Le satellite naturel Charon photographié par New Horizons le 14 juillet, juste avant le survol de Pluton. Les images prises à travers les filtres infrarouge, rouge et bleu de l’instrument Ralph/MVIC révèlent les différentes compositions des terrains. La région du pôle nord nommée Mordor Macula se distingue du reste de ce corps céleste, deux fois plus petit que son compagnon Pluton. La résolution est de 2,9 km par pixel. © Nasa, JHUAPL, SwRI

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L'énigme de la couleur du pôle de Charon résolue

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Le pôle nord de Charon possède une couleur rougeâtre singulière qui intriguait les planétologues. En se basant sur les données collectées par la sonde New Horizons, une équipe de chercheurs vient de proposer un scénario basé sur les mythiques tholins de Carl Sagan, des composés riches en carbone, pour expliquer cette singularité.

Déjà en juin 2015, alors que la sonde New Horizons était en approche de Pluton (qu'elle allait finir par survoler), ses instruments pointés sur Charon avaient fourni des données qui intriguaient les chercheurs. En effet, le pôle nord de la lune principale de Pluton semblait particulièrement rougeâtre. Les superbes images prises lors du survol de Pluton le 14 juillet 2015 n'ont fait que le confirmer, soulevant du même coup une énigme : d'où pouvait bien venir cette coloration si distincte en comparaison des autres régions de Charon qui apparaissaient grises ?

La réponse à cette question semble bel et bien avoir été donnée par une équipe de planétologues qui publient leur étude dans le journal Nature. L'équipe fait intervenir des composés riches en carbone qui ont été rendus célèbres par les travaux et les ouvrages du grand exobiologiste Carl Sagan, lorsqu'il cherchait à comprendre la chimie sur Titan. Le satellite de Saturne pouvait en effet être considéré comme une sorte de Terre primitive placée au congélateur, où l'on pouvait encore observer la chimie prébiotique à l'origine de l'apparition de la vie.

Un schéma simplifié de la synthèse des tholins à partir du méthane et de l'azote moléculaire (molecular nitrogen, en anglais sur le schéma) sous l'action du rayonnement UV (en haut à gauche : Sunlight) et des rayons cosmiques (en haut à droite : Energetic Particles). © Nasa

Du méthane venu de Pluton qui se transforme en tholins sur Charon

Carl Sagan avait rencontré des difficultés à caractériser exactement les substances qu'il avait obtenues au cours d'expériences du type de celle de Miller avec les mélanges de gaz qui se trouvent dans l'atmosphère de Titan. Il avait donc baptisé collectivement ces substances « tholins » ou encore « tholines ». Ce terme est généralement utilisé maintenant pour décrire des composants organiques azotés de couleur rouge-brun (sépia), de structure mal déterminée, qu'on trouve sur les surfaces planétaires des corps glacés du Système solaire externe comme Titan ou Triton. Les mécanismes exacts de leur formation ne sont pas connus, mais on pense qu'ils se forment sous l'action du rayonnement ultraviolet sur des composés organiques simples tels que le méthane, l'éthane ou l'éthylène en présence d'azote et parfois d'eau.

On observe des régions rougeâtres sur Pluton et on sait qu'il y existe du méthane. La présence de tholins y est donc probable, et on pouvait penser aussi qu'il y avait un rapport avec la couleur du pôle nord de Charon. C'est bien la conclusion à laquelle sont arrivés les chercheurs dans l'article de Nature.

En combinant les données fournies par la sonde News Horizons avec des simulations sur ordinateur, ils sont parvenus au scénario suivant. Pluton et Charon forment une sorte de planète binaire ; la mécanique céleste nous dit qu'au cours d'une révolution de Pluton autour du Soleil, qui dure 248 ans, le pôle nord de Charon est éclairé pendant 100 ans, le reste du temps, il est dans l'obscurité et la température y chute alors à -257 °C. C'est assez pour que le méthane qui s'échappe de Pluton et qui est capturé par Charon se condense brutalement à l'état solide. Le processus s'accompagne de la formation de certains composés carbonés qui vont rester à l'état solide, même quand le pôle se retrouve dans la lumière du Soleil. Ces composés vont alors encore évoluer chimiquement sous l'action du rayonnement de notre étoile pour donner des tholins, dont les couches vont s'accumuler les unes sur les autres, siècle après siècle, millénaire après millénaire.

Si les chercheurs ont raison, on pourrait bien retrouver le même phénomène pour des planètes naines transneptuniennes qui possèdent une lune.

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