12 – La Ceinture de Kuiper / Planètes naines

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La ceinture de Kuiper est comme un seconde ceinture d’astéroïdes qui commence après Neptune. Elle est aussi l’endroit où se situent 4 des 5 planètes naines référencées à ce jour : Pluton, Hauméa, Makémaké et Éris et également des millions de « petits corps ». On y trouve également des comètes.

 

 

1) Informations complémentaires :

La ceinture de Kuiper est donc une sorte de seconde ceinture d’astéroïdes. Cette zone commence juste après Neptune, à environ 30 unités astronomiques du Soleil. Comme le système solaire interne, la ceinture de Kuiper est un ensemble qui tourne à peu près dans le même plan que l’écliptique, mais avec beaucoup d’exceptions. En effet, de nombreux objets de cette ceinture présentent des orbites assez inclinées et présentant de plus ou moins fortes excentricités. Pluton en est un excellent exemple : Elle est inclinée de 17° environ par rapport à l’écliptique et présente une orbite à forte excentricité (0,25). Sur les 247 ans que met Pluton à faire le tour du Soleil, Pluton est plus près du Soleil que Neptune pendant 20 ans; l’orbite de Pluton « rentre » dans celle de Neptune. Il n’y a aucun risque de collision avec cette dernière dans la mesure où elles sont en résonance 2:3, ce qui veut dire que Pluton fait deux tours du Soleil pendant que Neptune en fait trois. L’excentricité de l’orbite de Pluton l’emmène de 29,5 UA à son périhélie jusqu’à 49,3 UA à son aphélie.

Pluton, ancienne 9° planète du système solaire a été « déclassée » en 2006 pour intégrer la nouvelle catégorie des « planètes naines ». Plusieurs raisons ont contribué à la création du concept de planète naine :
1 – Dans le système solaire, on trouve dans l’ordre en partant du Soleil, 4 planètes telluriques, puis 4 planètes gazeuses, puis Pluton, à nouveau tellurique contrairement à sa voisine Neptune.
2 – Contrairement aux 8 premières planètes, Pluton n’a pas une orbite dans le plan de l’écliptique, mais qui est inclinée à 17° par rapport à cette dernière.
3 – Contrairement à toutes les autres planètes (sauf Mercure : 0,2 et Mars 0,09), l’orbite de Pluton est très excentrique (> 0,25).
4 – La raison essentielle est ailleurs. On venait de trouver d’autres objets ou corps assez similaires à Pluton dans la ceinture de Kuiper et notamment Éris dont on a pensé un moment qu’elle était un peu plus grande que Pluton. On se trouvait alors dans une situation où on allait avoir, au-delà de Pluton 9° planète, une dixième, onzième, etc. Le compte allait nous mener loin avec tous les corps comparables (en taille et en nature) à Pluton. C’est pourquoi la décision de créer une nouvelle catégorie, celle les planètes naines, prend tout son sens. Donc le système solaire comporte 8 planètes (compte final) et des planètes naines, 5 pour le moment : Cérès dans la ceinture d’astéroïdes et Pluton, Hauméa, Makémaké et Éris dans la ceinture de Kuiper. La sonde New Horizons qui a survolé Pluton le 14 juillet 2015 a révisé à la hausse le diamètre de Pluton qui est, finalement, un peu plus grande qu’Éris. La « rétrogradation » de Pluton de planète à planète naine a soulevé de grandes réserves et des protestations, notamment chez les américains, dans la mesure où c’est un américain, Clyde Tombaugh, qui avait découvert Pluton en 1930.

La limite externe de cette ceinture est incertaine et ne fait pas l’unanimité. La plupart des astronomes estiment que c’est entre 50 et 60 UA que finit cette zone, en précisant qu’il y a une « falaise de Kuiper » vers 50/55 UA où des corps ne peuvent pas rester en orbite à cause des résonances gravitationnelles dues notamment à Neptune. D’autres astronomes (moins nombreux) poussent la limite de Kuiper jusqu’à 100 UA.

La « naissance » de cette ceinture semble avoir été due au fait que les 4 géantes gazeuses du système solaire seraient nées beaucoup plus près du Soleil que leur place actuelle et auraient migré vers l’extérieur plus tard. Cette migration se serait arrêtée pour Neptune à la limite du disque protoplanétaire d’où sont nées les planètes. Ce faisant, Uranus et surtout Neptune auraient éjecté plus loin les objets se trouvant aujourd’hui dans la ceinture de Kuiper.

