Mise à jour le 28 Avril 2009
                                                                                                                                                    
     
CONFÉRENCE d'Alain DORESSOUDIRAM
de l’Observatoire de Paris (LESIA),
"LES CONFINS DU SYSTÈME SOLAIRE"
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris
 
Le Samedi 25 Avril 2009 à 15H00
à l'occasion de la réunion de la Commission de Planétologie.
 
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 si nécessaire
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
Comme j'ai résumé déjà une grande partie de cette conférence lors des RCE 2008, je ne m'appesantirai uniquement que sur certains points.
 
 
 
Alain Doressoundiram est astrophysicien au LESIA (Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique) à l'Observatoire de Paris-Meudon.
 
Il nous propose une explication des planètes et petits corps qui sont situés au fin fond de notre système solaire.
 
 
Le titre de sa conférence correspond au livre portant le même titre avec son collègue E. Lellouch, dont j’ai d’ailleurs adoré la préface :
 
À Pluton avec nos excuses…. !!
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCTION
 
Ces objets similaires à Pluton, s'appellent les objets trans neptuniens ou TNO (Trans Neptunian Objects).
 
Ce sont des objets glacés situés au delà de Neptune.
Cette aventure a commencé il y a 50 ans, et depuis seulement 1992 on a découvert plus de 1000 objets situés de plus en plus loin et au delà même de 100UA.
Ces objets sont à l'origine de certaines comètes et sont les résidus de la formation du système solaire.
 
Ces découvertes ont forcé l'UAI (l'Union Astronomique Internationale) le 24 Août 2006, à redéfinir la notion même de planète, nous l'avions évoqué au cours d'une table ronde organisée par le SAF.
 
Rappelons que l'on appelle planète , un objet qui :
·        a une orbite autour du Soleil
·        est "ronde", c'est à dire en équilibre hydrostatique et non pas en forme de patatoïde comme certains astéroïde
·        a fait le ménage sur son orbite , due à son énorme force de gravité
 
 
QUELQUES MOTS SUR PLUTON.
 
Pluton est en fait le premier TNO, sa découverte est liée à la recherche des cause des perturbations de l'orbite de Neptune. Tout le monde connaît l'histoire de sa découverte par C Tombaugh.
 
Pluton a une orbite très excentrique : de 30 à 50 UA et inclinée de 17°.
Elle est en résonance 3/2 avec Neptune : Pluton effectue 2 orbites quand Neptune en fait 3.  période 248 ans.
Donc très stable, ils ne se rencontreront jamais.
 
En 1978 on découvre son compagnon Charon qui est énorme : deux fois plus petit que Pluton seulement en diamètre.
En 2005 on découvre ses deux autres mini compagnons Nix et Hydra.
 
Pluton est recouvert de glaces de : N ; CH4 ; CO ; H2O  alors que
Charon est recouvert de glace d'eau.
 
Grâce à des occultations stellaires, on s'est aperçu que Pluton avait une (très) légère atmosphère d'Azote : 5 micro bar!
Il y a évaporation des glaces au cours de l'orbite, ce qui crée cette atmosphère.
Sa surface semble très contrastée d'après ce que l'on peut voir depuis la Terre avec Hubble.
 
 
D'AUTRES OBJETS TNO.
 
 
C'est principalement Edgeworth et Kuiper qui ont participé à cette aventure d'élaboration de cette notion de disque d'objets, que l'on va appeler la ceinture de Kuiper. Ils partaient du principe que le disque protosolaire ne devrait pas s'interrompre au delà de Neptune brusquement, il devrait exister de la matière dans le fond du système solaire. Ils avaient raison, cette matière est à l'origine des comètes.
Les comètes de courte période ont pour origine cette ceinture près de Neptune, ces comètes ont des orbites dans le plan de l'écliptique alors que les comètes de longue période proviennent de bien plus loin, d'un nuage sphérique appelé nuage de Oort, situé vers les 40.000 à 100.000UA.
 
