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Mise à jour 24 Mars 2018

CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
 «Y A-T-IL UNE NEUVIÈME PLANÈTE DANS LE SYSTÈME SOLAIRE ?»

Par Alain DORESSOUDIRAM

Astrophysicien Planétologue au LESIA Observatoire de Paris

À TelecomParisTech 46 rue Barrault Paris 13.

Le Vendredi 16 Mars 2018 à 19H00  Amphi Thévenin

 

Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.

Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et se nomme :

conf-planet9-saf.pdf, qui se trouve dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2017-2018. . 

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

 

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet

On la trouve à cette adresse   disponible dans qq jours

 

 

 

 

 

 

Alain Doressoundiram est astrophysicien et planétologue au LESIA (Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique) spécialiste du système solaire, et notamment des corps lointains situés au-delà de Neptune.

Alain a publié avec son collègue E Lellouch un ouvrage très intéressant chez Belin : « Aux confins du système solaire ».

 

Alain nous propose une vue d’ensemble du système solaire, avec notamment les 3 ensembles d’objets en dehors des planètes qui sont situés dans des bandes autour du Soleil :

·         La ceinture principale d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter

·         La ceinture de Kuiper au-delà de Neptune et

·         Le nuage d’Oort aux confins du Système Solaire vers les 50.000 UA, siège des comètes à longue période

 

 

 

 

 

 

DES CHIFFRES POUR COMMENCER.

 

Il commence par un quiz. Que représentent tous ces chiffres ?

 

Il nous présente cette diapo avec une suite de nombres, c’est très intéressant ; cela représente l’évolution du nombre de planètes de notre ciel au cours du temps.

De l'Antiquité au Moyen Age, on comptait seulement 7 corps mobiles dans le ciel.

 

Puis beaucoup plus, à l'époque de la lunette; en effet à cette époque, même les satellites comptaient comme planète.

 

Puis on découvre Uranus, Neptune.

 

Au début du XXème siècle on en est à 8 planètes.

En 1930 Clyde Tombaugh découvre Pluton : et de 9 !

 

Patatra, en 2006, Pluton est déclassée on revient à 8 planètes.

 

 

 

 

On se rappelle de la découverte de Pluton :

 

C’est suite à un travail de fourmi de Clyde Tombaugh, embauché à l’Observatoire Lowell (Flagstaff Arizona), que celui-ci découvre sur une des plaques du blink comparator,  un petit point qui se déplace dans le ciel le 18 Février 1930.

 

L'orbite de Pluton est elliptique (30-50 UA), fortement inclinée (17°), en résonance avec Neptune (3/2); sa période : 248ans.

Son gros satellite Charon (dans la mythologie, Charon était celui qui transportait les morts vers Hadès (le royaume des Morts) en leur faisant traverser la rivière Styx) a été découvert en 1978 par J Christy, il est synchrone comme on pourrait s'en douter.

 

 

Pluton n’a fait que perdre de la masse (dans les calculs seulement) depuis sa découverte.

Quelques caractéristiques :

·         R Pluton / R Charon  = 2

·         M Pluton  / M Charon  = 8,5

 

Pluton est couverte de glace d'eau, d'azote et de méthane, Charon serait, elle, recouverte uniquement de glace d'eau. (albédo moyen 60%)

 

On découvre récemment deux autres satellites : Nix et Hydra puis plus tard les deux autres plus petits.

 

La sonde New Horizons visite le système de Pluton en 2015.

 

 

 

 

MAIS PLUTON N’EST PLUS SEUL.

 

Dans les années 1930, F.C. Leonard pense qu'il peut y avoir d'autres objets comme Pluton au-delà de l'orbite de cette dernière planète. C'était une bonne idée.

C'est K. Edgeworth astronome irlandais en 1943 et G Kuiper astronome américano-hollandais en 1951 qui donnent vie à cette idée.

Ils émettent indépendamment l'un de l'autre la possibilité de l'existence d'une telle population, qui va prendre le nom de ceinture de Kuiper.

