Comment j ai tué Pluton : Mike Brown Understand article

Traduit par Ruby Veerapen. Changer le monde serait déjà extraordinaire. Mike Brown a changé le système solaire. Explication avec Eleanor Hayes.

Pluto
© Calvin J Hamilton
(www.solarviews.com)

Jusqu’en 2006, la plupart des personnes étrangères à l’astronomie pensaient probablement le système solaire immuable et intouchable. Mais c’était avant qu’on n’enlève à Pluton son statut de planète. À l’origine de ce changement : Mike Brown, qui, sans le vouloir, a scellé le sort de Pluton et a contribué à une nouvelle compréhension de ce qu’est – et n’est pas – une planète.

L’histoire commence à la fin du 19e siècle, avec la recherche de la planète X ; la neuvième planète du système solaire. En 1846, les astronomes avaient remarqué que quelque chose perturbait l’orbite d’Uranus autour du Soleil : ce « quelque chose » s’avéra être la géante gazeuse, Neptune. Lorsqu’il sembla (à tort) que l’orbite de Neptune était elle-même perturbée, les astronomes émirent l’hypothèse de l’existence d’une autre planète massive encore plus éloignée du Soleil : la planète X.

Pour une planète géante, la planète X se révéla étonnamment difficile à trouver. Et lorsqu’elle fut finalement découverte par Clyde Tombaugh en 1930, on comprit pourquoi. Appelée Pluton, selon la proposition d’une écolière de 11 ans, la planète nouvellement découverte était minuscule, avec un diamètre atteignant seulement les trois quarts de celui de la Lune. Comme le dit Mike Brown, professeur d’astronomie planétaire à Caltech (Institut de technologie de Californie)w1, aux USA : « Il semble que la plupart des personnes pensent que Pluton est un corps relativement important du système solaire ; Pluton est souvent décrite comme ayant une taille proche de celle de Mercure. Mais c’est faux ! »

Le système solaire avant 2006, presque à l’échelle. De gauche à droite : Le Soleil, Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton. Cliquer sur l’image pour l’agrandir
© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)

Si en 1930, on pensait Pluton légèrement plus large et plus massive qu’elle ne l’est en réalité, les astronomes lui reconnaissaient déjà une orbite étrange. Les autres planètes tournent autour du Soleil selon des orbites circulaires qui forment un disque plat. L’orbite de Pluton est au contraire allongée et inclinée de 20° environ par rapport à ce disque. Dès sa découverte, « Pluton fut considérée comme une planète étrange en périphérie du système solaire », explique Mike.

Neptune
© Calvin J Hamilton
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Cependant, environ 60 ans plus tard, «l’existence de Pluton a soudain commencé à avoir un sens, car, avec des télescopes plus grands et le développement de la photo numérique, les astronomes ont progressé en matière de découverte d’objets dans la région du système solaire par delà Neptune. » Le premier de ces objets fut découvert en 1992, puis 500 autres suivirent en l’espace de dix ans – tous découverts par la même méthode que celle utilisée par Clyde Tombaugh pour trouver Pluton : prendre des photos répétées et repérer un mouvement. Cette bande d’objets par delà Neptune est ce qu’on nomme à présent la ceinture de Kuiper. Tous ces objets avaient une orbite similaire à celle de Pluton – allongée et inclinée – et, bien qu’en 2002 Pluton fut encore un objet bien plus gros que n’importe lequel d’entre eux, « il était évident que Pluton faisait partie de la ceinture de Kuiper plutôt que du système planétaire. Mais pour beaucoup, Pluton restait une planète. »

Pluton aurait pu rester une planète, s’il n’y avait eu cette nuit méchamment nuageuse de décembre 1999. Se trouvant dans l’incapacité d’utiliser le télescope, Mike déclara à une collègue, « je pense qu’il y a une autre planète là dehors, par delà Pluton. » Il fit remarquer que la découverte des petits objets de la ceinture de Kuiper s’effectuait par de petites recherches ciblées. Si seulement les astronomes réussissaient à avoir une vue du ciel tout entier, Mike pensait qu’ils trouveraient forcément un objet plus gros que Pluton.