Depuis cette époque on a catalogué tous ces objets notamment au célèbre Minor Planet Center.
 
On peut voir sur ce graphique une instantanée de la position de ces TNO.
 
 
Ces objets de la ceinture de Kuiper, sont pour la plupart très sombres (10.000 fois plus faible que ceux de la ceinture principale d'astéroïdes) cette couleur provient du fait que leur surface glacée est constamment bombardée et que ces bombardements entraînent une rupture de la liaison H et donne naissance à une polymérisation , donc à des matériaux organiques de couleur sombre.
 
Ils sont difficiles à détecter aussi car les orbites sont un peu sens dessus dessous et peu mobiles : 1 minute d'arc par jour en moyenne.
Malgré cela les premiers objets ont été découverts par les célèbres D Jewitt et J. Luu de Hawaï en 1992.
 
 
Actuellement on a observé seulement une partie du ciel, et il y aurait approximativement de l'ordre de 1300 TNO,  approximativement 1100 sur une orbite < à 50UA et 200 au delà.
 
En extrapolant ces chiffres, on estime le nombre de ces objets de diamètre inférieur à 100km à 40.000 entre 30 et 50 UA.
Et pour des objets plus petits ce nombre devient de l'ordre du milliard et pour une masse globale de 0,1 MT.
 
(pour comparaison on estime la population du nuage de Oort à 1000 milliards d'objets pour une masse globale de 50 MT).
 
 
 
Lorsqu'on regarde la répartition des masses en s'éloignant du Soleil (donc en UA), (désolé ma photo est un peu floue), on s'aperçoit qu'il y a une discontinuité dans cette répartition au niveau de la ceinture de Kuiper, c'est le problème de la masse manquante.
 
Pourquoi?? Si ces objets sont les restes de la formation du système solaire, pourquoi une telle discontinuité?
 
On pense que cette ceinture était beaucoup plus fournie dans le passé, de l'ordre de 30 masses terrestres alors qu'on l'estime à approximativement 100 fois moins actuellement, sinon on ne pourrait même pas expliquer la formation de Pluton par accrétion
 
 
 
 
 
LES TNO GÉANTS.
 
On découvre de plus en plus de ces objets de la taille de Pluton, comme Quaoar  avec ses 1200km de diamètre, mais celui qui a révolutionné la classification astronomique c'est Eris découvert en 2005 par M Brown, car il est…….plus grand que Pluton (2400km de diamètre) et ……..plus loin du Soleil que Pluton (3 fois plus loin).
 
Période : 550 ans , son orbite : de 38UA à 97UA (actuellement)
 
 
Il possède une particularité : son albédo est de 0,86, ce qui est énorme, cela en fait l'objet le plus brillant du système solaire après Encelade.
On ne sait pas bien pourquoi, peut être un renouvellement permanent de sa surface la rend "jeune" et donc brillante (c'est de la glace).
 
Par spectrographie on atteint la composition de ce corps, sa surface est composée de glace de méthane, sa température au sol varie entre –243°C et –218°C suivant son parcours sur son orbite. C'est important, car entre ces deux valeurs la glace de méthane se sublime et passe dans l'atmosphère. En un autre point de l'orbite, cette atmosphère se condense en glace; ce qui fait que la surface serait toujours fraîche.
 
 
UNE HISTOIRE DU SYSTÈME SOLAIRE.
 
Il faut trouver un scénario qui colle avec les observations actuelles :
 
·        La structure dynamique fortement chahutée du SS (Système Solaire)
·        La résonance de nombreux objets célestes
·        Une certaine troncature du disque vers les 50UA
·        La masse manquant des KBO
·        La distribution des couleurs (dont on a parlé dans le CR précédent aux RCE)
 
Une explication valable est ce que l'on appelle le modèle de Nice (élaboré à l'observatoire de la Cote d'Azur avec notamment notre ami A Morbidelli), cette appellation a l'intérêt de se décliner en anglais en "The Nice model", ce qui veut dire aussi le modèle élégant.
 
