Pluton est la plus grande planète naine connue du Système solaire. Auparavant considérée comme la neuvième planète, la plus éloignée du Soleil, son statut a été revu à la baisse en 2006. Ce monde étrange se situe dans la ceinture de Kuiper, une région au-delà de Neptune, riche de centaines de milliers de corps rocheux et glacés, chacun mesurant plus de 100 kilomètres de diamètre, ainsi que d’au moins mille milliards de comètes. La reclassification de Pluton en planète naine en 2006 a suscité la controverse et le débat au sein de la communauté scientifique et du grand public.
L’astronome américain Percival Lowell fut le premier à proposer l’existence de Pluton en 1905, après avoir constaté d’étranges anomalies dans les orbites de Neptune et d’Uranus. Lowell pensait qu’une autre planète devait exercer une influence gravitationnelle sur ces géantes de glace, provoquant ainsi des irrégularités dans leurs orbites. En 1915, il prédit la position de cette mystérieuse planète, mais mourut quinze ans avant sa découverte. Pluton fut finalement découverte en 1930 par Clyde Tombaugh à l’observatoire Lowell, grâce aux prédictions de Lowell et d’autres astronomes.
Première image rapprochée de Pluton et de l’une de ses lunes. Pluton est entourée par la lumière du soleil réfléchie par Charon. NASA/Johns Hopkins APL/Southwest Research Institute/NOIRLab
Pluton a été nommée par Venetia Burney, une jeune fille de 11 ans originaire d’Oxford, en Angleterre, qui a suggéré à son grand-père de nommer ce nouveau monde d’après le dieu romain des Enfers. Son grand-père a ensuite transmis ce nom à l’Observatoire Lowell. Ce nom rend également hommage à Percival Lowell, dont les initiales correspondent aux deux premières lettres du mot «Pluton».
Pendant longtemps, Pluton a été considérée comme un objet unique dans la ceinture de Kuiper. Mais à mesure que les astronomes ont approfondi leurs connaissances sur cette ceinture (et sur la ceinture d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter), ils ont découvert l’existence de nombreux objets semblables à Pluton. À certains égards, Pluton ressemble davantage à Pluton qu’aux autres planètes. La découverte de tous ces nouveaux objets a contraint les astronomes à redéfinir plus précisément le terme «planète» et à déterminer la catégorie à laquelle appartient Pluton.
Image composite d’images en couleurs améliorées de Charon (en haut à gauche) et de Pluton (en bas à droite) prises par la sonde New Horizons de la NASA lors de son survol en 2015. NASA/Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Les trois règles formulées par les astronomes de l’Union astronomique internationale pour définir une planète sont les suivantes: un objet doit orbiter autour du Soleil; il doit être suffisamment massif pour être presque sphérique; et son orbite doit être dégagée de tout objet de masse comparable (autrement dit, il doit exercer une influence gravitationnelle dominante sur son orbite). Pluton remplit les deux premiers critères, mais pas le troisième. Même l’un de ses satellites, Charon, est environ deux fois plus petit que Pluton. Ainsi, au lieu d’être le plus petit des groupes planétaires, Pluton est désormais le «roi» des planètes naines!
Les astronomes pensent que Pluton possède probablement un noyau rocheux. Au-delà, mais toujours en profondeur, se trouve vraisemblablement un océan d’eau, recouvert d’une autre couche de glace. La croûte superficielle est composée de diverses glaces, principalement d’azote, avec d’immenses montagnes de glace et des traces de glace de méthane et de monoxyde de carbone.
Tout comme sa croûte, l’atmosphère de Pluton est composée d’azote, de méthane et de monoxyde de carbone. Elle contient également des particules de brume qui diffusent la lumière bleue. Ces particules proviennent des hautes couches de l’atmosphère de Pluton, où le méthane et l’azote sont ionisés. Par interaction, les ions se combinent pour former des molécules plus complexes et amorcent la formation d’une couche externe de glaces volatiles. À mesure que les particules de brume gagnent en masse, elles pénètrent dans l’atmosphère et y accumulent de plus en plus de glace. Cette «neige» se dépose à la surface de Pluton et prend une couleur gris-rougeâtre.
