Image mosaïque reconstituée à partir des observations de New Horizons, montrant la vaste région gelée de Sputnik Planitia au centre. © Nasa/JHUAPL/SwRI
Sciences

L'histoire de Pluton révélée par ses failles

ActualitéClassé sous :pluton , océan , New Horizons

Dans le but de comprendre le processus de formation d'un océan sous la surface de Pluton, des chercheurs ont estimé l'épaisseur de la lithosphère au niveau de Sputnik Planitia, en étudiant les diverses fissures du bassin. Leur étude conforte la théorie selon laquelle Pluton se serait formée en suivant un scénario de « démarrage à chaud ».  

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] 14 juillet 2015 : premières images de la surface de Pluton  Pour le deuxième anniversaire du survol historique de Pluton par la sonde New Horizons, la Nasa a offert une ballade réaliste et spectaculaire au-dessus de la lointaine planète naine. Découvrez ses paysages façonnés par les impacts et aussi son activité interne comme si vous y étiez. Un voyage à couper le souffle au-dessus d’un monde inexploré aux confins du Système solaire. 

Depuis son survol par la sonde New Horizons en 2015, Pluton ne cesse de captiver les scientifiques : malgré les plus de cinq milliards de kilomètres qui la séparent du Soleil, la planète naine présente une surface active, et on y suspecte la présence d'un océan liquide interne.

Un « démarrage à froid » ou un « démarrage à chaud » ?

La présence d'un océan sous la surface gelée de Pluton aurait d'importantes implications sur l'histoire de sa formation et sur la manière dont la planète a pu retenir assez de chaleur pour maintenir cet océan à l'état liquide.

Ainsi, deux hypothèses principales ont émergé : la première, dite « démarrage à froid », avancerait que la planète naine se soit formée sur un grand intervalle de temps par la lente accrétion de matériaux. Selon cette théorie, Pluton aurait accumulé assez de matière au fil du temps pour que le chauffage radiatif interne permette de fondre l'océan en subsurface.

La seconde, dite « démarrage à chaud », pencherait plutôt pour une formation suivant une accrétion rapide avec de violentes collisions, réchauffant la planète pour former un océan. L'arrêt des collisions aurait par la suite entraîné le refroidissement global de la planète pour lui donner cette allure de boule de glace qu'on lui connait aujourd'hui.

Des arguments géologiques pour trancher

Pour tenter de départager ces deux théories, une équipe de chercheurs a cherché à estimer l'épaisseur de la croûte de glace en se concentrant sur Sputnik Planitia, un vaste bassin d'impact rempli de glace d’azote. Cette plaine présente diverses caractéristiques géologiques, des cicatrices témoignant de l'activité passée dans la zone : des failles et fissures rayonnent du centre du bassin et l'on peut y observer une crête s'élevant à plus d'un kilomètre au-dessus du paysage environnant. 

Les scientifiques ont étudié les diverses caractéristiques géologiques dans Sputnik Planitia. © Nasa, JHUAPL, SwRI

Formées par l'accumulation de masses de glace d'azote, ces fissures sont essentielles pour comprendre la manière dont ces masses de glaces affectent la surface de Pluton, et pour remonter à l'épaisseur de sa croûte. La glace exerçant une force vers le bas sur la lithosphère, différentes configurations de failles pourraient être observées en fonction de son épaisseur.

À l'aide d'outils informatiques modélisant la formation de Sputnik Planitia selon diverses conditions de départ, l'équipe de chercheurs a pu estimer l'épaisseur de la lithosphère la plus adéquate pour retrouver les caractéristiques aujourd'hui observées. Ainsi, la croûte aurait une épaisseur comprise entre 45 et 70 kilomètres, conclusion cohérente avec la théorie de « démarrage à chaud ». Les auteurs ajoutent de plus que la pression exercée par la couche de glace dans Sputnik Planitia pourrait contribuer à la montée d'eau liquide à travers elle, pouvant générer une éventuelle forme de cryovolcanisme.

