Eris, la lointaine jumelle de Pluton
Publié par Michel le 28/10/2011 à 00:00
Source: ESO
Pour la première fois, des astronomes sont parvenus à déterminer avec précision le diamètre de la lointaine planète naine Eris alors qu'elle passait devant une étoile de faible luminosité. Cet événement a été observé fin 2010 par des télescopes basés au Chili, parmi lesquels le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité...) Belge TRAPPIST installé à l'Observatoire de La Silla de l'ESO. Les observations montrent qu'Eris est pratiquement la jumelle parfaite de Pluton (Pluton, dont la désignation officielle est (134340) Pluton, est la deuxième plus grande planète naine connue du système solaire et le 10e plus grand astre connu orbitant le...) en terme de taille. Eris se caractérise par une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) très réfléchissante, ce qui laisse supposer l'existence d'une fine couche de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) uniformément répartie à sa surface, probablement une atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) gelée. Les résultats seront publiés dans l'édition du 27 octobre 2011 de la revue Nature.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) de la planète naine (En astronomie, une planète naine est un type d'objet céleste du système solaire, intermédiaire entre une planète et un petit corps.) Eris
Crédit: ESO/L. Calçada
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En novembre 2010, la lointaine planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) naine baptisée Eris est passée devant une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus...) de faible luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.), un événement appelé occultation (Une occultation est un phénomène de recouvrement apparent d'un élément par un autre.). En raison de son éloignement de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive...) et de la petitesse de la taille de la planète naine, ces phénomènes d'occultation sont très rares et difficiles à observer. La prochaine occultation d'une étoile par Eris n'arrivera pas avant 2013. La survenue d'occultations constitue le meilleur et bien souvent l'unique moyen de déterminer avec précision la forme et la taille d'un corps distant du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui...)

L'étude d'images prises par le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres installé à l'Observatoire de La Silla de l'ESO a permis d'identifier l'étoile candidate à l'occultation. Les observations ont été planifiées avec soin et menées par une équipe d'astronomes issus de nombreuses universités (Françaises, Belges, Espagnoles et Brésiliennes pour la plupart), en utilisant notamment le télescope TRAPPIST (1) (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), également basé à La Silla.

" Observer des occultations de corps minuscules situés au-delà de Neptune dans le Système Solaire requiert une grande précision et une planification (La planification est la programmation d'actions et d'opérations à mener) très soignée. C'est le meilleur moyen de déterminer la taille d'Eris, à défaut de pouvoir aller directement sur place, " explique Bruno Sicardy, l'auteur principal.

Des tentatives d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) de cette occultation ont été menées depuis 26 sites autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) du globe, sur la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) prévue de l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et...) de la planète naine, y compris à l'aide de télescopes amateurs. Seuls deux de ces sites ont toutefois été capables d'observer l'événement directement. Ces deux sites sont basés au Chili et sont équipés du télescope TRAPPIST pour le site de l'Observatoire de La Silla de l'ESO et de deux télescopes pour le site de San Pedro d'Atacama (2). Chacun des trois télescopes a enregistré une diminution soudaine de luminosité de l'étoile lointaine occultée par Eris.

Les observations combinées des deux sites chiliens montrent qu'Eris a une forme presque sphérique. Les mesures effectuées ont permis de déterminer avec précision sa forme et sa taille, aux incertitudes topographiques près (présence de montagnes élevées par exemple). De telles structures sont toutefois peu probables sur un corps glacé de si grande taille.

Eris a été identifiée en 2005 comme un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est...) de grande dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) du Système Solaire externe. Sa découverte a constitué un des facteurs conduisant à la création d'une nouvelle classe d'objets baptisés planètes naines et à la reclassification de Pluton de planète en planète naine en 2006. En ce moment, Eris est trois fois plus éloignée du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...) que Pluton. 

Alors que de précédentes observations, basées sur d'autres méthodes, suggéraient qu'Eris était probablement 25% plus grande que Pluton avec un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce...) avoisinant les 3000 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.), la présente étude indique que les deux objets sont de même taille.  Le diamètre d'Eris nouvellement mesuré avoisinerait les 2326 kilomètres, avec une incertitude de 12 kilomètres. De ce fait, sa taille est connue avec plus de précision que celle de son homologue, Pluton dont le diamètre est estimé entre 2300 et 2400 kilomètres. L'incertitude entourant le diamètre de Pluton résulte de la présence d'une atmosphère, qui rend les limites de sa surface impossibles à déterminer par la méthode directe des occultations. Le mouvement de Dysnomia (3), satellite (Satellite peut faire référence à :) d'Eris, a été utilisé pour estimer la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et...) d'Eris: elle est 27% plus élevée que celle de Pluton (4). La valeur de sa masse, combinée à celle de son diamètre, fournit une estimation de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) d'Eris: 2,53 grammes par cm³ (5).

