Vue d'artiste de Pluton. © ESO, L. Calçada

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Pluton : les raisons d'aller rebondir et tourner autour de cette planète naine

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Les données acquises par la sonde New Horizons renforcent l'attrait de Pluton, un corps complexe et étonnamment dynamique. Nombreux sont les scientifiques à vouloir y retourner. Tanguy Bertrand, jeune chercheur français, est l'un d'eux. Il nous explique pourquoi mais avoue qu'il faudra être patient...

  • Pluton est un monde bien plus intéressant et complexe qu’il y paraît avec des caractéristiques uniques dans le Système solaire, et peut-être un océan sous sa surface.
  • Avant de retourner sur Pluton, les agences spatiales vont se focaliser sur les lunes glacées du Système solaire, voire lancer une mission à destination d’Uranus et Neptune.
  • Néanmoins, des scénarios de missions sont d'ores et déjà avancés, tous très ambitieux.

Le succès de New Horizons et ses découvertes sur Pluton ont « attisé encore plus notre curiosité, et plusieurs projets sont dans les cartons pour y retourner », nous explique Tanguy Bertrand, qui vient de finir sa thèse sous la direction de Francois Forget, chargé de recherche CNRS au Laboratoire de météorologie dynamique et membre de l'équipe scientifique de New Horizons.

Cet intérêt s'explique notamment par « une grande diversité géologique, impliquant des processus à différentes échelles de temps, une intense activité glaciaire liée aux cycles des glaces volatiles, et une atmosphère surprenante avec notamment la présence d'une brume organique ». Les phénomènes en jeu et les matériaux présents, « mélanges de glaces et de particules de brume », sont complexes et uniques dans le Système solaire« Ils méritent une étude approfondie. »

Les chercheurs souhaitent poursuivre l'étude « des glaces volatiles, réaliser leur inventaire, distribution et mesurer leur épaisseur à la surface, ainsi qu'explorer les mécanismes opérant à petites échelles (nuages, givres, érosion, écoulement glaciaire) ». Dans la haute atmosphère, « nous souhaitons comprendre comment s'échappent les molécules d'azote et de méthane et comment se forme cette brume organique ». Enfin, les scientifiques souhaitent en apprendre davantage sur « la structure interne de Pluton, son éventuel océan sous la surface et sur le système de satellites qui a été très peu étudié par New Horizons ». Il existe aussi un attrait à comparer Pluton avec Charon, son principal satellite.

Les deux faces de Pluton ? Non. Au premier plan Pluton et, à gauche, Charon, son principal satellite qui présente de nombreuses similitudes avec la planète naine. © NASA/JHUAPL/SwRI

Pour toutes ces raisons, « et la liste est non exhaustive », il y a donc un grand intérêt à retourner sur Pluton avec « des instruments différents pour continuer et compléter son exploration, et comprendre les phénomènes en jeu ». Cette nouvelle approche permettra de suivre l'évolution de Pluton « dans le temps et ainsi avoir une résolution temporelle », ce que n'a bien sûr pas pu réaliser la sonde New Horizons, qui n'a fait que survoler ce petit monde durant 24 heures.

« Les missions spatiales vers une planète semblent suivre une certaine tendance :  d'abord une  mission d'exploration (survol), puis un orbiteur, puis un atterrisseur, avant des retours d'échantillons voire des missions humaines ». Cependant, il est vraisemblable que si une nouvelle sonde est envoyée vers Pluton, « ce soit un orbiteur, mais pas un atterrisseur, sauf si le budget permet les deux à la fois ».

Poser un engin sur Pluton offre de nombreux autres avantages qu'un orbiteur seul.

  • Un atterrisseur pourrait mesurer la pression, la température et les vents de l'atmosphère, étudier la sublimation et la condensation des glaces à la surface, leurs composition et propriétés ;
  • S'il se pose sur une surface recouverte de « tholines », les instruments de bord pourront analyser ces matériaux faits de carbone et d'azote ;
  • Si la mission est une sonde qui rebondit, comme cela est proposé, alors elle pourrait aussi étudier la géomorphologie de la surface, dresser des cartes à haute résolution de la composition des sols, mesurer la profondeur des dépôts de glace et leur température, analyser la composition de l'atmosphère à différentes altitudes voire collecter des aérosols dans l'atmosphère.

Il est vraisemblable que l'atterrisseur ne sera pas seul et « qu'il y aura un orbiteur en même temps pour relayer les communications avec la Terre ». L'orbiteur ne devrait pas seulement être utilisé pour les communications « mais aussi pour faire de la science ». Il devrait offrir les avantages suivants :

  • Une couverture d'observation plus globale, et rapprochée : l'idée serait de faire plusieurs survols rapprochés de Pluton avec l'orbiteur, un peu comme Cassini sur Saturne et Dawn sur Cérès. On peut même observer l'hémisphère plongé dans la nuit polaire ;
  • L'observation en détail des satellites de Pluton ;
  • Des mesures précises de gravité et des études sur la structure interne, et de l'océan fortement soupçonné sous la surface ;
  • Des mesures du taux d'échappement de l'atmosphère ;
  • Des mesures de pression, température et composition atmosphériques dans toute une colonne à plusieurs endroits du globe.