Pour en savoir plus

Pluton aurait un océan liquide depuis des milliards d'années

Article de Nathalie Mayer, publié le 24 juin 2020

Les astronomes pensent que la croûte glacée de Pluton a pu cacher un océan liquide. Mais comment s'est-il formé ? En analysant les images de la surface de la planète naine fournies par la sonde New Horizons, ils suggèrent aujourd'hui que Pluton a connu ce qu'ils appellent un « démarrage à chaud » qui a permis de préserver cet océan jusqu'à maintenant.

Pluton, c'est la planète naine la plus connue de notre Système solaire. Pourtant, jusqu'à son survol historique par la sonde New Horizons en juillet 2015, personne ne savait vraiment à quoi ressemblait sa surface. Et après analyse des images envoyées par la mission de la Nasa, les chercheurs de l’université de Californie (États-Unis) pensent désormais que l'océan liquide caché sous la glace de Pluton pourrait avoir perduré jusqu'à aujourd'hui.

Rappelons que les astronomes hésitaient jusqu'ici entre deux scénarios de formation de la planète naine. Le scénario de « démarrage à froid » décrivait une naissance sur une longue période, à partir de roches glacées et une désintégration radioactive générant suffisamment de chaleur pour faire fondre la glace et former un océan souterrain.

Selon des chercheurs de l’université de Californie (États-Unis), même dans des environnements froids, éloignés du Soleil, des planètes naines peuvent se former rapidement et selon un « démarrage à chaud » qui leur permet de conserver des océans liquides sous leur croûte glacée. Les failles de dilatation, ici à la surface de Pluton, en seraient la preuve. © Nasa, Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins, Southwest Research Institute, Alex Parker

Pluton a connu un « démarrage à chaud »

Le scénario de « démarrage à chaud », aujourd'hui privilégié, envisage qu'au cours de la formation de Pluton, l'accumulation de nouveaux matériaux a pu générer suffisamment de chaleur pour créer un océan liquide. Un océan susceptible de persister jusqu'à nos jours, malgré la position de la planète naine aux confins du Système solaire.

Sur les images de New Horizons, les astronomes ont découvert « beaucoup de preuve de dilatation » de la surface de Pluton. Des preuves de dilatation anciennes et plus récentes. De quoi corroborer l'hypothèse du « démarrage à chaud », d'un océan liquide qui a ensuite partiellement gelé. Et des calculs plus avancés permettent même aux astronomes d'imaginer que, pour rendre cela possible, la planète naine s'est formée sur une période de moins de 30.000 ans.


Pluton aurait un océan sous sa surface de glace

De nouvelles recherches étayent l'hypothèse qu'un océan serait toujours liquide sous la surface gelée de Pluton et cela même quatre milliards et demi d'années après sa formation. Il y a sans doute plus d'océans dans l'univers qu'on ne le pense, estiment les chercheurs.

Article de Xavier Demeersman paru le 22/05/2019

Un zoom sur le « cœur de Pluton », une région glacée en forme de cœur et d'environ 2.000 km de large sur la planète naine. On y voit la plaine Spoutnik. Cette plaine située à l'équateur de Pluton semble relativement jeune car elle est lisse et dépourvue de cratères. Elle serait âgée de moins de 100 millions d'années. Spoutnik planitia serait la plaie cicatrisée de l’impact d’une comète. © Nasa, SwRI, JHUAPL

En 2015, au fil des découvertes des images de Pluton prises par la sonde New Horizons qui l'avait frôlé le 14 juillet, la grande diversité géologique de ce petit monde lointain avait beaucoup surpris les chercheurs. Pour la première fois, l'humanité pouvait voir à quoi ressemble la surface de cette planète naine située au-delà de Neptune, entre 4,4 et 7,3 milliards de kilomètres de la Terre (5,9 milliards de kilomètres en moyenne).

