Mise à jour 26 Novembre 2014
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
«PLUTON ET LA MISSION NEW HORIZONS»
Par François FORGET
Planétologue
Institut Pierre Simon de Laplace (IPSL)
À l’AgroParisTech 16 rue C Bernard Paris 5.
Le Mercredi 19 Novembre 2014 à 19H00 Amphi Tisserand
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 s'appelle :
SAF PPT Forget pluton;zip, elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2014-2015. .
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
https://www.youtube.com/watch?v=XADjM5o2p6Y&feature=youtu.be&list=PL1ZHG2CIuv2cSnvl4RDk8nlTDNa1YeT7p
François Forget est bien connu de nos lecteurs, il est chargé de recherche du CNRS attaché à l'Institut Pierre Simon Laplace travaillant en coopération avec diverses Universités parisiennes. Il est au LMD : laboratoire de météorologie dynamique.
Il a travaillé dans le passé aussi au CNES et au centre Ames de la NASA.
Il est spécialisé dans les modèles climatiques martiens et est responsable du Mars Climate Data Base de l'ESA.
François Forget est un des auteurs de l'excellent ouvrage sur Mars, histoire d'un autre monde chez Belin avec ses compères F Costard et Ph Lognonné.
Mais aujourd’hui il nous parle d’un sujet que l’on évoque peu : Pluton et la dernière mission de la NASA vers ce qui n’est plus une « vraie » planète.
LA GENÈSE DE LA MISSION NEW HORIZONS.
L’homme à la base de cette mission, c’est Alan STERN du SwRI (Southwest Research Institute) qui a toujours été motivé par l’étude de ce qui était la dernière planète non explorée à l’époque.
En effet quand on revoit la série de timbres publiée en 1991 par les postes US après les dernières missions Voyager, il a été choqué par le texte pour Pluton : pas encore exploré !
Cela lui a donné l’idée de bâtir une mission pour explorer la dernière planète, la mission New Horizons. Il va devenir le responsable principal (PI) de cette mission extraordinaire.
On verra qu’il faudra un lanceur ultra puissant (Atlas) pour lancer rapidement la sonde, en fait elle va atteindre Jupiter en seulement 13 mois, Galileo avait nécessité 6 ans ! Pourquoi si vite ? On veut arriver avant l’hiver sur Pluton !
Mais, avant de parler plus en détails de la mission, parlons de Pluton.
PLUTON, LA DERNIÈRE (PRESQUE) PLANÈTE.
LA DÉCOUVERTE DE PLUTON.
Après Le Verrier et la découverte de Neptune, on pensait avoir atteint la limite du système solaire.
Erreur, c’est Clyde Tombaugh, un agriculteur passionné par les étoiles qui va encore augmenter la taille du système solaire.
Il est embauché à l’Observatoire Lowell (Flagstaff Arizona) pour effectuer un travail ingrat: visionner au comparateur les plaques photo qu'il a faites les nuits précédentes, et devant permettre la découverte d’une éventuelle planète X que tout le monde cherche.
C'est la chance qui sourit aux nouveaux, un an après il découvre un soir de fin Février 1930, un petit point qui s'est déplacé sur des plaques de Janvier : ce sera Pluton
Son diamètre est évalué à 2400km densité évaluée à 2 approx
Orbite très excentrique, incliné sur l’écliptique (122°) 29UA à 49UA 247,7 ans
Mais en fait Pluton est un système double, en effet, on découvre en 1978 (J Christy et R Harrington) un satellite de taille importante orbitant Pluton, c’est Charon (le passeur des enfers!) 1200 km de diamètre
Hubble découvre d’autres (petits) satellites, on en est à 5 !
Pluton est difficile à observer, 50.000 fois moins lumineux que Mars !
Mais on peut quand même à l’aide de la spectroscopie étudier sa surface depuis la Terre.
Et que découvre-t-on ?
Pluton est couverte de glace de N, CH4 et CO.
La température de surface est de l’ordre de -235°C.
Une très (très) faible atmosphère d’azote existe : 1 Pa (la pression terrestre est de l’ordre de 1000 hPa (105 Pa)
On voit sur ces graphiques notamment les spectres des différents composants.
Bernard Schmitt de l’IPAG est un de nos grands spécialistes dans ce domaine.
De même on peut procéder à une occultation stellaire, qui permet ainsi de scruter l’éventuelle atmosphère de Pluton.
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C’est ce qui s’est produit le 18 Juillet 2012 au VLT. Là aussi nous avons un grand spécialiste français : Bruno Sicardy du LESIA. |
Voici les résultats de cette occultation, ils mettent en évidence la présence d’une légère atmosphère sur Pluton. |
François Forget a lui aussi participé à une occultation, celle du 7 nov 1997 à Hawaï au Mauna Kea, mais comme pour Le Gentil lors du transit de Vénus à Pondichéry, un malicieux nuage est passé à l’instant fatidique.
