Atmosphère de Pluton
| Atmosphère de Pluton | |
 Atmosphère de Pluton, prise lorsque le Soleil était masqué par la planète naine, le 14 juillet 2015. Le diagramme montre la présence de deux couches distinctes de brume : la première entre la surface et 50 km et la deuxième entre 50 et 83 km. | |
| Informations générales | |
|---|---|
| Épaisseur | indéterminée |
| Pression atmosphérique | 0,65 à 2,4 Pa |
| Composition volumétrique | |
| Diazote | 90 % |
| Méthane | - |
| Monoxyde de carbone | 10 % |
| Éthane | - |
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L’atmosphère de Pluton fut découverte en 1985, et de nombreuses spécificités ont progressivement été identifiées, bien que la plupart des détails restent encore à confirmer par des études plus détaillées. Les études actuelles montrent que l'atmosphère de Pluton est principalement composée de diazote, avec un peu de méthane, de monoxyde de carbone, et d'éthane, à une pression d'environ 6,5 à 24 microbars (0,65 à 2,4 pascals (Pa)) à la surface[1],[2].
Caractéristiques
La pression atmosphérique à la surface de Pluton est environ 15 μbar, soit environ le 100 000e de celle de la Terre. Une étude en 2009 a estimé que la pression devait être comprise entre 6,5 et 24 μbar[1]. La haute atmosphère de Pluton subit une inversion de température. Sa température est en effet d'environ 103 K (soit −170 °C), c'est-à-dire 50 K de plus que la surface (53 K, soit −220 °C), alors que la température de la basse atmosphère de Pluton est de 93 K (−180 °C), c'est-à-dire 40 K de plus que la surface.
La haute atmosphère de Pluton est principalement constituée d'azote, avec des traces de méthane et de monoxyde de carbone produit par les glaces de surface, tandis que la basse atmosphère est riche en méthane[3],[4].
Lorsque l'orbite de Pluton l'éloigne du Soleil, son atmosphère gèle et tombe progressivement sur le sol ressemblant à un fin sable sec. Lorsque son orbite excentrique le rapproche du Soleil (Pluton est périodiquement plus proche du Soleil que Neptune), la température de la surface solide de Pluton augmente suffisamment pour sublimer ce sable en gaz. Cette sublimation a un effet de refroidissement sur la surface de Pluton et crée un « anti-effet de serre » ; un peu comme la transpiration rafraîchit le corps en s'évaporant de la surface de la peau. En utilisant les Submillimeter Array, des scientifiques ont récemment découvert que la température de Pluton est d'environ 43 K (−230 °C), 10 K plus froide que prévu[5].
Sa couleur bleu est liée à la présence de fines particules de tholins[6],[7].
Brumes
Des couches de brumes sont présentes dans l'atmosphère de Pluton. Lors du passage de New Horizons, une vingtaine de couches de quelques kilomètres d'épaisseur ont été identifiées, généralement séparées par une dizaine de kilomètres. Un ensemble de brumes basses (entre 5 et 15 km au-dessus de la surface) est présente, probablement issues de la condensation de produits de réactions photochimiques. Au-delà de 15 km des couches de brumes sont également présentes (jusqu'à plus de 200 km) alors que les températures sont trop élevées pour permettre la condensation d'hydrocarbures ou de nitriles. Titan possède le même type de structure dans son atmosphère avec des températures également trop élevées pour la condensation de ces molécules. Le mécanisme de formation de ces brumes pour Titan, reposant sur la production d'ions CN− et C3N− à partir de collisions dans l'ionosphère entre des électrons de faibles énergies et HCN ou HC3N aboutissant potentiellement à des macromolécules chargées négativement attirant des cations et donnant un aérosol puis finalement des brumes, pourrait s'appliquer sur Pluton bien qu'aucune ionosphère n'a été détectée (2017). Les particules constituantes des brumes se déposent à la surface de la planète naine[8].
Découverte
L'atmosphère de Pluton a été découverte lors de l'observation d'une occultation en 1985 ; cette découverte a été confirmée et considérablement renforcée par l'observation approfondie d'une autre occultation en 1998. Lorsqu'un objet sans atmosphère occulte une étoile, l'étoile disparaît brusquement, dans le cas de Pluton, l'étoile s'estompait progressivement[9]. Sur la base du taux d'occultation, la pression atmosphérique a été établie à 0,15 Pascal, environ 700 000 fois moins que celle de la Terre[10].
