Une idée folle sur Pluton vient d'être confirmée pour la première fois scientifiquement
Lorsque la sonde New Horizons a survolé Pluton et Charon en 2015, elle a révélé deux mondes étonnamment complexes et une atmosphère active sur Pluton. Ces instantanés ont redéfini notre compréhension du système. Aujourd'hui, de nouvelles observations réalisées en 2022 et 2023 grâce au télescope spatial James Webb (JWST) montrent que l'atmosphère de Pluton est complètement différente de toute autre dans le système solaire. Elle contient notamment des particules de brume qui montent et descendent en fonction des variations de température. L'atmosphère de Pluton est une brume complexe composée d'azote, de méthane et de monoxyde de carbone. Selon les données du JWST, ces particules contrôlent l'équilibre énergétique de l'atmosphère en se réchauffant et en se refroidissant. Ce phénomène est très inhabituel et n'a pas été observé sur d'autres corps du système solaire.
Ces observations ont été inspirées par une idée proposée en 2017 par l'astronome Xi Zhang (Université de Californie - Santa Cruz). "C'était une idée folle", a déclaré Zhang. Cependant, lui et ses co-auteurs étaient suffisamment confiants pour prédire que si une brume refroidissait Pluton, elle devrait émettre un fort rayonnement infrarouge moyen. Si c'était le cas, un télescope sensible à l'infrarouge devrait pouvoir "voir" ce phénomène. Motivée par cette prédiction, une équipe d'astronomes dirigée par Tanguy Bertrand de l'Observatoire de Paris a utilisé le JWST pour étudier le contrôle de la brume sur l'équilibre thermique de l'atmosphère de Pluton. "Nous étions très fiers, car cela a confirmé notre prédiction", a déclaré Zhang. "En sciences planétaires, il est rare qu'une hypothèse soit confirmée aussi rapidement, en seulement quelques années. Nous nous sentons donc assez chanceux et très excités."
L'atmosphère de Pluton est un mélange chimiquement riche d'azote, de méthane et de monoxyde de carbone. En revanche, Charon n'a pas d'atmosphère notable, bien qu'elle puisse connaître des dégazages saisonniers. La brume observée sur Pluton dans les images et les données du survol de New Horizons est une expérience active de photochimie de l'azote et du méthane. À cet égard, elle est similaire aux brumes que nous voyons sur Titan. Comprendre comment fonctionne cette expérience nécessitait des observations à plus long terme que celles que la sonde New Horizons pouvait réaliser. Les observations de Pluton et Charon par le JWST en 2022 ont concentré l'instrument MIRI sur les brumes et l'atmosphère de Pluton. Il a également effectué des mesures à 18, 21 et 25 microns sur les deux corps. Cependant, pour vraiment comprendre l'activité atmosphérique sur Pluton, les scientifiques voulaient obtenir des données uniquement sur l'atmosphère de Pluton. En 2023, MIRI a tourné son attention vers Pluton et a fourni des données atmosphériques et de brume dans la gamme de l'infrarouge moyen (4,9 - 27 microns). Cela a permis aux scientifiques d'obtenir une image plus complète des changements et de l'activité atmosphériques sur Pluton.
Les résultats ont révélé des variations dans le rayonnement thermique de surface - c'est-à-dire des changements de température - sur Pluton et Charon pendant leurs rotations. En comparant ces données avec des modèles thermiques des deux mondes, les chercheurs ont pu établir des contraintes fortes sur l'inertie thermique, l'émissivité et la température de différentes régions de Pluton et Charon. Ces propriétés sont ce qui entraîne la distribution globale de la glace sur Pluton et pousse la matière de Pluton vers Charon. Les cycles saisonniers de distribution de glace volatile à la surface entraînent une migration des dépôts de glace à la surface de Pluton. C'est presque comme si divers dépôts de glace étaient "ramassés" et redistribués ailleurs. Une partie de cette matière est également complètement arrachée à Pluton et déposée sur Charon. Pour autant que les scientifiques le sachent, cela ne se produit nulle part ailleurs dans le système solaire.
Les nouvelles données montrent que l'atmosphère de Pluton est unique parmi les atmosphères planétaires du système solaire. Son équilibre énergétique radiatif - c'est-à-dire l'équilibre entre la lumière du soleil entrante et sa perte de chaleur dans l'espace - est principalement contrôlé par des particules de brume plutôt que par des molécules de gaz, comme c'est le cas sur d'autres mondes. Selon Zhang, cela rend Pluton encore plus intéressante à étudier. Cela donne également un aperçu de l'atmosphère primitive de la Terre, qui était presque entièrement composée d'azote et d'un mélange d'hydrocarbures. "En étudiant la brume et la chimie de Pluton, nous pourrions obtenir de nouvelles informations sur les conditions qui ont rendu la Terre primitive habitable", a-t-il déclaré. Les études du JWST ne sont qu'une première étape vers la compréhension de la complexité des interactions dans l'atmosphère de Pluton, ainsi que de sa contribution aux matériaux trouvés sur Charon. "Pluton occupe une place vraiment unique dans la gamme des comportements des atmosphères planétaires. Cela nous donne donc l'occasion d'élargir notre compréhension du comportement de la brume dans des environnements extrêmes", a expliqué Zhang. "Et ce n'est pas seulement Pluton - nous savons que Triton, la lune de Neptune, et Titan, la lune de Saturne, ont également des atmosphères similaires d'azote et d'hydrocarbures pleines de particules de brume. Nous devons donc repenser leur rôle également."