Néanmoins toutes ces occultations permettent d’appréhender la faible atmosphère plutonienne.
L’atmosphère est « beaucoup » plus chaude (-170°C) que le sol, plus chaude de 40K. Le sol étant à approx. -220°C (~50K)
Ceci est dû la grande quantité de méthane de l’atmosphère (0,5%)
Comme Pluton s’éloigne de plus en plus du Soleil (va vers l’hiver), son atmosphère se sublime progressivement
Si bien qu’à l’aphélie (le point le plus loin du Soleil), il n’y aurait presque pas d’atmosphère, alors qu’au périhélie, l’atmosphère se forme de nouveau.
Il y a donc une évolution saisonnière de l’atmosphère comme on le voit sur le schéma ci-contre.
On a même construit différents modèles possibles (ici 3) censés représenter l’évolution atmosphérique.
Le modèle A semble le plus plausible actuellement.
Emmanuel Lellouch du LESIA est aussi un grand spécialiste de l’étude des variations saisonnières de l’atmosphère de Pluton.
Finalement ce que l’on peut dire sur Pluton, est qu’elle possède un cycle saisonnier très marqué, et c’est une raison pour laquelle on souhaite l’étudier avant son entrée en période hivernale prolongée (plus de 50 ans !).
L’atmosphère très fine est dominée par la présence de Méthane.
La surface de Pluton est couverte de glaces de N, Co et CH4 et probablement de produits organiques (les tholins) représentés en noir sur la « carte ».
Glaces d’azote en blanc, et glaces de méthane en brun.
On modélise l’atmosphère de Pluton au LMD de F Forget, notamment avec Mélanie Vangvitchith, thésarde.
Le LMD (Laboratoire de Météorologie Dynamique) élabore des modèles d’atmosphères, le GCM (Global Climate Model).
Ce modèle fonctionne pour de nombreux corps comme Vénus, la Terre, Mars, Titan, Triton, et Pluton.
Justement, Triton (satellite rétrograde de Neptune) et Pluton se ressemblent beaucoup :
· Orbites rétrogrades
· Même taille
· Même densité
· Probablement atmosphères similaires : azote, CO et méthane
· Atmosphère très ténue
Dans la présentation ppt on pourra voir l’évolution de quelques modèles de températures de surface et de circulation atmosphérique que je ne me sens pas capable de commenter clairement.
LA MISSION NEW HORIZONS.
La sonde de la NASA, New Horizons est lancée en Janvier 2006 à l'aide d'une puissante fusée Atlas-Centaur. Elle a pour but d’étudier ce que l’on croyait à l’époque être la dernière planète du système solaire. (Générateur nucléaire à bord pour l’énergie)
Le chemin étant long vers Pluton, un petit coup de main de Jupiter est nécessaire en Février-Mars 2007, une assistance gravitationnelle la pousse vers les confins de notre système solaire. Arrivée dans la région de Pluton été 2015 et visite de certains KBO de 2016 à 2020. La date visée est le 14 Juillet 2015
Après cette visite on cherche de objets de la ceinture de Kuiper que NH pourrait visiter, Hubble vient d’en trouver deux !
La trajectoire vers Pluton est rapide comme déjà dit.
Le passage près de Jupiter pour assistance gravitationnelle permet d’essayer les caméras et l’on assiste à une éruption sur IO.
L’imageur LORRI a en juillet de cette année 2014, détecté Pluton et Charon.
On le voit sur cette animation gif.
Une vidéo animation de la trajectoire :
vidéo :
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On devrait passer ENTRE les orbites de Pluton et Charon le 14 Juillet 2015.
Une autre représentation de la rencontre se trouve ci-contre.
On arrive très incliné par rapport au plan des satellites de Pluton.
La vitesse relative de la sonde : 14km/s !
On passe théoriquement à :
· 10.000km de Pluton et à 27.000km de Charon !
On veut absolument passer dans les zones d’occultation avec la Terre des deux corps principaux ;
Il y a plusieurs phases d’opération avant la rencontre.
La phase d’approche (AP 1 à 3) de Janvier 2015 au 13 Juillet 2015
La phase de rencontre (NEP) du 13 au 15 juillet 2015 et
La phase de départ (DP 1 à 3) à partir du 15 Juillet 2015 jusqu’à Janvier 2016.
Un tableau détaillé montre les différentes fonctions devant être remplies pendant la rencontre.
F Forget nous introduit son collègue doctorant au LMD qui participe aussi à cette aventure Tanguy Bertrand et qui est dans la salle.
ET APRÈS LA RENCONTRE AVEC PLUTON ?
Mais après ce passage rapide, mais néanmoins fructueux on l’espère, que faire ?