 

On cherche de nouveaux objets dans cette zone-là, ils sont très faibles en luminosité, on les appelle des TNO Trans Neptunian Objects, on en trouvera de plus en plus; notamment 1992 QB1 qui sera le premier découvert par les célèbres David Jewitt et Jane. Luu de Hawaï.

Il est à 41 UA magnitude ….23 , diamètre 240km.

 

Ces nouveaux objets très faibles sont découverts grâce à de nouvelles caméras CCD comme celle du CFHT.

 

On estime la population de ces objets situés entre 30 et 50 UA à : 40.000 qui auraient un diamètre supérieur à 100km et 1 milliard d'objets de taille cométaire.

La masse totale de cet ensemble étant relativement faible : 1/10 de la masse terrestre.

 

 

On voit ici les objets des différents disques de débris :

 

·         En bleu la ceinture principale entre Mars et Jupiter

·         En rouge la ceinture de Kuiper avec les objets transneptuniens (TNO) la position de Pluton étant marquée d’une croix

 

Ces objets sont les résidus de la formation du Système Solaire.

 

Il y a plus de 750.000 astéroïdes et plus de 2700 TNO.

 

Mais leur masse globale est très faible :

·         Approx 0,0005 masse Terre (0,05%)

·         Approx 1 à 10% masse Terre.

 

Illustration : MPC.

 

 

 

 

 

Il semble bien que les objets TNO soient compris dans deux réservoirs : la ceinture de Kuiper « classique » et une ceinture d’objets « épars ».

On s’en aperçoit en étudiant l’excentricité de ces corps en fonction du demi grand axe. Sur le graphique on a aussi représenté les différentes résonances avec Neptune.

 

La structure de la ceinture de Kuiper est très dynamique avec de nombreuses résonances.

 

Excentricité en fonction du demi-grand axe (a) des TNO (objets trans-neptuniens) et des centaures.

 

On remarque deux familles d’objets :

·         Une famille groupée, les objets classiques de faible excentricité et de a 35 à 48 UA et

·         Une famille dispersée des objets épars de forte excentricité et dont le demi grand axe est < à celui de Neptune.

 

 

Crédit : Sheppard et Trujillo.

 

 

 

On remarque aussi une troncature vers les 48 UA appelée « falaise de Kuiper ».

 

Une explication que j’ai trouvée sur le Net concernant cette diversité : Les objets se trouvant aujourd'hui dans la ceinture de Kuiper et le nuage de Oort se sont très vraisemblablement formés dans la zone actuelle des planètes géantes. Ils ont ensuite été repoussés à des distances héliocentriques plus élevés suite aux interactions gravitationnelles avec les planètes géantes.

 

 

 

Une vue en échelle log su système solaire jusqu’aux prochaines étoiles. (crédit : Olaf Frohn)

 

 

COMMENT DÉFINIR UNE PLANÈTE.

 

À Prague en 2006, l’UAI a défini le mot planète et chassé définitivement Pluton de cette catégorie.

 

Nous avons souvent évoqué ce sujet, aussi je passe rapidement :

 

L'UAI a retenu pour les corps de notre système solaire 3 catégories possibles.

Résolution 5A :

1) Une planète est un objet céleste qui doit satisfaire les critères suivants :

a)     L'objet doit être en orbite autour du Soleil.

b)    L'objet doit être suffisamment massif pour que sa propre gravité lui donne une forme presque sphérique. (généralement objets > 800 km de diamètre)

c)     L'objet a "nettoyé" l'espace autour de lui (dû à sa forte gravité).

2) Une planète naine (dwarf planet) est un objet céleste qui doit satisfaire les critères suivants :

a)     L'objet doit être en orbite autour du Soleil.

b)    L'objet doit être suffisamment massif pour que sa propre gravité lui donne une forme presque sphérique. (généralement objets > 800 km de diamètre)

c)     L'objet n'a pas "nettoyé" l'espace autour de lui.

d)     N'est pas un satellite.

3) Tous les autres objets exceptés les satellites orbitant le Soleil seront appelés petits corps (small solar system bodies) du système solaire.