" La valeur de cette densité suggère qu'Eris est probablement un vaste corps rocheux recouvert d'un fin manteau de glace, " commente Emmanuel Jehin, qui a contribué à l'étude (6).

La surface d'Eris est apparue extrêmement réfléchissante, 96% de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) qui parvient à sa surface étant réfléchie (l'albédo (L'albédo est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface sur l'énergie solaire incidente. On utilise une échelle graduée de 0 à 1, avec 0 correspondant au noir,...) dans le domaine visible est de 0,96 (7)). Sa surface est plus brillante encore qu'une portion de surface terrestre recouverte de neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de façons. Puisque les flocons...) fraîche, ce qui fait d'Eris l'un des objets les plus réfléchissants du Système Solaire avec Encélade, la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est...) glacée de Saturne. La surface brillante d'Eris est très vraisemblablement constituée de glace riche en azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de...) mélangée avec du méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des organismes vivants. Il...) gelé - comme l'indique le spectre de la planète - recouvrant sa surface d'une couche de glace mince et très réfléchissante de moins d'un millimètre d'épaisseur. 

" Cette couche de glace pourrait résulter de la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé...), sous forme de givre (Le givre est un dépôt de micro-gouttelettes d'eau surfondue (= en surfusion) sur une surface lorsque la température est sous le point de congélation (0 °C). En effet,...) à sa surface, de l'atmosphère d'azote ou de méthane de la planète naine lorsqu'elle s'éloigne du Soleil sur son orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) très allongée et dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) toujours plus froid " ajoute Emmanuel Jehin. Lorsqu'Eris se trouve au plus près du Soleil, à environ 5.7 milliards de kilomètres, la glace pourrait se retransformer en gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...).

Les nouveaux résultats ont également permis à l'équipe d'effectuer une nouvelle mesure de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) de surface de la planète naine. Les estimations suggèrent que la température de surface de la face ensoleillée est au maximum de -238 degrés Celsius et a une valeur encore plus basse à la surface du côté plongé dans l'obscurité.

" C'est extraordinaire tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce que nous pouvons déduire d'un objet aussi petit et distant qu'Eris en observant son passage devant une étoile de faible luminosité, avec des télescopes relativement petits. Cinq ans après la création de la nouvelle classe des planètes naines, nous sommes enfin parvenus à connaître l'un de ses membres fondateurs, " conclut Bruno Sicardy.

Notes

(1) TRAPPIST est l'un des derniers télescopes robotisés installés à l'Observatoire de La Silla. Equipé d'un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche...) principal de 0,6 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la...) de diamètre, il a été inauguré en juin 2010 et est principalement dédié à l'étude des exoplanètes et des comètes. Ce télescope est un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) financé par le Fonds Belge de Recherche Scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) (FRS-FNRS) avec la participation de la Fondation National Suisse pour la Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour...). Il est contrôlé depuis Liège.

(2) Les télescopes Caisey Harlingten et ASH2.

(3) Eris est la désse grecque du chaos et de la discorde. Dynosmia est la fille d'Eris et la déesse de l'anarchie.

(4) La masse d'Eris est de 1,66 x 1022 kg, ce qui correspond à 22% de la masse de la Lune.

(5) En comparaison, la densité de la Lune est de 3,3 grammes par cm³ et celle de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de 1,00 gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.) par cm³.

(6) La valeur de la densité suggère qu'Eris est principalement composée de roches (85%) et à moindre titre de glace (15%). La glace forme une couche d'environ 100 kilomètres d'épaisseur qui entoure le vaste noyau rocheux. Cette couche très épaisse principalement composée d'eau glacée ne doit pas être confondue avec la très mince couche d'atmosphère gelée située en surface et qui rend la surface d'Eris si réfléchissante.

(7) L'albédo d'un corps correspond à la portion de lumière tombant sur sa surface qui est réfléchie dans l'espace plutôt qu'absorbée. Une surface parfaitement blanche est caractérisée par un albédo égal à 1 ; une surface noire, parfaitement absorbante, est caractérisée par un albédo égal à 0. A titre indicatif, l'albédo de la Lune est de 0,136 seulement, semblable à du charbon.
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