Pluton étant très éloignée de la Terre, on ignorait presque tout de sa taille et de son état de surface jusqu’en 2015, date à laquelle la sonde New Horizons de la NASA l’a survolée de près. New Horizons a révélé que le diamètre de Pluton est de 2 370 km, soit moins d’un cinquième du diamètre de la Terre et environ deux tiers de celui de la Lune.
Les observations de la surface de Pluton par la sonde New Horizons ont révélé de nombreuses formations, notamment des montagnes atteignant 3 500 mètres d’altitude, comparables aux montagnes Rocheuses terrestres. Bien que la surface de Pluton soit en grande partie recouverte de glace de méthane et d’azote, ces matériaux ne sont pas suffisamment résistants pour supporter des sommets aussi imposants, ce qui amène les scientifiques à supposer que ces montagnes se sont formées sur un socle rocheux composé de glace d’eau.
Cette image composite de la sonde New Horizons de la NASA montre la vaste plaine glacée de Pluton, appelée Sputnik Planitia. L’encadré indique l’emplacement d’autres images détaillées du glacier. NASA/JHUAPL/SwRI
La surface de Pluton est également recouverte d’une épaisse couche de glace de méthane, mais les scientifiques de la mission New Horizons ont observé des différences significatives dans la façon dont cette glace réfléchit la lumière émise par la surface de la planète naine. Cette dernière présente aussi des crêtes glacées évoquant la peau d’un serpent; les astronomes ont noté des similitudes avec les pénitents, ces formations d’érosion typiques des hauts plateaux terrestres. Sur Pluton, ces formations sont beaucoup plus imposantes; leur hauteur est estimée à 500 mètres, tandis que sur Terre, elles ne mesurent que quelques mètres.
Une autre caractéristique distinctive de la surface de Pluton est une vaste région en forme de cœur, familièrement appelée Tombaugh Regio (en hommage à Clyde Tombaugh; «regio» signifiant région en latin). La partie gauche de cette région (celle qui ressemble à un cornet de glace) est recouverte de glace de dioxyde de carbone. D’autres variations dans la composition des matériaux de surface ont été découvertes au sein de ce «cœur» de Pluton.
Au centre et à gauche de Tombaugh Regio se trouve une région très plate, que l’équipe de la mission New Horizons a baptisée «Sputnik Planitia», en référence au premier satellite artificiel terrestre, Spoutnik. Cette région de la surface de Pluton est dépourvue de cratères d’impact, ce qui suggère qu’elle est géologiquement très jeune: moins de 100 millions d’années. Il est possible qu’elle soit encore en cours de formation et de remodelage par des processus géologiques.
Ces plaines glacées présentent également des stries sombres de plusieurs kilomètres de long, s’étendant dans une seule direction. Ces lignes sont probablement formées par de forts vents soufflant à la surface de la planète naine.
Le soleil couchant illumine la brume ou le brouillard près de la surface de Pluton sur cette petite portion d’image prise par la sonde New Horizons de la NASA le 14 juillet 2015, alors qu’elle se trouvait à 18 000 kilomètres (11 000 miles) de la planète naine. L’image couvre une masse terrestre de 185 kilomètres (115 miles) de large. NASA/JHUAPL/SwRI
Le télescope spatial Hubble de la NASA a également trouvé des preuves que la croûte de Pluton pourrait contenir des molécules organiques complexes.
La surface de Pluton est l’un des endroits les plus froids du système solaire. Les températures peuvent y descendre jusqu’à -226 à -240 degrés Celsius. La comparaison d’images de Pluton prises par le télescope spatial Hubble avec des images antérieures a révélé que la planète naine semble avoir rougi au fil du temps, probablement en raison des variations saisonnières.