Priorité aux lunes de glace avant le retour sur Pluton

L'Institut des concepts avancés de la Nasa, le Niac, a proposé le concept Pluto Hop, Skip, and Jump de Benjamin Goldman, porté par la firme américaine Global Aerospace. L'idée est d'utiliser une structure gonflable, sorte d'airbag géant d'une centaine de mètres, et l'atmosphère de Pluton pour freiner la sonde. « Elle pourrait alors se poser, rebondir et explorer différent types de surfaces. » Autre projet, celui de Stephanie Thomas (Princeton Satellite Systems), qui veut utiliser « un réacteur à fusion, ce qui permettrait d'effectuer le voyage en moins de quatre ans », pour envoyer une sonde vers Pluton. Mais il faut d'abord inventer la fusion...

« Cependant, malgré toute la science spectaculaire que produirait une telle mission, elle a peu de chance d'être sélectionnée dans les prochaines décennies. ». Elle coûtera cher « en lancement et en système de freinage, si ce n'est pas un survol » et, surtout, « il existe d'autres priorités et d'autres destinations populaires dans le Système solaire, comme par exemple Uranus et Neptune, ou encore les lunes glacées suspectées d'héberger des océans sous la surface ».

En conclusion, et à titre personnel, Tanguy Bertrand, voit mal les agences spatiales « décider d'un atterrisseur sur Pluton sans avoir d'abord atterri sur Europe, sur Encelade ou sur les lacs de Titan ». Les budgets restant très limités, il faudra choisir ! Mais restons optimistes, en 2023, la Nasa publiera son « decadal survey »« Nous verrons alors quelles sont ses nouvelles priorités pour la prochaine décennie. Malheureusement, je doute que Pluton soit en haut de la liste. »

Pour en savoir plus

Pluton : un projet d'atterrissage plein de rebondissements étudié par la Nasa

Article de Rémy Decourt publié le 16/10/2017

Le 14 juillet 2015, la sonde New Horizons, de la Nasa, survole Pluton et découvre un monde étonnemment complexe et dynamique. L'envie d'y retourner est immense et les scénarios fleurissent aujourd'hui. Le premier est celui de la firme américaine Global Aerospace, qui propose un atterrisseur capable de faire des bonds !

Lorsqu'en janvier 2006, New Horizons quitte la Terre à destination de Pluton, un point minuscule et flou pour les Terriens, les scientifiques ne s'imaginent pas ce que cette sonde de la Nasa va découvrir. En un passage éclair à près de 50.000 km/h, New Horizons va montrer un monde étonnamment semblable à une planète avec un dynamisme insoupçonné et une surface jeune d'une centaine de millions d'années, sans doute l'une des plus jeunes de notre Système solaire. Autre particularité, des montagnes de glace d’eau et la possibilité de l'existence d'un océan liquide sous cette glace.

Sans surprise, les astronomes veulent retourner sur Pluton avec une mission autrement plus ambitieuse qu'un survol. Et si plusieurs scénarios de missions sont à l'étude, l'un d'eux a retenu l'attention de l'Institut des concepts avancés de la Nasa, le NIAC. C'est celui de la firme américaine Global Aerospace qui propose d'envoyer un atterrisseur capable de se déplacer par bonds de plusieurs dizaines, voire quelques centaines de kilomètres. L'idée n'est pas absurde sur un corps où la gravité est très faible, quinze fois moins forte que sur Terre.

Scénario envisagé pour Pluto Lander. © Global Aerospace corp.

L'atmosphère ténue de Pluton pour freiner l'atterrisseur

Pour poser l'atterrisseur sur Pluton, Global Aerospace étudie un système de décélération et d'atterrissage sur Pluton à partir d'une vitesse initiale de plus de 48.000 kilomètres par heure. Lors de la traversée de l'atmosphère de Pluton, l'atterrisseur sera ralenti non par un parachute mais par une structure gonflable, fournie par ILC Dover, partenaire du projet. L'idée de Global Aerospace est d'utiliser la traînée induite par la très fine l'atmosphère de Pluton au prix de seulement quelques kilogrammes de carburant. Un scénario surprenant au premier abord mais qui s'explique par l'étendue de l'atmosphère de Pluton, qui s'étire sur plus de 1.600 km. Sa très faible densité est idéale pour dissiper de grandes quantités d'énergie cinétique par une traînée aérodynamique,

Cette technologie pourrait être également utilisée pour la capture en orbite et a suscité l'intérêt du NIAC qui a décidé de soutenir les études de faisabilité technique. Si la Nasa décide de financer cette mission, les objectifs scientifiques de l'atterrisseur pourraient être les suivants :

  • histoire de l'évolution de Pluton et (espoir américain) faire évoluer le statut de Pluton (planète ou planète naine) ;
  • interactions entre le sous-sol et l'atmosphère de la planète en étudiant les dégazages, par exemple le cryovolcanisme supposé ;
  • élargir la compréhension de la géomorphologie de surface à partir de plusieurs sites distincts (d'ou les bonds de l'atterrisseur) ;
  • utiliser l'échantillonnage pour étudier la nature de la croûte et rechercher d'hypothétique traces d'eau à l'état liquide ;
  • valider les mesures de New Horizons, notamment les profils de pression atmosphérique et de température.

New Horizons : revivez l'approche de Pluton comme si vous y étiez  Dans cette vidéo composée de plus de cent images prises par la sonde New Horizons au cours des six semaines qui ont précédé le survol historique de Pluton, le 14 juillet 2015, nous pouvons revivre cette approche comme si nous étions à bord. Petit à petit, Pluton et Charon dévoilent leurs surfaces, inconnues jusqu’alors. À la fin de la séquence, on découvre ses reliefs dans la plaine Spoutnik, survolée au plus près, à 12.500 km. Un voyage inoubliable pour les scientifiques et le grand public qui est encore loin d’être achevé.