L'une de ses caractéristiques les plus marquantes -- vous en avez sans doute déjà entendu parler -- est ce grand cœur de couleur crème qui s'étale de part et d'autre de l'équateur de Pluton, sur l'une de ses faces. Un cœur froid dont le ventricule gauche, la vaste plaine Spoutnik, est enduit de glace d'azote. Il est probable, proposent des chercheurs, qu'un impact géant en soit à l'origine. Le choc aurait éventré la planète naine et ainsi permis à l'eau de remonter vers la surface. Le déséquilibre des masses a sans doute pesé en faveur de la synchronisation avec son compagnon Charon (deux fois plus petit) -- les deux astres forment un système binaire et sont synchrones. L'axe des marées traverse en effet Spoutnik.

La plaine Spoutnik, moitié gauche du « cœur » qu’arbore Pluton, est traversée par l’axe des marées Pluton-Charon. © Nasa, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Southwest Research Institute

Mais pour les scientifiques, une énigme demeure : vu l'âge de la planète naine (4,6 milliards d'années), pourquoi cet océan, s'il existe, n'est-il pas complètement gelé ? Surtout, sans planète géante à proximité pour masser son noyau sous l'action des forces de marées, comme c'est le cas avec Europe autour de Jupiter, ou Encelade autour de Saturne... Comment est-il possible de conserver un océan si longtemps ?

Dans une étude qui vient de paraître dans Nature Geoscience, une équipe internationale emmenée par Shunichi Kamata, de l'université d'Hokkaido, pense avoir trouvé la réponse : il y aurait une couche protectrice entre la glace en surface et l'océan.

Il y aurait plus d'océans dans l'univers qu'on ne le pensait

Cette couche isolante serait composée d'hydrates de gaz assez visqueux, présument-ils, notamment d'hydrates de méthane, lesquels proviendraient du noyau de la planète naine. Ceci expliquerait d'ailleurs cela : l'absence de CH4 dans la fine atmosphère de Pluton.

Pour inférer cette hypothèse de la longévité de l'océan, les chercheurs ont fait tourner leurs ordinateurs afin de modéliser l'évolution interne de Pluton depuis ses origines. Une simulation incluait dans sa recette une couche d'hydrates de gaz placée entre le présumé océan et la couverture de glace en surface, tandis que dans une autre simulation, elle en était absente. Résultat : pour la première, le réservoir dans le sous-sol gèle difficilement, même après des milliards d'années tandis que dans le second cas, il devrait être figé depuis des centaines de millions d'années.

Vue en coupe de la structure interne supposée de Pluton. L’océan pourrait encore exister s’il est recouvert d’une couche isolante d’hydrates de gaz, située sous le manteau de glace qui affleure à la surface. De la glace d’azote emplit la cuvette de la plaine Spoutnik. © Nasa, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Southwest Research Institute

En outre, l'équipe a constaté que la face interne de la couche de glace mettrait plus d'un milliard d'années pour s'aplanir dans le premier scénario contre seulement un million d'années dans le second, en l'absence de couche isolante. Voilà qui renforce l'argument qu'un océan existe toujours sous la surface de Pluton. Qui l'aurait imaginé il y a encore 10 ans ? Un monde si petit et éloigné du Soleil où, le jour, la température ne dépasse pas -220 °C !

Face à ces résultats, on peut raisonnablement penser que la formule existe ailleurs, au-delà du Système solaire... « Cela voudrait dire qu'il y a plus d'océans dans l'univers qu'on ne le pensait auparavant, ce qui rend l'existence de vies extraterrestres plus plausible » a proclamé l'auteur principal de l'article scientifique. Il n'y aurait pas que dans les zones habitables des étoiles que la vie pourrait exister.


Pluton : un océan de neige fondue sous son cœur

Article de Laurent Sacco publié le 17 novembre 2016

L'existence d'océans internes sur les planètes rocheuses situées au-delà de Mars semble presque devenir la règle au fur et à mesure que l'Homme explore le Système solaire. Les images fournies par la mission New Horizons laissent penser qu'il s'en trouve un sur Pluton, sous la fameuse région Tombaugh.