Pluton pourrait avoir (ou aurait pu avoir) un océan souterrain, bien que les preuves de cette découverte fassent actuellement défaut. Si un tel océan a existé, il aurait pu avoir un impact considérable sur l’histoire de Pluton. Par exemple, les scientifiques ont découvert que la zone de Sputnik Planitia a modifié l’orientation de Pluton en raison de l’importante quantité de glace présente dans cette région, si épaisse qu’elle a affecté la planète entière; la sonde New Horizons a estimé l’épaisseur de cette glace à environ 10 km. Un océan souterrain constitue l’explication la plus plausible de ces observations, ajoutent les chercheurs, même si, en considérant des scénarios moins probables, une couche de glace plus épaisse ou des mouvements rocheux pourraient également être en cause. Si Pluton a effectivement possédé un océan liquide et suffisamment d’énergie, certains scientifiques pensent que la vie aurait pu exister sur cette planète.
L’orbite très elliptique de Pluton peut l’éloigner du Soleil plus de 49 fois plus que la Terre. Du fait de son orbite très excentrique (c’est-à-dire très éloignée de la circonférence), la distance de Pluton au Soleil varie considérablement. En effet, tous les 248 ans terrestres, Pluton se rapproche du Soleil de 20 ans plus tôt que Neptune, offrant ainsi aux astronomes une occasion unique d’étudier ce petit monde froid et lointain. La rotation de Pluton est rétrograde par rapport aux autres planètes du système solaire : elle tourne dans le sens inverse, d’est en ouest.
La sonde New Horizons de la NASA a photographié le Soleil 15 minutes après son survol au plus près de Pluton, le 14 juillet 2015, capturant ainsi cette image en fin de journée des montagnes glacées et des vastes plaines de glace de la planète naine. La photo a été prise à une distance de 18 000 kilomètres de Pluton; le cadre mesure 1 250 kilomètres de large. NASA/JHUAPL/SwRI
Du fait de cette orbite, après avoir été la huitième planète (par ordre de distance au Soleil) pendant 20 ans, Pluton a croisé l’orbite de Neptune en 1999, devenant ainsi la planète la plus éloignée du Soleil (jusqu’à ce qu’elle soit rétrogradée au statut de planète naine).
Quelques paramètres de Pluton selon la NASA:
Composition atmosphérique: méthane, azote. Les observations de la sonde New Horizons montrent que l’atmosphère de Pluton s’étend jusqu’à 1 600 km au-dessus de la surface de la planète naine.
Champ magnétique: on ignore encore si Pluton possède un champ magnétique, mais sa petite taille et sa lente rotation suggèrent qu’il est faible, voire inexistant.
Composition chimique: Pluton est probablement composée d’un mélange de 70 % de roche et de 30 % de glace d’eau.
Structure interne: la planète naine possède probablement un noyau rocheux entouré d’un manteau de glace d’eau, et des glaces plus exotiques, comme la glace de méthane, de monoxyde de carbone et de glace d’azote, recouvrent sa surface.
Distance moyenne au Soleil: 5 906 380 000 km (3 670 050 000 miles), soit 39 482 fois la distance Terre-Soleil.
Périhélie (distance la plus proche du Soleil): 2 755 773 000 miles (4 434 987 000 km) – 30,151 fois celle de la Terre.
Aphélie (distance la plus grande du Soleil): 4 538 698 000 miles (7 304 326 000 km) – 48,023 fois celle de la Terre.
Pluton possède cinq lunes: Charon, Styx, Nix, Kerberos et Hydra, Charon étant la plus proche de Pluton et Hydra la plus éloignée.
À mesure que Pluton s’approche du Soleil, la glace qui recouvre sa surface fond, formant temporairement une atmosphère ténue composée principalement d’azote et de méthane. La faible gravité de Pluton, à peine plus d’un vingtième de celle de la Terre, explique que cette atmosphère s’étende bien au-delà de la limite terrestre. On pense qu’à mesure que Pluton s’éloigne du Soleil, la majeure partie de son atmosphère gèle et disparaît presque complètement. Cependant, même lorsqu’elle possède une atmosphère, Pluton semble être balayée par des vents puissants. Cette atmosphère présente également des variations de luminosité, qui pourraient s’expliquer par des ondes gravitationnelles ou des courants d’air circulant au-dessus des montagnes.