En 2002, une autre occultation a été observée et analysée par des équipes dirigées par Bruno Sicardy de l'Observatoire de Paris[11], James L. Elliot, du MIT[12], et Jay Pasachoff de Williams College[13]. La pression atmosphère a été estimée à 0,3 pascal, alors même que Pluton était plus éloigné du Soleil qu'en 1988. Cet éloignement aurait pourtant dû refroidir l'atmosphère, et le rendre plus ténu, plus raréfié. Une explication possible à cet écart constaté repose sur le fait qu'en 1987, le pôle sud de Pluton sortait de l'ombre pour la première fois depuis 120 ans. Cet évènement aurait provoqué la sublimation de grandes quantités d'azote issues de la calotte polaire. Il faudra des décennies pour que l'excès d'azote émis dans l'atmosphère ne se recondense sur la surface[14]. Une autre occultation stellaire a été observée le 12 juin 2006 par l'équipe de James Elliot au MIT-Williams College, et par l'équipe dirigée par Leslie Young au Southwest Research Institute en Australie[15].
En octobre 2006, Dale Cruikshank, du Ames Research Center de la NASA (impliqué dans le projet New Horizons) et ses collègues ont annoncé la découverte spectroscopique de l'éthane sur la surface de Pluton. Cet éthane est produit à partir de la photolyse ou radiolyse (conversion chimique en énergie du rayonnement solaire et les particules chargées) de méthane gelé sur la surface de la planète naine ou en suspension dans son atmosphère.
En 2015, la sonde du projet New Horizons a été le premier engin spatial à s'approcher de Pluton pour l'étudier. Les premières informations reçues confirment la pression atmosphérique qui avait été calculée précédemment.
Sources
Références
- Lellouch et al. 2009
- Stern 2006
- Croswell 1992
- Lellouch, Sicardy et De Bergh 2009
- Ker 2006
- « New Horizons dévoile le ciel bleu de Pluton », sur Futura-Sciences
- « New Horizons dévoile l'atmosphère de Pluton et des coulées de glace », sur Futura-Sciences
- (en) A. F. Cheng, M. E. Summers, G. R. Gladstone, D. F. Strobel, L.A. Young, P. Lavvas, J.A. Kammer, C.M. Lisse, A.H. Parker, E.F. Young, S.A. Stern, H.A. Weaver, C.B. Olkin et K. Ennico, « Haze in Pluto's atmosphere », Icarus, vol. 290, , p. 112–133 (DOI 10.1016/j.icarus.2017.02.024, lire en ligne).
- (en) « IAUC 4097 », (consulté le )
- Johnston 2006
- Sicardy et Widemann 2003
- (en) « Pluto is undergoing global warming, researchers find », Massachusetts Institute of Technology, (consulté le )
- (en) « Williams Scientists Contribute to New Finding About Pluto », Williams College, (consulté le )
- Britt 2003
- Elliot 2006
Bibliographie
- (en) R. R. Britt, « Puzzling Seasons and Signs of Wind Found on Pluto », sur Space.com, (consulté le )
- (en) R. Johnston, « The atmospheres of Pluto and other trans-Neptunian objects », (consulté le )
- (en) E. Lellouch, B. Sicardy et C. de Bergh, « Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations », Astronomy & Astrophysics, (DOI 10.1051/0004-6361/200911633, arXiv 0901.4882, lire en ligne)
- (en) A. Stern, « Making Old Horizons New », The PI's Perspective, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, (lire en ligne, consulté le )
- (en) K. Croswell, « Nitrogen in Pluto's Atmosphere », (consulté le )
- (en) T. Ker, « Astronomers: Pluto colder than expected », Space.com (via CNN.com), (lire en ligne, consulté le )
- (en) J. L. Elliot, « The Size of Pluto's Atmosphere As Revealed by the 2006 June 12 Occultation », American Astronomical Society, (lire en ligne)
- (en) B. Sicardy, T. Widemann et al., « Large changes in Pluto's atmosphere as revealed by recent stellar occultations », Nature, Nature, vol. 424, , p. 168 (DOI 10.1038/nature01766)
Compléments
Lectures approfondies
- (en) S. M. Slivan et E. W. Dunham, « Constraints on the Structure of Pluto's Atmosphere », Bulletin of the American Astronomical Society, vol. 21, , p. 986 (lire en ligne)
- (en) D. P. Hinson, I. R. Linscott, L. A. Young, G. L. Tyler, S. A. Stern, R. A. Beyer, M. K. Bird, K. Ennico, G. R. Gladstone, C. B. Olkin, M. Pätzold, P. M. Schenk, D. F. Strobel, M. E. Summers, H. A. Weaver et W. W. Woods, « Radio occultation measurements of Pluto’s neutral atmosphere with New Horizons », Icarus, vol. 290, , p. 96–111 (DOI 10.1016/j.icarus.2017.02.031, lire en ligne, consulté le )
