Détection de la première atmosphère d'un objet trans-Neptunien

La présence d’une atmosphère n’est pas une particularité propre à la Terre. En réalité, de nombreux astres du système solaire disposent d’une enveloppe gazeuse. C’est notamment le cas de l’ensemble des planètes du système solaire, à l’exception de Mercure. En effet, cette dernière dispose plutôt de ce que l’on appelle une exosphère. Une couche superficielle de gaz très peu dense produite par l’interaction du vent solaire avec la surface de la planète.

En plus des planètes, des atmosphères ont également été détectées autour de satellites ou de planètes naines. C’est notamment le cas de Pluton, Cérès ou encore de Titan, qui possède une atmosphère plus épaisse que celle de la Terre. Au vu du nombre d’atmosphères connues, les astronomes se sont donc mis à la recherche de signatures gazeuses autour d’objets trans-Neptuniens (TNOs). Il s’agit d’astéroïdes situés au-delà de l’orbite de Neptune, dans une zone appelée ceinture de Kuiper. C’est ainsi qu’une équipe japonaise a récemment observé la première signature d’une atmosphère autour de (612533) 2002 XV₉₃, un TNO situé au-delà de Pluton.

Pluton, le seul TNO avec une atmosphère

S’il est difficile de maintenir une enveloppe gazeuse dans le système solaire interne à cause du rayonnement solaire intense, l’impact de ce rayonnement devient quasiment négligeable au-delà de l’orbite de Neptune. En effet, les TNOs se situent à des distances comprises entre 30 et 55 unités astronomiques (UA), soit plus de 30 fois la distance Terre-Soleil. Dans cette zone, la température est inférieure à -220 °C. Les atomes sont donc moins excités et peuvent plus facilement rester à la surface d’un objet.

La première atmosphère d’un TNO fut découverte autour de Pluton, alors encore considérée comme une planète. Elle fut observée pour la première fois en 1985 lors d’une occultation d’une étoile par la planète. En effet, lorsqu’un objet passe devant une étoile, celle-ci disparaît avant de réapparaître. Si l’objet dispose d’une couche de gaz, la luminosité de l’étoile va d’abord diminuer sans disparaître totalement. Par ailleurs, cette variation de la luminosité sera différente selon la composition atmosphérique. L’atmosphère de Pluton a ensuite été observée de nombreuses fois et le pinacle de ces observations s’est produit lors du survol de la planète naine par la sonde New Horizons en 2015. Il s’agit donc d’une atmosphère riche en diazote (>99%) s’étendant sur près de 1 700 km. La pression atmosphérique est d’environ 1 Pa, soit 100 000 fois moins importante que celle de la Terre.

*Photographie de l’atmosphère de Pluton prise par la sonde New Horizons. ©NASA/JHUAPL/SwRI*

Pas d’atmosphères sur les autres planètes naines ?

Après Pluton, les astronomes recherchèrent des atmosphères autour d’autres TNO, notamment les autres planètes naines. Par exemple, Eris, qui mesure presque la même taille que Pluton, pourrait logiquement retenir une atmosphère. Cependant, malgré de nombreuses occultations observées, aucune couche de gaz ne fut détectée autour d’Eris, ni autour d’aucune autre planète naine. Néanmoins, un autre objet, assimilable à un TNO, dispose d’une enveloppe gazeuse.

Il s’agit de Triton, le plus gros satellite de Neptune. Mesurant environ 2 700 km de diamètre, il est plus grand que Pluton. Sa structure et son orbite laissent supposer qu’il pourrait s’agir d’un TNO capturé par Neptune aux origines de notre système solaire. Découvert par l’astronome britannique William Lassell en 1846, la sonde Voyager 2 photographia Triton pour la première fois lors de son survol le 25 août 1989. Elle permit ainsi d’observer pour la première fois l’atmosphère du satellite. Très similaire à celle de Pluton, elle se compose majoritairement de diazote avec une pression d’environ 7 Pa.

*Mosaïque d’images de Triton prises par la sonde Voyager 2. ©NASA, NASA-JPL, USGS*

L’atmosphère de 2002 XV₉₃

Cependant, depuis le mois d’avril 2026, Pluton n’est plus le seul TNO disposant d’une atmosphère. En effet, une équipe japonaise menée par l’astronome Ko Arimatsu a découvert une atmosphère autour de (612533) 2002 XV₉₃ lors de l’occultation du 10 janvier 2024. Comme son nom l’indique, ce TNO fut découvert en 2002 à l’observatoire de Palomar. Il s’agit d’un objet avec un diamètre d’environ 500 km se situant à une distance moyenne du Soleil de 39,6 UA, proche de Pluton. 2002 XV₉₃ met ainsi environ 250 ans pour faire un tour autour de notre étoile.

Dans le cadre de la campagne d’observation des TNOs TABASCO (TransNeptunian Atmospheres and Belts Analysis through Stellar-occultation Coordinated Observations), l’équipe observa donc l’occultation stellaire avec trois télescopes disposés à différents endroits du Japon. L’équipe observa ainsi une couche de gaz autour du TNO d’au moins 25 km d’épaisseur. Les mesures ont également permis d’estimer la pression atmosphérique entre 0,01 et 0,02 Pa, soit 100 fois moins dense que celle de Pluton. La composition exacte de l’atmosphère n’a cependant pas encore pu être déterminée.

Cette étude montre donc qu’il est possible de maintenir une atmosphère sur des astres plus petits que 1 000 km. Néanmoins, les modèles montrent que ces atmosphères ne peuvent pas subsister sur des milliards d’années. Celle de 2002 XV₉₃ serait donc plutôt récente et se serait formée suite à l’impact d’un autre TNO ou à du cryovolcanisme. Ce dernier phénomène, privilégié par cette étude, se produit lorsqu’une partie du manteau glacé de l’astre se fluidifie et remonte à la surface. Il s’agit d’un mécanisme similaire à celui des volcans terrestres, mais avec de la glace.