Gros plan d’une photo prise par la sonde New Horizons de la NASA le 14 juillet 2015, alors qu’elle se trouvait à seulement 18 000 kilomètres de Pluton. Cette image de 380 kilomètres de large, prise au crépuscule, révèle des montagnes escarpées et glacées culminant à 3 500 mètres d’altitude et de vastes plaines. NASA/JHUAPL/SwRI
Bien que l’atmosphère de Pluton soit aujourd’hui trop ténue pour que des liquides puissent s’y déplacer, il est possible qu’ils aient coulé à sa surface dans l’Antiquité. La sonde New Horizons a photographié un lac gelé dans la région de Tombaugh, à proximité duquel existaient probablement d’anciens canaux. Dans l’Antiquité, l’atmosphère de la planète était peut-être environ 40 fois plus dense que celle de Mars.
En 2016, des scientifiques ont annoncé avoir peut-être détecté des nuages dans l’atmosphère de Pluton grâce aux données recueillies par la sonde New Horizons. Les chercheurs ont observé sept objets brillants près du terminateur (la limite entre le jour et la nuit), zone où se forment généralement les nuages. Tous ces objets sont situés à basse altitude et sont de taille sensiblement identique, ce qui indique qu’il s’agit d’objets distincts. La composition de ces nuages, s’il s’agit bien de nuages, est probablement constituée d’acétylène, d’éthane et de cyanure d’hydrogène.
En 1978, des astronomes ont découvert une très grande lune autour de Pluton, presque deux fois plus grande que la planète naine elle-même. Cette lune a été nommée Charon, d’après le démon mythologique qui, dans la mythologie grecque, transportait les âmes aux Enfers.
Cette illustration montre Pluton et son plus grand satellite, Charon. NASA/Robert Lea
Du fait de leur taille très similaire, les orbites de Charon et Pluton diffèrent de celles de la plupart des planètes et de leurs lunes. Pluton et Charon orbitent autour d’un point situé entre elles, à l’instar des systèmes d’étoiles binaires. C’est pourquoi les scientifiques les appellent une planète naine binaire, une planète binaire ou un système binaire.
Pluton et Charon ne sont distants que de 19 640 km, soit moins que la distance de vol entre Londres et Sydney. Charon orbite autour de Pluton en 6,4 jours terrestres, tandis que Pluton effectue une révolution autour de son satellite en 6,4 jours terrestres, soit un jour plutonien. Ceci s’explique par le fait que Charon orbite toujours au même endroit à la surface de Pluton et présente toujours la même face de la planète, un phénomène appelé verrouillage gravitationnel.
Pluton présente une teinte rougeâtre, tandis que Charon apparaît plus grise. Il est possible que, dans sa jeunesse, cette lune ait abrité un océan sous sa surface, aujourd’hui probablement disparu. Comparé à la plupart des planètes et lunes du Système solaire, le système Pluton-Charon est incliné latéralement par rapport au Soleil.
Les observations de Charon par la sonde New Horizons ont révélé des canyons à sa surface. Le plus profond d’entre eux atteint 9,7 km de profondeur. Une longue bande rocheuse et de dépressions s’étend sur 970 km au centre de la lune. Une zone de la surface lunaire, près d’un pôle, est recouverte d’un matériau beaucoup plus sombre que le reste de la planète. À l’instar de certaines régions de Pluton, une grande partie de la surface de Charon est dépourvue de cratères, ce qui indique qu’elle est relativement jeune et géologiquement active. Les scientifiques ont observé des traces de glissements de terrain à sa surface, les premiers de ce type découverts dans la ceinture de Kuiper. Notre Lune a peut-être également connu son propre système de tectonique des plaques, à l’origine de changements géologiques sur Terre.