« Je lui ai parié que dans les cinq prochaines années, quelqu’un découvrirait une planète au-delà de Neptune. J’étais convaincu que quelqu’un la trouverait et j’étais surtout convaincu que cette personne serait moi ! »

Déterminé à gagner son pari, Mike se lança dans la conception de la meilleure combinaison télescope-appareil photo pour surveiller le ciel tout entier. « Au cours des 50-60 années précédentes, les aptitudes des astronomes à couvrir de larges zones du ciel s’étaient grandement dégradées. Si Clyde Tombaugh utilisait des plaques photographiques attachées au télescope, les astronomes de la fin des années 90 utilisaient des appareils photo numériques. Ceux-ci étaient plus sensibles, mais peu efficaces pour observer de grandes étendues de ciel. »

Si un appareil photo numérique ne couvrait qu’un petit morceau du ciel, un ensemble de 112 appareils offrait à Mike le plus gros appareil photo numérique de l’époque. Après l’avoir fixé au télescope à champs large de l’observatoire du mont Palomar de Caltech en Californie, une liaison hertzienne lui permit de le diriger à distance grâce à son ordinateur. Ce câble hertzien est l’un des équipements favoris de Mike. « Au cours des dix années pendant lesquelles j’ai travaillé sur ce télescope presque chaque nuit, je n’ai jamais eu à me déplacer jusqu’à Palomar situé à trois heures de chez moi. Au lieu de ça, j’ai pu faire ce que fait toute personne normale, comme me marier et avoir un enfant. »

Nuit après nuit, Mike et ses collègues Chad Trujillo et David Rabinowitz pointaient le télescope vers une petite portion de ciel, prenant trois photos en l’espace de trois heures. Une banque d’ordinateurs comparait ensuite les images pour identifier tout objet en mouvement. « Un ordinateur c’est bien, mais l’œil reste encore le meilleur moyen de filtrer le bruit – ces petits blips créés par l’appareil photo. Chaque matin, je passais en revue les images des cent ou deux cents objets potentiellement en mouvement sélectionnés par l’ordinateur, à la recherche de tout objet réellement en mouvement. »

« C’est images vous en apprennent beaucoup sur un objet. Tout dans le système solaire est en mouvement – le fait qu’un objet bouge vous indique qu’il est dans le système solaire et sa vitesse vous indique à quelle distance il se trouve. Les choses qui nous sont les plus proches sont les plus rapides. Il est aussi possible de déterminer la taille d’un objet en fonction de sa luminosité. Ces objets n’ont pas de lumière propre ; ils ne brillent que parce que la lumière du Soleil se réfléchit sur eux. Pour réfléchir davantage, il leur faut être plus gros. »

« C’est excitant de se rendre au travail chaque matin en se disant « peut-être que ce matin je verrai quelque chose bouger dans le ciel que personne avant moi n’aura vu. » Aller au travail, s’asseoir et passer en revue ces centaines d’objets en est devenu le meilleur moment de la journée. »

L’image qui a conduit Mike
Brown à découvrir une
nouvelle planète potentielle.
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Image reproduite avec
l’aimable autorisation de Mike
Brown

« Vous comprendrez donc ma réaction lorsque, le 5 janvier 2005 en parcourant les images, je suis tombé sur celle-ci. » Contrairement à la soixantaine d’objets déjà trouvés par Mike et ses collègues, celui-là se déplaçait très lentement, indiquant qu’il était très éloigné de la Terre. « Il se trouvait bien au-delà de la ceinture de Kuiper, plus loin que tout objet jamais observé. C’était aussi la chose la plus brillante que nous avions découverte jusqu’à l’heure. Ces deux caractéristiques nous ont immédiatement indiqué que cet objet devait être très, très gros. »

« Nous savions qu’il était au moins de la taille de Pluton et, si vous vous rappelez le pari que j’avais fait en décembre 1999, c’était là notre critère pour une planète. J’avais donc remporté le pari… sauf que nous étions le 5 janvier 2005 et que le pari avait expiré le 31 décembre 2004. Heureusement, mon amie m’a gentiment accordé un délai supplémentaire de cinq jours. »

Qu’en était-il de son orbite ? L’objet avait-il une orbite circulaire comme celles des planètes massives ? Ou avait-il une orbite allongée et inclinée comme celles de Pluton et des objets de la ceinture de Kuiper ? Heureusement, au cours des décennies, les astronomes avaient pris de nombreuses photos du ciel. En reprenant ces données jusqu’en 1950, Mike Brown et ses collègues réussirent à déterminer l’orbite de l’objet : encore plus allongée que celle de Pluton et inclinée à 45° par rapport aux orbites des huit planètes massives du système solaire.

Ils retournèrent ensuite à la question de la taille. Le fait que l’objet était brillant – réfléchissant beaucoup de lumière solaire – laissait à penser qu’il était gros. « Mais la lumière du Soleil peut être réfléchie en grande quantité de deux manières bien différentes : un corps massif couvert de terre et un corps plus petit couvert de neige ou de givre réfléchiront la même quantité de lumière solaire. » Pour déterminer laquelle des deux options était la bonne, Mike et ses collègues utilisèrent le télescope spatial Hubble… et firent une découverte surprenante : leur objet avait presque la même taille que Pluton. Comment, alors, pouvait-il être si brillant ?

Vue d’artiste d’Éris, la nouvelle planète naine, avec le Soleil sur la gauche
Image reproduite avec l’aimable autorisation de NASA / JPL-Caltech

Ils réalisèrent qu’il s’agissait probablement d’une question d’atmosphère. « Pluton a une atmosphère lorsqu’elle se trouve au plus près du Soleil ; c’est sans doute aussi le cas de notre projet, mais il se trouve pour l’instant si loin du Soleil que l’atmosphère est gelée en surface. Nous avons pensé que cette atmosphère était probablement constituée d’azote, comme celle de Pluton et de la Terre, et qu’elle était gelée en une fine couche rendant l’objet incroyablement réfléchissant. La Terre subirait le même sort si on la déplaçait à une telle distance du Soleil – sauf que nous aurions une couche de glace d’azote de 10 mètres d’épaisseur au lieu de 0,5 mm. »

Alors, que signifiait la découverte de ce « nouvel » objet ? Dans un sens, dit Mike, rien. « Il s’agit toujours du même système solaire, avec simplement un peu de bruit sur les bords. » Mais avec cette découverte, trouver une solution au débat sur Pluton devint une nécessité : si le nouvel objet entrait dans la catégorie des planètes, où placer la limite ?

Le 24 août 2006, après de longues discussions très animées, l’Union Astronomique Internationale (UAI) décida de ramener le nombre de planètes à huit : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Pluton, Cérès (anciennement un astéroïde) et le nouvel objet furent reclassés en tant que planètes naines (voir complément).

Les trois corps classés « planètes naines » en 2006. Pluton, Cérès et le nouvel objet de Mike Brown initialement appelé 2003 UB313.
L’image de Pluton provient d’une carte créée à partir d’une série de photos prises par Hubble. L’image de 2003 UB313 est une vue d’artiste et celle de Cérès provient du télescope spatial Hubble

© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)
Vue d’artiste d’Éris, la
nouvelle planète naine, avec
le Soleil sur la gauche

Image reproduite avec
l’aimable autorisation de ESO /
L Calçada

Selon Mike, cette décision a été la bonne. Il n’est même pas trop déçu d’avoir perdu sa planète. « Si mon but initial en 1999 était de découvrir la dixième planète, je pense que d’avoir forcé le monde à adopter une nouvelle vision du système solaire est un meilleur résultat encore. Le système solaire est à la fois beau et riche. Il l’est d’autant plus depuis la réalisation que les huit planètes constituent la base à travers laquelle une infinité de plus petits corps tourbillonnent sans cesse. »

Une autre conséquence de cette ultime classification fut que Mike et ses collègues purent enfin nommer l’objet qu’ils avaient trouvé. « Nous l’avons nommée Éris, du nom de la déesse grecque de la discorde » ; un choix bien à propos.