Ce serait dommage que cette sonde équipée de puissants instruments et qui a couté plus de 700 millions $, ne serve plus à rien.
Il vint donc une idée à la NASA, il y a quelque temps, de trouver d’autres cibles, si possible, grosses, à visiter.
Or, nous sommes situés dans un espace appelé ceinture de Kuiper, énorme réservoir de corps rocheux éparpillés dans l’immensité ;
Il fallait se mettre en chasse de cibles potentielles.
Ces objets s’appellent « objets de la ceinture de Kuiper » ou simplement KBO.
On fit appel à la communauté des astronomes et à Hubble, car contrairement à ce que l’on pense, l’espace est vide, ce ne fut pas facile de trouver des objets intéressants à visiter dans cette zone si éloignée du Soleil, qui se trouvent dans leur état d’origine, c’est-à-dire datant de la création même du système solaire (il y a 4,5 milliards d’années).
Les astronomes basés sur Terre n’ont d’ailleurs pas réussi à trouver des cibles possibles, il y avait moins d’objets que prévu dans cette fameuse ceinture.
Heureusement Hubble va nous sauver la mise, il a fini par nous sortir trois candidats possibles.
C’est l’équipe de John Spencer (dont on voit sur cette slide les programmes de recherche) qui a découvert ces 3 cibles (en fait 5 mais 2 ont été éliminées), elles sont toutes marquées PT1, 2 et 3 (Potential Target , cibles potentielles )
PT1 a déjà été photographiée plusieurs fois par Hubble, et son orbite a été déterminée.
New Horizons pourrait la visiter en Janvier 2019, elle est située un milliard de km plus loin que Pluton (43UA).
(photo : HST/JHUAPL)
Ces cibles ont maintenant des noms, par exemple 1110113Y est la première la plus probable (PT1).
Vers fin 2015 on donnera l’ordre d’allumer le moteur pour se diriger vers cette cible.
En espérant que ce nouveau timbre soit prémonitoire du succès de la mission !
POURQUOI PLUTON N’EST ELLE PLUS UNE « VRAIE » PLANÈTE ?
Au fait qu’est-ce qu’une planète ? La révolution de Prague en 2006
C’est en effet à cette réunion de l’IAU que le sort de Pluton a été scellé! Pourquoi?
Les télescopes modernes devenant de plus en plus performants, on se met à découvrir des « corps » de la taille de Pluton ou plus gros même et situés plus loin.
Et on en découvre de plus en plus. C’est le cas de Eris par exemple sur une orbite 67/37 UA et probablement 1/3 plus massif que Pluton. Embêtant!
Cela voudrait dire que le nombre de planètes de notre système solaire serait indéfini.
Pas satisfaisant pour l’esprit pour les astronomes. Les quelques milliers de membres de l'UAI présents à Prague, après des débats tumultueux, ont voté en majorité, contre l'extension indéfinie du système solaire
Les membres de l'UAI ont défini une nouvelle catégorie de corps, les planètes naines (dwarf planets) dont Pluton serait le représentant le plus important (comme le disait justement notre André Brahic national, quand on veut mettre quelqu'un au placard, on lui donne une promotion…), Cérès et Eris en font aussi partie.
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 ou minor planets) du système solaire.
On attend donc New Horizons en Juillet 2015, la SAF devrait fêter cet évènement en faisant participer le public, peut être à la Cité des Sciences, nous vous tiendrons au courant.
POUR ALLER PLUS LOIN :
The Tenuous Atmospheres of Pluto and Triton Explored by CRIRES on the VLT
par B Sicardy et al.
The atmospheres of Pluto and other trans-Neptunian objects par Wm. Robert Johnston
Pluto's seasons: new predictions for New Horizons par L. A. Young
L'expansion de l'atmosphère de Pluton révélée par occultations stellaires par B Sicardy.
The lower atmosphere of Pluto revealed de l’ESO.
Pluto’s Atmosphere Does Not Collapse par C.B. Olkin et al.
Modélisation des atmosphères et des glaces de Pluton et Triton. Thèse de Mélanie Vangvitchith. Passionnant.
New Horizons Pluto/KB Mission Status Report for OPAG PI Alan Stern
New Horizons Mission Design par le JHUAPL.
Blog de la NASA Ames sur Pluton partie A.
Blog de la NASA Ames sur Pluton partie B.
Blog de la NASA Ames sur Pluton partie C.
New Horizons Ready for Last Wake-Up Call Prior to Start of Historic Pluto Encounter Operations par America Space.
Finally! New Horizons has a second target, blog d’Emily.
The PI's Perspective: Encounter Planning Accelerates
Le site de New Horizons au JHUAPL.
Bon ciel à tous
Jean Pierre Martin Président de la commission de cosmologie de la SAF
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