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Révélations sur la basse atmosphère de Pluton

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Depuis une vingtaine d'années, on savait que la température moyenne de l'atmosphère de Pluton était plus élevée que celle du sol. Mais on ne pouvait l'expliquer, et c'est maintenant chose faite.

Le spectre de Pluton dans la région de la bande 2n3 du méthane, observé le 1er août 2008 avec Crires/VLT. Pas moins de 17 raies individuelles du méthane gazeux sont détectées. Source : ESO

La planète naine Pluton est entourée d'une atmosphère très ténue, environ 100.000 fois moins dense que celle de la Terre. Depuis les années 1980, l'avènement des très grands télescopes et l'augmentation de la sensibilité des instruments ont permis de la caractériser par occultation stellaire et de déterminer qu'elle était composée essentiellement d'azote, pour une température de ses couches supérieures d'environ 100 kelvins (K).

Cette température posait cependant problème, car elle apparaissait plus élevée de 50 K que celle du sol, sans que l'on puisse en expliquer la raison. Et cela d'autant que les observations n'avaient pas permis d'en sonder les couches profondes, laissant envisager la présence d'une troposphère plus froide de plusieurs dizaines de kilomètres d'épaisseur. En 1992, de nouvelles données spectrométriques dans l'infrarouge avaient permis d'établir la présence de méthane gazeux, mais sans pouvoir en déterminer la proportion.

L'énigme dura jusqu'en août 2008, lorsqu'une équipe d'astronomes franco-britannique conduite par le planétologue Emmanuel Lellouch, de l'Observatoire de Paris-Meudon, a obtenu des spectres extrêmement précis du méthane atmosphérique de Pluton au moyen de l'instrument Crires (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph) monté au foyer de l'unité UT1, le télescope Antu de 8,20 mètres du VLT (Very Large Telescope).

L’instrument Crires au foyer du télescope Antu de 8,20 mètres. Crédit : ESO

Pluton a-t-elle une banquise de méthane gelé ?

Ce spectre résout une vingtaine de raies caractéristiques du méthane, permettant d'en évaluer très précisément l'abondance et la température moyenne. Celle-ci est d'environ 90 K, ce qui confirme une température atmosphérique plus chaude qu'en surface, pour une pression au sol comprise entre 6 et 24 microbars (0,6 à 2,4 pascals). L'abondance moyenne du méthane par rapport à l'azote est de 0,5%.

Contrairement à la Terre, il apparaît donc que l'atmosphère de Pluton ne comporte qu'une troposphère très réduite et une très forte inversion thermique. Celle-ci est facilement expliquée par la présence du méthane, qui absorbe le rayonnement solaire à la façon de l'ozone atmosphérique terrestre, mais dans l'infrarouge et non dans l'UV, le réémettant sous forme de chaleur. Cela suffit à réchauffer l'atmosphère de plusieurs dizaines de degrés en quelques kilomètres.

Une autre énigme subsiste cependant. La présence de méthane et d'azote atmosphérique implique leur existence en surface sous la forme solide. Mais si cette explication convient pour l'azote, elle ne suffit pas pour le méthane, beaucoup moins volatil, et une abondance relative de 0,5 % implique l'existence d'un autre processus d'enrichissement. Les astronomes postulent actuellement l'existence de lacs de méthane gelé à l'état pur, ou d'une mince pellicule de méthane qui recouvrirait l'ensemble ou la majeure partie de la planète naine. Des hypothèses qui devraient se voir confirmées ou non lors du suivi année après année de l'atmosphère, et plus encore lors du survol de Pluton par la sonde New Horizons en 2015.

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