L'explication tient en une phrase : la migration des planètes géantes.
 
 
 
Au cours des premiers temps de la formation du SS, Neptune éjecte les objets de la ceinture de Kuiper vers l'intérieur, en réaction, il s'éloigne vers l'extérieur du SS.
Uranus fait de même ainsi que Saturne.
 
Par contre Jupiter, qui est la plus grosse planète, reçoit tous ces objets, et vu sa taille, il éjecte tout vers l'extérieur; en réaction il s'approche lui du centre du SS.
 
Lors de cette migration de planètes, on passe par une période où Jupiter et Saturne entrent en résonance ½ (Jupiter fait deux tours quand Saturne en fait un); ce qui rend l'ensemble du système solaire instable.
 
Cette phase chaotique explique pas mal de choses; elle a favorisé ce que l'on appelle le Bombardement tardif (LHB : Late Heavy Bombardment) vers les 800 millions d'années après la formation du SS. Confirmé par les Mers lunaires.
 
Alain nous présente ensuite un petit film vidéo de simulation (attention il fait 34MB) en avi élaboré par nos amis Morbidelli et Michel de l'OCA qui représente entre 0 et 1 Milliard d'années ce qui s'est passé.
En vert: disque de planétésimaux entourant les planètes  En rouge: orbite de Jupiter  Le Soleil est au centre de l'image.
Les coordonnées indiquent les distances en Unités Astronomiques (1 UA = distance Terre-Soleil)
 
Les orbites des 4 planètes correspondent aux 4 cercles. La planète la plus lointaine au Soleil est donc à moins de 20 UA au début de la simulation et rejoindra sa position actuelle à plus de 30 UA vers T= 880 millions d'années, lors du chamboulement soudain provoqué par le passage de Jupiter et Saturne dans la résonance 1:2
 
Cela explique les grands bassins sombres de la surface lunaire.
 
 
 
QUESTIONS OUVERTES.
 
·        Quelle est la composition de ces objets KBO?
·        Quel est leur albédo?
·        Pourquoi sont-ils si différents?
·        Comment se sont-ils formés?
·        Comment ont-ils évolué?
·        Où s'arrête vraiment la ceinture de Kuiper?
·        Quelle est sa masse actuelle?
·        Pourquoi cette troncature vers 50UA?
·        Pourquoi autant d'objets binaires?
 
On espère que notre orateur viendra nous proposer des réponses dans quelques années à ces questions.
 
 
 
Un grand merci à Alain Doressoundiram pour ce brillant exposé.
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
"Pluton et les objets trans-neptuniens: les nouvelles frontières du Système Solaire" présentation ppt par E Lellouch qui reprend en grande partie tous les thèmes abordés aujourd'hui.
 
Sur Wikipedia, article sur la ceinture de Kuiper est très bien fait.
 
Article très complet en anglais sur les TNO.
 
Animation page solar system : http://www.cfa.harvard.edu/iau/Animations/Animations.html
 
Livre "TNO and comets" by D Jewitt and A Morbidelli
 
Présentation ppt par A Morbidelli sur "Comets ans their reservoirs". Très technique mais indispensable.
 
"News from the Kuiper belt", présentation ppt par nos amis Allemands du Max Plank Institute.
 
Surface composition of the largest dwarf planet 136199 Eris (2003 UB313) par C Dumas et al.
 
"Mass distribution and planet formation" présentation ppt par S Desch de l'Arizona State University.
 
 
 
 
 
PROCHAINE RÉUNION DE LA COMMISSION DE PLANÉTOLOGIE : 12 SEPTEMBRE 15H
J SALMON NOUS PARLERA DE SATURNE ET DE SES ANNEAUX
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin  SAF Commission de Planétologie
www.planetastronomy.com
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