En 2005, des scientifiques ont photographié Pluton avec le télescope spatial Hubble en préparation de la mission New Horizons et ont découvert deux autres petites lunes, désormais nommées Nix et Hydra. Ces lunes sont respectivement deux et trois fois plus éloignées de Pluton que Charon. D’après les mesures de New Horizons, Nix mesure environ 42 kilomètres de long et 32 kilomètres de large, tandis qu’Hydra mesure 55 kilomètres de long et 113 kilomètres de large. La surface d’Hydra est probablement recouverte principalement de glace d’eau.
En 2011, des scientifiques utilisant le télescope spatial Hubble ont découvert un quatrième satellite, Kerberos. Ce satellite est composé de deux lobes: le plus grand mesure environ 8 km de diamètre, et le plus petit environ 5 km. Le 11 juillet 2012, un cinquième satellite, Styx (d’un diamètre estimé à 10 km), a été découvert, alimentant encore davantage le débat sur le statut planétaire de Pluton.
Cette image de Kerberos, petite lune de Pluton, a été créée en combinant quatre images prises par la sonde New Horizons de la NASA le 14 juillet 2015, à une distance de 396 100 kilomètres (245 600 miles) de Kerberos. NASA/Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
L’hypothèse principale concernant la formation de Pluton et Charon est que Pluton, à sa naissance, aurait été percuté de près par un autre objet de taille similaire. Selon cette hypothèse, la majeure partie de la matière résultante aurait formé Pluton, tandis que le reste se serait séparé pour former Charon. Les quatre autres lunes auraient pu se former lors de la même collision que Charon.
La mission New Horizons de la NASA est la première sonde à étudier Pluton, ses lunes et d’autres planètes de la ceinture de Kuiper de près. Lancée en janvier 2006, elle a atteint Pluton avec succès le 14 juillet 2015.
La sonde New Horizons transporte une partie des cendres du découvreur de Pluton, Clyde Tombaugh.
La connaissance limitée du système plutonien a engendré des risques sans précédent pour la sonde New Horizons. Avant son lancement, les scientifiques ne connaissaient que trois lunes autour de Pluton. La découverte de Kerberos et Styx durant le vol de la sonde a renforcé l’hypothèse que d’autres lunes, invisibles depuis la Terre, pourraient orbiter autour de la planète naine. Une collision avec ces lunes invisibles, ou même avec de petits débris, aurait pu gravement endommager la sonde. Heureusement, l’équipe de New Horizons avait équipé la sonde de dispositifs de protection durant son vol.
Illustration artistique de la sonde New Horizons de la NASA. NASA/JHUAPL/SwRI
En octobre 2021, la sonde New Horizons est entrée dans l’histoire en capturant les premières images rapprochées de Pluton et de ses lunes.
En 2015, lors de son survol de Pluton par la sonde New Horizons de la NASA, celle-ci a révélé un monde fascinant de glace et de brume, façonné par divers processus géologiques, suggérant l’existence d’un océan dans l’histoire récente de cette planète naine. Dix ans après ce survol, la multitude de découvertes scientifiques a incité les chercheurs à percer certains mystères de ce minuscule monde.
«Il reste encore de nombreuses questions», a déclaré Carly Howett, planétologue à l’Université d’Oxford et membre de l’équipe New Horizons, lors de la conférence «Progrès dans la compréhension de la mission Pluton: 10 ans après le survol» à Laurel, dans le Maryland. C’est en gardant ces questions à l’esprit que Howett et ses collègues ont conçu la prochaine mission dans l’espoir de percer enfin certains mystères de Pluton.
Infographie illustrant les propriétés de la surface, du manteau et du noyau de Pluton. Future/Wikimedia Commons
Une telle mission, visant à explorer les confins du système solaire, durerait plusieurs décennies. Mais son approbation est encore loin d’être acquise. «Cette mission pourrait durer plus de 50 ans, posant des défis d’ingénierie, d’exploitation et d’analyse de données inédits», écrivait Howett dans une étude de 2021 publiée dans le Planetary Science Journal, détaillant le concept de la mission.
