Un changement de saison pour Pluton ?

Depuis sa formation il y a plus de 4,5 milliards d’années, l’atmosphère de notre planète a beaucoup évolué. Alors que la Terre a d’abord eu une atmosphère primitive riche en dihydrogène, l’érosion par le vent solaire et le dégazage de la croûte terrestre l’ont rapidement remplacée par une enveloppe gazeuse riche en diazote (N₂) et en dioxyde de carbone (CO₂). Avec le temps, le CO₂ ainsi que le méthane (CH₄) ont diminué et ont été remplacés par du dioxygène (O₂) il y a plus de deux milliards d’années. Si la composition de l’atmosphère est plus stable aujourd’hui, elle continue d’évoluer.

En dehors des activités humaines récentes, ces variations sont dues aux caractéristiques de l’orbite terrestre. Le phénomène le plus visible à notre échelle est l’évolution des saisons. En effet, l’axe de rotation de la Terre étant incliné d’environ 23,4°, une même région ne reçoit pas le même ensoleillement au cours de l’année. En France, les rayons du Soleil arrivent perpendiculairement en été alors qu’ils sont inclinés en hiver. C’est pourquoi les températures sont plus importantes en été. Ces variations produisent également des variations dans la composition et la pression atmosphérique. La quantité de vapeur d’eau varie ainsi de 1 à 5% au cours de l’année.

La Terre n’est néanmoins pas le seul astre du Système solaire à connaître des variations saisonnières. Sur Mars, par exemple, les changements saisonniers influent énormément sur la taille et la composition des calottes polaires. L’eau contenue dans l’atmosphère martienne en été se condense ainsi en hiver au niveau des pôles. Si ces changements sont bien étudiés sur une planète comme Mars, ils sont beaucoup moins bien connus pour les objets aux confins du Système solaire. Ainsi, une étude menée par la chercheuse états-unienne Amanda Sickafoose a récemment mesuré les variations de pression dans l’atmosphère de Pluton.

L’orbite de Pluton

Découverte en 1930, Pluton fut considérée comme la neuvième planète du Système solaire jusqu’en 2006. En effet, l’observation de nouveaux astres dans la ceinture de Kuiper, au-delà de Pluton, de taille similaire à Pluton, poussa la communauté astronomique à créer une nouvelle classe d’astres, les planètes naines. Pluton est ainsi la plus grande planète naine (très proche d’Eris) avec un diamètre d’environ 2 370 km. En comparaison, la Lune a un diamètre de 3 475 km. L’une des caractéristiques de Pluton qui a également motivé la création d’une nouvelle classe est son orbite. En effet, les planètes du Système solaire ont des orbites très peu excentriques, donc quasi circulaires, et sont presque sur le même plan. Leur distance au Soleil varie ainsi peu au cours d’une rotation autour de ce dernier.

L’orbite de Pluton a une excentricité de 0,25, ce qui lui donne une forme plus ovale. Sa distance au Soleil varie ainsi d’environ 29,6 à 49,3 fois la distance Terre-Soleil. Au cours d’une orbite, qui dure environ 248 ans, son ensoleillement va donc significativement varier. En plus de cela, Pluton n’est pas exactement sur le même plan que les autres planètes du Système. Ces particularités sont d’ailleurs la raison officielle du changement de classe de l’ancienne planète. En effet, son orbite croise celle de Neptune et la planète n’a donc pas nettoyé son orbite, prérequis obligatoire pour être considérée comme une planète.

Par ailleurs, l’axe de rotation de Pluton est incliné à environ 120°. À l’instar de Vénus, la planète naine est donc en rotation rétrograde. Cela signifie qu’elle tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, à l’inverse de la majorité des astres du Système solaire. Pluton met ainsi environ 6,4 jours pour faire un tour sur elle-même.

*Représentation des orbites des planètes comparées à celle de Pluton © bobthealien*

Une fine atmosphère de diazote

Alors que la présence d’une atmosphère fut théorisée dès 1974, il faudra attendre 1988 pour qu’une fine couche de gaz soit détectée autour de Pluton. En effet, l’atmosphère de la planète naine étant très fine et Pluton très éloignée, la détection et l’étude de son enveloppe gazeuse sont très difficiles. La méthode la plus efficace consiste à observer l’astre lors d’une occultation stellaire.

En effet, lorsqu’un objet passe devant une étoile, il va cacher temporairement la lumière émise par l’étoile. Cependant, si l’objet dispose d’une atmosphère, la lumière de l’étoile va diminuer progressivement au lieu de disparaître brusquement. Par ailleurs, le gaz va absorber certaines « couleurs » particulières de la lumière qui va dépendre du type de gaz présent. En observant toutes les couleurs de la lumière, que l’on appelle le spectre, il est alors possible de connaître la composition ainsi que la taille et la pression de l’atmosphère.

Ainsi, dès 1988, les astronomes observèrent une majorité de diazote dans l’atmosphère avec des traces de méthane et de monoxyde de carbone. Les observations montrèrent également que la pression atmosphérique était comprise entre 3 et 60 µbar (la pression atmosphérique terrestre étant de 1 bar) et que la température de surface avoisinait −220 °C.

Le tournant dans l’étude de l’atmosphère de Pluton s’accompagna du survol de la sonde New Horizons en juillet 2015. En passant à seulement 11 095 km de distance de la planète naine, la sonde observa en détail son atmosphère. Cela permit aux astronomes d’affiner les modèles atmosphériques de Pluton. En plus des gaz connus, les données révélèrent la présence d’aérosols dans l’atmosphère. Ces aérosols sont en constante interaction avec la surface glacée de Pluton. Les instruments de la sonde affinèrent également la mesure de la pression de surface à 11,7 µbar.

Photographie de Pluton occultant le Soleil par New Horizons le 15 juillet 2015. © NASA/JHUAPL/SwRI

Une nouvelle saison pour Pluton ?

Entre sa découverte en 1988 et les observations de la sonde New Horizons, la pression atmosphérique augmenta d’environ 2 µbar à 6 µbar à 30 kilomètres d’altitude. La mesure de la pression de surface n’était pas possible depuis la Terre. Les observations montrent également que la pression semble être stable entre 2010 et 2020.

Il faut savoir que Pluton a atteint en 1989 son périhélie. Il s’agit du point de son orbite où elle est la plus proche du Soleil et où elle reçoit donc le plus de flux. Avec le réchauffement de la planète, une partie de la glace de surface a pu se sublimer. Ainsi, en passant de solide à gaz, cela pourrait augmenter la pression atmosphérique. Les modèles prédirent ainsi une augmentation suivie d’un plateau dans les décennies suivantes. Puis, en s’éloignant à nouveau du Soleil, la pression risque de diminuer à nouveau.

Pour étudier cela, une équipe américaine analysa les données obtenues lors de dix occultations entre 2017 et 2023. Les résultats confirmèrent la stabilisation de la pression entre le survol de New Horizons en 2015 et 2021. Ils suggèrent que la pression atmosphérique commence à diminuer. En effet, la pression à 30 km d’altitude a diminué de 16 ± 2 % entre 2021 et 2023. Il pourrait s’agir du passage à une nouvelle saison pour Pluton. Néanmoins, les incertitudes ainsi que la courte période d’observation ne permettent pas encore de valider à 100% ces hypothèses. Pour cela, de nouvelles observations seront nécessaires dans les prochaines années.