 

 

Avec ces critères, Cérès, Éris et Pluton ne sont pas des planètes.

 

 

LES SOUPÇONS D’UNE PLANÈTE SUPPLÉMENTAIRE.

 

·         Plusieurs anomalies dans la ceinture de Kuiper:

o   L’orbite de Sedna et des objets détachés (hors de portée de Neptune)

o   Orbites très inclinées et très allongées

o   La présence de la troncature du disque (falaise de Kuiper)

·         Pourraient être expliquées par la présence d’une planète massive ou du passage rapproché d’une étoile au moment de la formation du Système Solaire.

 

Mais toutes ces possibilités ne sont pas tous valables.

 

La plupart des KBO ont des orbites aléatoires, et c’est alors que l’on remarque que les plus gros semblent avoir une orientation privilégiée, des orbites anti-alignées.

Il se pourrait donc qu’une planète située plus loin, soit responsable de cette particularité.

 

C’est le célèbre découvreur de petits corps, Mike Brown du Caltech (le « tueur » de Pluton) et son collègue Konstantin Batygin, qui se lancent dans une recherche par modélisation de cette possibilité et qui finalement annoncent cette nouvelle le 20 Janvier 2016.

 

 

Cette planète aurait au cours du temps, éjecté les autres corps dans d’autres directions ; ce qui a poussé A Morbidelli et son équipe de Nice à faire des simulations qui semblent lui donner raison.

 

http://www.planetastronomy.com/astronews/astrn-2016/02/clip_image003.jpg

Ces simulations sont basées sur le modèle de système solaire baptisé INPOP (Intégrateur Numérique Planétaire de l’Observatoire de Paris). Ce modèle intègre près de 150.000 observations des planètes et des astéroïdes du système solaire

 

Les orbites des six objets les plus lointains connus au-delà de Neptune (en violet). Ils ont mystérieusement leurs périhélies regroupés dans la même direction. Même, vus en 3D ils sont inclinés de façon identique par rapport au plan de l’écliptique

 

Crédit: Caltech

 

 

 

Les orbites anti-alignées avec la Planète 9 seraient plus stables que les autres.

Elles réduisent les rencontres avec la planète.

 

De plus de nouveaux objets « extrêmes » ont été rajoutés à la liste, comme par exemple 2013 FT28.

 

Le gros avantage de cette probable planète 9 est qu’elle expliquerait aussi l’inclinaison de 6° du plan orbital des planètes par rapport à l’équateur du Soleil.

 

 

La rotation du disque protoplanétaire à l’origine, définit un plan privilégié pour les planètes.

Le plan orbital des planètes de notre Système Solaire devrait donc être confondu avec l’équateur solaire.

Or, si les planètes sont dans un même plan (à 1° près) ce n’est pas le cas pour le plan planétaire qui est décalé de 6°.

Pourquoi ?

 

Des calculs montreraient qu’une planète massive située loin dans le Système Solaire et fortement inclinée sur l’écliptique (30°), pourrait expliquer ce phénomène.

 

 

 

QUE SAIT-ON DE LA PLANÈTE 9 ? OÙ EST-ELLE ? D’OÙ VIENT-ELLE?

 

Ce que l’on estime aujourd’hui :

·         5-20 masses terrestres (probablement. 10, Super Terre ou Mini Neptune)

·         Magnitude: 22-25

·         Période orbitale: ~15 000-20.000 ans

·         a ~700 UA, périhélie et aphélie à 200 et 500-1200 UA

·         Inclinaison ~30° (18-48°)

 

Disons le tout de suite, cette hypothétique planète n’a PAS été vue ; on a déduit après de savants calculs, modèles mathématiques élaborés et hypothèses qu’elle devait exister.

La planète dont on suppose l’existence orbiterait le Soleil en 10 à 20.000ans.

 

Grâce aux modèles d’évolution INPOP et à la sonde Cassini, qui nous permet de connaître la position de Saturne avec une précision de 100m (oui cent mètres) ! On en déduit les zones du Système Solaire où on devrait chercher cette possible planète.

En fait on exclue surtout une partie de son orbite, notamment les 2/3 dans ce cas.

 

http://www.planetastronomy.com/special/2016-special/29mar/clip_image062.jpg

Illustration : orbite possible de la planète 9, les zones rouges et mauves sont interdites (par les données Cassini de respectivement 2014 et 2020), zone probable en vert.

Crédit : Laskar et Fienga. et al.

 

 

D’après A Doressoudiram, le meilleur instrument pour chercher cette planète serait Subaru à Hawaï.

 

 

 

 

 

 

 

D’où proviendrait cette mystérieuse planète ? il y a plusieurs possibilités.

 

·         Elle peut s’être formée sur place

·         Ce peut aussi être une exoplanète capturée lors de l’enfance du Système Solaire

 

On n’en sait pas beaucoup plus.

 

Mais

 

 

FIN 2017, UN DOUTE S’INSTALLE.

 

 

De nouveaux relevés profonds, OSSOS (Outer Solar System Origins Survey) au CFHT d’Hawaï ; consacrés aux TNO semble montrer qu’il existait un biais de mesure dans ce qui a amené à introduire l’existence de la planète 9. Ces biais une fois corrigés indiqueraient que ce qui a été trouvé sur les objets anti alignés pouvaient aussi bien exister sans une planète 9.

Bref on est un peu dans le potage.

A Morbidelli y croit toujours, mais…

 

Bref on ne sait toujours pas, même si la NASA semble récemment plaider pour son existence.

 

Alors Planet 9 or not Planet 9 ?

 

Il semble quand même que les soupçons qui pèsent sur son existence soient solides.

 

Ce pourrait être une super Terre proche de son aphélie (700 UA), une super Terre qui manquerait apparemment au Système Solaire alors que l’on en découvre partout dans les systèmes extra solaires.

 

On continue à chercher et on espère beaucoup du LSST (Large Synoptic Survey Telescope) au Chili en 2023.

 

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

 

Pluton, les nouveaux mondes : CR de la conf IAP d’A. Doressoudiram du 2 Mai 2017

 

les confins du système solaire par A Doressoudiram CR conférence aux RCE 2008

 

From Le Verrier’s calculations for the discovery of Neptune to the search of Planet 9, Jacques Laskar

 

Les objets trans-neptuniens par l’Obs de Paris

 

Beyond the Kuiper belt edge: new high perihelion trans-neptunian objects with moderate semimajor axes and eccentricities

 

The Dynamical Structure of the Kuiper Belt and Its Primordial Origin par A Morbidelli H Levisson et R Gomes

 

The search for planet nine.

 

Looking for Planet Nine, Astronomers Gaze into the Abyss de Scientific American

 

How the Debate Over a Distant Planet in the Solar System Has Evolved de la Planetary Society

 

Solar System survey casts doubt on mysterious 'Planet Nine' de Nature.

 

L’hypothétique 9e planète pourrait avoir fait pencher l’ensemble du système solaire

 

Curious Tilt of the Sun Traced to Undiscovered Planet du Caltech

 

Observational constraints on the orbit and location of planet nine in the outer Solar system par M. Brown & K Batygin

 

New Extreme Trans-Neptunian Objects: Towards a Super-Earth in the Outer Solar System par S. Sheppard1 & C Trujillo

 

Hunt for Planet 9 reveals extremely distant solar system objects d’Astronomy Now

 

La ceinture de Kuiper par D Jewitt et J Luu  Pour la Science 1996

 

 

 

 

 

 

 

 

Prochaine conférence mensuelle de la SAF : Vendredi 13 Avril 2018  19H00

 

CONFÉRENCE DE NICOLAS PRANTZOS 
Astrophysicien IAP   SUR

«VIE INTELLIGENTE DANS L'UNIVERS ET LE DÉFI DES VOYAGES INTER-STELLAIRES.»

 

COMPLET

 

Entrée libre mais réservation obligatoire. (Vigipirate)

 

 

 

Bon ciel à tous

 

 

Jean Pierre Martin   Président de la commission de cosmologie de la SAF

www.planetastronomy.com

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