Pour la mission de retour sur la planète naine, Howett et ses collègues ont choisi le nom de Perséphone, d’après l’épouse de Pluton et la «reine des enfers» dans la mythologie grecque.
«Étant donné que Pluton tire son nom du dieu romain des enfers, et que nous souhaitions un nom féminin qui reflète la diversité de notre équipe, qui compte de nombreuses femmes à des postes de direction, ce nom nous a semblé approprié», a écrit Howett.
Perséphone sera équipée de 11 instruments, tous dérivés de ceux utilisés lors de missions précédentes, mais avec quelques modifications. La principale question à laquelle elle tentera de répondre est celle de l’existence d’un océan souterrain sur Pluton.
La surface de Pluton vue par la sonde New Horizons de la NASA lors de son survol en juillet 2015. NASA/Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Si cette question avait été posée avant le survol de New Horizons, la plupart des scientifiques auraient répondu par la négative. Bien que de nombreux mondes glacés puissent initialement posséder une couche d’eau, celle-ci finit par geler. Pour rester liquide durant les 4,5 milliards d’années d’existence du système solaire, cet océan doit demeurer chaud.
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Certaines lunes subissent des déformations constantes, interagissant gravitationnellement avec leur planète hôte et les lunes voisines pour empêcher leurs océans de geler. Charon, la plus grande lune de Pluton, est presque aussi massive que Pluton; on les qualifie souvent de «planète double» (bien qu’aucune ne réponde aux critères d’une planète). Les scientifiques pensent que Charon pourrait potentiellement maintenir Pluton à une température plus clémente si son océan contenait suffisamment de substances autres que l’eau pour abaisser son point de congélation.
La sonde New Horizons de la NASA a renvoyé une version de meilleure qualité de l’image de Charon, lune de Pluton, prise initialement le 14 juillet 2015. Image diffusée le 10 septembre 2015. Laboratoire de physique appliquée de la NASA/Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Ce n’est qu’après la découverte par New Horizons de la surface étonnamment jeune et peu cratérisée de Pluton que la plupart des scientifiques ont commencé à envisager la possibilité d’un océan (bien que certains l’aient déjà envisagée avant l’arrivée de la sonde). New Horizons n’a étudié Pluton en détail que pendant quelques heures, mais a continué d’observer la planète naine pendant plusieurs mois avant et après son survol au plus près.
Perséphone, en revanche, prévoyait de rester en orbite autour de ce minuscule monde pendant seulement trois ans, ce qui permettait des observations plus longues et plus rapprochées.
Perséphone étudiera la forme de Pluton, à la recherche de signes d’un renflement fossilisé caractéristique – une sorte de «ventre à bière» formé par l’attraction gravitationnelle sur la masse de la planète. Ces renflements se forment plus facilement lorsque les couches sont liquides et peuvent se solidifier. New Horizons n’a pas détecté un tel renflement, mais Perséphone enverra un instrument plus sensible qui permettra une étude plus détaillée.
Cette image de la sonde New Horizons de la NASA montre une région de Pluton de 350 kilomètres de large (220 miles) présentant des réflectivités de surface et une topographie géologique très variables. Image publiée le 10 septembre 2015. Laboratoire de physique appliquée de la NASA/Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Perséphone tentera également de déterminer la composition de Pluton et de Charon en utilisant des mesures de gravité et de terrain similaires à celles effectuées sur Encelade, la lune de Saturne, et éventuellement de calculer l’épaisseur de leurs couches de glace internes.
Pluton traverse actuellement un hiver séculaire, et Perséphone arrivera en plein cœur de cette période. Une grande partie de la planète naine sera plongée dans l’obscurité ; la mission aura donc besoin d’instruments capables de percer ce voile. Des caméras dresseront une carte plus détaillée de la surface entière de la planète dans différentes longueurs d’onde, y compris la moitié qui était obscurcie lors du survol de New Horizons. Ces caméras rechercheront des points chauds, des signes d’activité en cours et des éruptions pouvant indiquer un intérieur chaud, ainsi que des signes de changements de surface depuis les observations de 2015. Elles fourniront également un décompte plus précis des cratères sur Pluton et Charon, aidant ainsi les scientifiques à mieux comprendre l’activité de la ceinture de Kuiper au fil des ans.