 

L’histoire continue

Encore aujourd’hui, l’histoire n’est pas finie. Jusqu’à début 2011, explique Mike, « j’aurais dit que la composition d’Éris était relativement identique à celle de Pluton, avec un noyau rocheux et un gros manteau de glace en extérieur. Un peu comme la Terre, avec son noyau de fer et son manteau rocheux. » Toutefois, de récentes recherchesw2 (Sicardy et al., 2011), ont conduit les astronomes à revoir leur position. Ils savent désormais que, bien qu’Éris soit petite (environ de la taille de Pluton), elle est 27 % plus massive. Comment cela s’explique-t-il ? « Pluton et Éris sont bien plus différentes que je ne l’aurais imaginé. Éris est presque exclusivement constituée de pierre à l’exception de la mince couche de glace d’eau qui l’entoure. Et, comme pour l’eau sur Terre, sa périphérie contient des gaz gelés – du méthane et, sans doute, de l’azote et du dioxyde de carbone. »


 

Reclasser les objets du système solaire

Le 24 août 2006, à Prague, République tchèque, l’assemblée générale de l’UIA a décidé que les planètes et autres corps du système solaire, à l’exception des satellites, seraient répartis selon trois catégories distinctes.

  1. Une planète est un corps céleste, qui (a) est en orbite autour du Soleil, (b) a une masse suffisante pour que sa gravité l’emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique, sous une forme presque sphérique, (c) a éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche.
  2. Une planète naine est un corps céleste, qui (a) est en orbite autour du Soleil, (b) a une masse suffisante pour que sa gravité l’emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique, sous une forme presque sphérique, (c) n’a pas éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche, (d) n’est pas un satellite.
  3. Tous les autres objets en orbite autour du Soleil, à l’exception des satellites, sont appelés petits corps du système solaire.

Source : www.iau.org/public_press/news/detail/iau0603

 


 

Remerciements

Cet article est basé sur une conférence donnée par le Professeur Brown dans le cadre des conférences sur l’astronomie de Silicon Valleyw3, avec l’accord du Professeur Brown et de l’Astronomical Society of the Pacific (Société d’astronomie du Pacifique).

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References

  • Sicardy B (2011) A Pluto-like radius and a high albedo for the dwarf planet Eris from an occultation. Nature 478: 493-496: doi: 10.1038/nature10550

Web References

  • w1 – Pour plus d’informations sur les travaux de Mike Brown, rendez-vous sur sa page dédiée du site de Caltech : www.gps.caltech.edu/~mbrown
  • w2 – Pour plus d’informations sur les dernières mesures relatives à Éris, voir le communiqué de l’ESO : www.eso.org/public/news/eso1142
  • w3 – Il est possible d’écouter, de télécharger ou de souscrire aux podcasts de la conférence de Mike Brown et de bien d’autres conférences de la série de conférences sur l’astronomie de Silicon Valley via le site de l’Astronomical Society of the Pacific : www.astrosociety.org/education/podcast

Resources

  • Mike Brown relate toute l’histoire de son implication dans la chute de Pluton dans son livre :
    • Brown M (2010) How I Killed Pluto and Why it Had it Coming. New York, NY, USA: Spiegel & Grau. ISBN: 978-0385531085

  • Découvrir soi-même une nouvelle planète est peu probable, mais pour apprendre à détecter des astéroïdes à l’école, voir :

Author(s)

Le Dr Eleanor Hayes est rédactrice en chef de Science in School. Elle a étudié la zoologie à l’université d’Oxford, au Royaume-Uni, et détient un doctorat en écologie des insectes. Elle a ensuite travaillé quelque temps dans l’administration universitaire avant de s’installer en Allemagne et de se lancer dans l’édition scientifique, d’abord pour une société de bio-informatique puis pour une société savante. En 2005, elle a intégré le Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire (EMBL) et a lancé Science in School.


Review

L’article décrit les travaux du Professeur Mike Brown, sa recherche de la dixième planète de notre système solaire et le résultat inattendu de cette quête. Il est basé sur une conférence donnée par le Professeur Brown, d’où le style plaisant qui convient à la narration d’une aventure palpitante.

Cet article peut s’avérer utile en physique, en astrophysique ou pour des cours de géographie, ainsi que pour des cours de langues, de biologie et même d’histoire. Même sans avoir de connaissances particulières en physique, tout enseignant peut trouver une façon d’utiliser cet article afin d’intéresser les élèves à la science.


Gerd Vogt, Higher Secondary School for Environment and Economics (Lycée pour l’environnement et l’économie), Yspertal, Autriche




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