À la fin du mois d'octobre 2016, les dernières données collectées par la sonde New Horizons lors de son survol de Pluton et de ses lunes ont finalement atteint la Terre. Les contraintes de la mission aux confins du Système solaire (en particulier celle de transmettre ces données avec une antenne de seulement 12 watts de puissance à 5 milliards de kilomètres) ont imposé une durée de 15 mois pendant laquelle 6,25 Go d'informations ont été envoyées au compte-gouttes vers notre Planète avec un débit comparable à un modem des années 1980.

Pendant ce temps-là, les planétologues n'ont pas chômé avec les données déjà disponibles, comme le montre un article récemment publié dans le journal Nature. Les chercheurs y annoncent que les caractéristiques du fameux « cœur de Pluton », plus précisément celles de sa partie gauche appelée la plaine Spoutnik, impliquent l'existence d'un océan sous-terrain. Il serait constitué d'eau partiellement liquide dont la consistance serait celle de la neige à moitié fondue, la slush des Québécois.

Le « cœur de Pluton » est une région glacée en forme de cœur d'environ 2.000 km de large. Elle a été baptisée « région Tombaugh », du nom de Clyde Tombaugh, découvreur de Pluton en 1930 (et décédé en 1997). Le lobe ouest (à gauche de l'image) est formé de glace de monoxyde de carbone (CO) et comprend la plaine Spoutnik. © Nasa

Comment sont-ils arrivés à cette conclusion étonnante ? En cherchant à comprendre un fait mystérieux. La plaine Spoutnik est située quasiment à l'opposé de la lune de Pluton, Charon, sur la surface de la planète naine. Cette lune est en effet en rotation synchrone avec Pluton (elle reste fixe par rapport à un observateur sur la surface de la planète). Or, la plaine Spoutnik, d'où l'on ne peut donc pas voir Charon, est un bassin d'impact géant, dont la taille rappelle celle des bassins que l'on trouve sur Mercure et Mars. Les calculs montrent qu'il n'y a que 5 % de chance que cet impact se soit produit exactement à l'opposé de Charon sur la surface de Pluton. Il est donc plus naturel de supposer que la planète a basculé de sorte qu'elle se trouve dans la configuration observée sous l'effet de la nécessité.

Un océan interne sur Pluton révélé par la plaine Spoutnik

C'est possible si l'on suppose l'existence d'une distribution de masse « anormale » sous la plaine Spoutnik impliquant, dans le langage des physiciens, un moment d'inertie particulier. Plongé dans les fameuses équations d’Euler de la mécanique des solides, ce moment permet aux forces de gravité de faire changer la rotation de Pluton et la planète se trouve au final piégée dans la configuration observée aujourd'hui.

Une coupe du manteau de glace enrobant Pluton. Sous la plaine Spoutnik, une couche de glace plus mince recouvre une zone où l'eau liquide d'un océan de neige fondue (en bleu marine) est remontée vers la surface après l'impact à l'origine du bassin où se trouve cette plaine. © Pam Engebretson

La glace est moins dense que l'eau et c'est pourquoi elle flotte à sa surface. L'anomalie requise dans le moment d'inertie de Pluton s'explique bien si l'impact à l'origine de la plaine Spountnik a redistribué la répartition des masses d'eau d'un océan sous-terrain. Il faut donc pour cela que cet océan existe avec des caractéristiques données. Il serait situé en général à environ 200 kilomètres sous la surface de Pluton, serait profond de 100 kilomètres environ et resterait parfaitement liquide parce qu'il contiendrait de l'ammoniaque.

Pluton n'est qu'un exemple des petits corps célestes que l'on peut trouver dans la ceinture de Kuiper avec une taille comparable. Ces corps pourraient bien eux aussi posséder un océan interne dans de nombreux cas. On ne peut s'empêcher de spéculer sur ce que cela signifie pour le futur de l'exobiologie, quand l'humanité aura réellement colonisé le Système solaire, peut-être dès la fin du XXIe siècle.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !