluton possède également une atmosphère ténue , qui consiste en une fine enveloppe composée principalement d’azote, avec des traces de méthane et probablement de monoxyde de carbone. Lorsque Pluton s’éloigne du Soleil, au cours de son orbite qui dure 248 ans, son atmosphère se fige progressivement et tombe au sol. Dans les périodes où elle est plus proche du Soleil – comme c’est le cas actuellement – la température de la surface solide de Pluton augmente, provoquant la sublimation de la glace en gaz.
Jusqu’à récemment, seules les parties supérieures de l’atmosphère de Pluton pouvaient être étudiées. En observant des occultations stellaires, un phénomène qui se produit lorsqu’un corps du système solaire bloque la lumière d’une étoile de fond, les astronomes ont pu démontrer que la haute atmosphère de Pluton était environ 50 degrés plus chaude que la surface, soit moins 170 degrés Celsius. Ces observations n’ont pas permis de faire la lumière sur la température et la pression atmosphérique près de la surface de Pluton. Mais de nouvelles observations uniques, réalisées avec le spectrographe CRyogenic InfraRed Echelle (CRIRES), attaché au Very Large Telescope de l’ESO, ont maintenant révélé que l’atmosphère dans son ensemble, et pas seulement la haute atmosphère, a une température moyenne de moins 180 degrés Celsius, et donc qu’elle est effectivement « beaucoup plus chaude » que la surface.
Contrairement à l’atmosphère terrestre , la majeure partie, voire la totalité, de l’atmosphère de Pluton subit donc une inversion de température : la température est plus élevée, plus on regarde haut dans l’atmosphère. Le changement est d’environ 3 à 15 degrés par kilomètre. Sur Terre, dans des circonstances normales, la température diminue à travers l’atmosphère d’environ 6 degrés par kilomètre.
« Il est fascinant de penser qu’avec CRIRES, nous sommes capables de mesurer avec précision les traces d’un gaz dans une atmosphère 100 000 fois plus ténue que celle de la Terre, sur un objet cinq fois plus petit que notre planète et situé aux confins du système solaire », déclare Hans-Ulrich Käufl, co-auteur. « La combinaison de CRIRES et du VLT revient presque à avoir un satellite de recherche atmosphérique avancé en orbite autour de Pluton. »
La raison pour laquelle la surface de Pluton est si froide est liée à l’existence de l’atmosphère de Pluton, et est due à la sublimation de la glace de surface ; un peu comme la sueur rafraîchit le corps en s’évaporant de la surface de la peau, cette sublimation a un effet de refroidissement sur la surface de Pluton. À cet égard, Pluton partage certaines propriétés avec les comètes, dont la coma et les queues proviennent de la sublimation de la glace lorsqu’elles s’approchent du Soleil.
Les observations de CRIRES indiquent également que le méthane est le deuxième gaz le plus courant dans l’atmosphère de Pluton, représentant un demi pour cent des molécules. « Nous avons pu montrer que ces quantités de méthane jouent un rôle crucial dans les processus de chauffage de l’atmosphère et peuvent expliquer la température atmosphérique élevée », déclare Lellouch.
Deux modèles différents peuvent expliquer les propriétés de l’atmosphère de Pluton. Dans le premier, les astronomes supposent que la surface de Pluton est recouverte d’une fine couche de méthane, ce qui inhiberait la sublimation du givre d’azote. Le second scénario invoque l’existence de plaques de méthane pur à la surface.
« La discrimination entre les deux nécessitera une étude plus approfondie de Pluton au fur et à mesure qu’elle s’éloigne du Soleil », déclare Lellouch. « Et bien sûr, la sonde spatiale New Horizons de la NASA nous fournira également d’autres indices lorsqu’elle atteindra la planète naine en 2015. »
Notes
La pression atmosphérique sur Pluton ne représente qu’un cent millième de celle de la Terre, soit environ 0.015 millibars.
Habituellement, l’air près de la surface de la Terre est plus chaud que l’air au-dessus, en grande partie parce que l’atmosphère est chauffée par le bas lorsque le rayonnement solaire réchauffe la surface de la Terre qui, à son tour, réchauffe la couche de l’atmosphère directement au-dessus. Dans certaines conditions, cette situation s’inverse et l’air est plus froid près de la surface de la Terre. Les météorologues appellent cela une couche d’inversion, et cela peut provoquer l’accumulation de smog.
Plus d’informations
E. Lellouch et al. 2009, A&A, sous presse, Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations.
L’équipe est composée de E. Lellouch, B. Sicardy, et C. de Bergh (Observatoire de Paris, France), H.-U.. Käufl (ESO), S. Kassi et A. Campargue (Université Joseph Fourier, France).
Contacts
Emmanuel Lellouch
Observatoire de Paris
Paris, France
Téléphone : +33 1 450 77 672
Email : [email protected]
Hans-Ulrich Käufl
ESO
Garching, Allemagne
Tel : +33 1 450 77 672 I92
Cell : +49 160 6365135
Email : [email protected]
Henri Boffin
ESO
Garching, Allemagne
Tel : +49 89 3200 6222 I92
Email : [email protected]
Valentina Rodriguez
ESO
Chili
Tel : +56 2 463 3123
Email : [email protected]
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