Cette vue en perspective de Pluton, réalisée à partir des dernières images haute résolution de la sonde New Horizons de la NASA, donne l’impression de l’observer à environ 1 800 kilomètres d’altitude. Image publiée le 10 septembre 2015. Laboratoire de physique appliquée de la NASA/Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Bien que le système solaire regorge de mondes glacés, Pluton et Charon présentent des caractéristiques de surface inhabituelles. Dans la région de Tartarus Dorsa, sur Pluton, des lames de glace de méthane recouvrent la surface. Les scientifiques supposent que ces pics se sont formés par sublimation, lorsque le méthane est passé instantanément de l’état solide à l’état gazeux, mais cette hypothèse reste à confirmer. Charon abrite une étrange montagne de glace enchâssée dans un fossé gelé – une particularité unique parmi les pics glacés. Ces deux surfaces sont recouvertes de glaces exotiques, et la compréhension de leurs propriétés dans les températures glaciales de Pluton constituera un élément clé de la mission.
En 1988, les astronomes ont découvert une atmosphère ténue autour de Pluton, mais sa composition leur échappait. La sonde New Horizons a non seulement répondu à ces questions, mais en a également soulevé de nouvelles. Fait intéressant, Pluton semble perdre lentement une partie de son atmosphère au profit de Charon, créant un pôle rouge distinctif qui pourrait modifier la disposition des hémisphères au fil du temps. L’un des principaux objectifs de la sonde Perséphone sera de déterminer directement la composition de cette atmosphère grâce à la spectrométrie de masse.
Perséphone étudiera également l’espace autour de ce minuscule corps. Pluton est si éloigné que la lumière du Soleil met seulement 5,5 heures pour l’atteindre. Vu de Pluton, le Soleil apparaît comme un point dans le ciel.
La sonde New Horizons de la NASA a capturé cette image d’une zone de terrain accidenté et irrégulier de 470 kilomètres de large (300 miles) en bordure de Sputnik Planitia (nom non officiel). Image publiée le 10 septembre 2015. Laboratoire de physique appliquée de la NASA/Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest.
Charon ne sera pas la seule lune ciblée par la mission. La date de lancement de Perséphone déterminera le nombre de petites lunes qu’elle pourra observer, mais elle devrait pouvoir en observer quatre autres.
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La sonde New Horizons a détecté des bandes de glace d’eau sur Nix, Hydra et Kerberos, ainsi que des traces d’ammoniac sur Nix et Hydra. Perséphone obtiendra des spectres plus détaillés de ces trois lunes, ainsi que de Styx, et tentera de déterminer la proportion de débris, vestiges de la collision qui les a probablement formées, à leur surface et à celle de Charon. Si les meilleures observations de ces petites lunes seront vraisemblablement réalisées depuis Styx, qui orbite très près de Pluton, et les moins bonnes depuis Hydra, la lune la plus éloignée de Pluton, un survol de Kerberos ou d’Hydra pourrait être envisagé, selon la date de lancement et d’arrivée de la mission à Pluton.
Perséphone restera sur Pluton pendant un peu plus de trois années terrestres. Durant cette période, la sonde pourra orbiter autour du système binaire et finira par s’en échapper.
Cette mosaïque, composée d’images haute résolution de Pluton acquises par la sonde New Horizons de la NASA entre le 5 et le 7 septembre 2015, montre la plaine glacée appelée Sputnik Planum, la région brillante au centre. Laboratoire de physique appliquée de la NASA/Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Une prolongation d’un an de la mission permettra à la sonde d’explorer un autre objet de la ceinture de Kuiper, à l’instar de New Horizons qui a visité Arrokoth après son survol de Pluton. Cette prolongation dépendra des dates de lancement et d’arrivée, mais elle pourrait fournir de précieuses informations sur les vestiges de la formation du Système solaire. Ces informations auront un impact scientifique considérable, car l’éloignement des objets de la ceinture de Kuiper rend leur étude depuis la Terre difficile.
Un retour vers Pluton ne serait pas une entreprise improvisée. Si le voyage initial de New Horizons a duré moins de dix ans, les changements d’alignement planétaire impliqueraient qu’une mission ultérieure durerait un peu plus de 27,5 ans et nécessiterait cinq générateurs thermoélectriques à radio-isotopes de nouvelle génération (NGRTG), des batteries nucléaires qui utilisent la désintégration de matériaux radioactifs pour alimenter le vaisseau spatial. Une mission de longue durée exigerait plusieurs NGRTG pour maintenir la chaleur dans les températures glaciales de l’espace. C’est un défi de taille, à l’heure où le plutonium destiné aux vols spatiaux reste une ressource rare. L’objectif actuel de la NASA est de produire 1,5 kilogramme de plutonium par an ; or, les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes de nouvelle génération (RITTG) actuels en consomment 4,8 kilogrammes.
Cela nécessiterait des investissements considérables en plutonium pour l’exploration des planètes extérieures, ainsi que des investissements financiers importants. Selon Howett, le coût estimé de la mission Perséphone s’élève à 3 milliards de dollars.
Une vue oblique rétroéclairée d’une image de New Horizons montre de la glace (probablement de l’azote gelé) s’écoulant des montagnes de Pluton à travers des vallées (entourées de flèches rouges) jusqu’aux plaines connues sous le nom de Sputnik Planitia ; le front d’écoulement est indiqué par des flèches bleues sur cette image et s’étend sur une région de 630 kilomètres de large. Laboratoire de physique appliquée de la NASA/Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Conçu pour une mission d’un demi-siècle, le vaisseau spatial est équipé de plusieurs systèmes de secours. Cependant, Stern a souligné que, malgré sa longue durée de vie, cela n’a rien d’inhabituel. Le télescope spatial Hubble de la NASA est toujours opérationnel après 35 ans, tout comme les sondes Voyager 1 et 2, lancées il y a 48 ans.
Un autre défi pour la mission Perséphone concerne les personnes qui y travaillent. Compte tenu de sa durée potentielle de 50 ans, les chercheurs estiment que Perséphone sera un projet impliquant trois générations de scientifiques, qui se succéderont tout au long de leur carrière. Les connaissances et la formation devront être transmises de génération en génération. Selon Stern, le retard pris dans le recrutement des participants a été l’un des aspects les plus complexes de la planification de la mission New Horizons.
Cette image de New Horizons montre de la glace (probablement de l’azote gelé) s’écoulant des montagnes de Pluton à travers des vallées (entourées de flèches rouges) jusqu’aux plaines connues sous le nom de Sputnik Planitia; le front d’écoulement est indiqué par des flèches bleues sur cette image et s’étend sur une zone de 630 kilomètres de large. NASA/JHUAPL/SwRI
Des opportunités de lancement seront disponibles chaque année de 2029 à 2032. Après cela, l’orbite de Jupiter empêchera toute nouvelle opportunité de lancement pendant une décennie entière.
Perséphone faisait partie de l’étude de concept de mission planétaire de la NASA, qui finance une série de projets visant à éclairer les décisions concernant les futures missions potentielles grâce à une étude de dix ans.
Mais ne vous attendez pas à voir Perséphone voler de sitôt: ses besoins en énergie pourraient à eux seuls empêcher son intégration officielle au programme. La proposition de mission de Howett figurait parmi plusieurs sollicitées pour l’étude décennale de la NASA sur les priorités et les perspectives des missions futures.
L’agence spatiale poursuit néanmoins ses efforts pour améliorer les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (GTR) et les technologies associées. Howett espère que les progrès technologiques continus augmenteront les chances de succès de la mission.
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