La ceinture de Kuiper contient des astéroïdes, quatre planètes naines (et certainement beaucoup d’autres à venir quand nous aurons mieux exploré cette partie du système solaire). Parmi les candidates les plus sérieuses au statut de planète naine, on peut citer : 2007 OR10,  Quaoar, Orcus, 2002 MS4, Salacie et Varuna qui sont tous des objets  de cette ceinture, dont le diamètre est approximativement compris entre 800 et 1.500 km. Deux autres candidates sont plus complexes à définir en raison d’une incroyable excentricité qui, pour Sedna, a une orbite qui va de 76 à 950 UA et pour 212 VP113 qui a une orbite allant de 80 à 445 UA; ces deux objets quittent largement la ceinture de Kuiper pour aller près (ou dans) le nuage de Oort fossile (voir ce sujet au prochain panneau). Outre les astéroïdes et les planètes naines, la ceinture de Kuiper comprend aussi une multitude de « petits corps » rocheux, trop petits pour envisager de les classer comme planètes naines. Enfin on y trouve beaucoup de comètes à courte période (actives ou en sommeil). La fameuse comète de Halley qui vient faire un tour près du Soleil (à 0,5 UA, soit entre les orbites de Vénus et de Mercure) et qui repart dans la ceinture de Kuiper jusqu’à 35,3 UA et parcourt son orbite hyper-elliptique en 76 ans (dernier passage en 1986, prochain en 2061).

 

Anecdote véridique reliant l’astronomie à la bande dessinée :
Pluton en français se dit « Pluto » en anglais. Clyde Tombaugh, un astronome américain, venait de découvrir en 1930 ce qui était la 9° planète du système solaire. Walt Disney qui avait déjà utilisé 2 chiens (puis un seul) de race « chiens de Saint-Hubert » (bloodhounds en anglais) sans les nommer décida de donner à celui qui deviendra le fidèle compagnon de Mickey le nom de Pluto (= Pluton). Les propres mots de Walt Disney furent, en 1931 : « Un malaise général planait sur le pays. Je décidai de prendre l’avis de Nate (Nathan Edmonson) et de créer quelque chose de nouveau et d’amusant. La planète Pluton avait été récemment découverte et j’ai trouvé approprié de nommer un chiot en son honneur ».

↑  La région de Pluton qui a la forme d’un cœur a été appelée « Tombaugh » après le passage de la sonde New Horizons le 14 juillet 2015 au-dessus de Pluton. Les dessinateurs américains s’en sont donné à cœur-joie pour y installer Pluto, le chien ! Il y a plusieurs variantes…

 

 

Vous pouvez aussi consulter nos documents pdf :
Un rapide survol du système solaire (26 pages)
Le système solaire et au-delà (184 pages)
Les planètes naines (65 pages)

 

 

2) Localisation :

Maquette parcours : Vous êtes dans la ceinture de Kuiper, qui s’étend de 1.600 à 3.000 mètres du Soleil. Ici vous êtes à la distance moyenne de Pluton, à 2.109 m du Soleil. Hauméa serait à 2.315 m, Makémaké à 2.445 m et Eris à 3.615 m de notre Soleil de 50 cm de diamètre, mais nous ne les indiquerons pas par un panneau spécial. Ces planètes naines ont un diamètre compris entre 0,53 et 0,85 mm.

Réalité cosmique : La ceinture de Kuiper s’étend de 4,5 à 8,3 milliards de km (30 à 55 UA). Vous êtes ici à la hauteur moyenne de Pluton, à 5,9 milliards de km (39,4 UA) du Soleil de 1.392.684 km de diamètre. Hauméa sera à 6,5 milliards de km (43,3 UA), Makémaké à 6,84 milliards de km (45,6 UA) et Eris à 10,1 milliards de km (67,8 UA). Ces planètes naines ont un diamètre compris entre 1.400 et 2.370 km.

Allez vers le treizième et dernier panneau, celui du « Nuage de Oort » et des comètes.

 

 

3) Illustrations :

 

↑  Pluton par la sonde New Horizons le 14 juillet 2015 – Charon le même jour  ↓

↑  La fine atmosphère de Pluton (comparable à cette de Titan,satellite de Saturne), mise en évidence par cette photo de New Horizons à contre-jour, le Soleil étant masqué par la planète. Cette atmosphère serait essentiellement composée d’azote avec du monoxyde de carbone (CO) et du méthane.

↑  La planète naine Makémaké (photo Hubble) et son satellite MK2

Hauméa.  ↑  Ceci est une vue d’artiste et non une série de photos. Sa rotation très rapide sur elle-même (4 heures) a déformé cette planète naine. Hauméa a 2 satellites et un anneau.

↑  La planète naine Eris (photo Hubble) et son satellite Dysnomie

↑  Les orbites respectives de Neptune (en blanc) Pluton (en bleu), Hauméa (en bleu), Makémaké (en rose) et Éris (en bleu)

↑  Diagramme montrant les orbites et la position des planètes naines et d’un certain nombre de candidates au statut de planète naine (dont Sedna, Varuna, Quaoar, Orcus et quelques autres). C’est le cas de 2015 RR245, un objet transneptunien d’environ 700 km découvert en 2016 (mais photographié en 2015, d’où son nom provisoire) qui est en résonance 2:9 avec Neptune. Une extrêmement forte excentricité (0,58) comme le montre son orbite (en jaune), l’emmène de 33,7 UA au périhélie (à l’intérieur de l’orbite de Pluton) jusqu’à 129 UA à l’aphélie, largement au-delà des limites de la ceinture de Kuiper, dans le nuage de Oort !

↑  Un autre exemple de corps étant « à cheval » entre la ceinture de Kuiper et le nuage de Oort : Sedna qui sera peut-être classée comme planète naine (près de 1.000 km de diamètre). Avec une excentricité record de 0,85, son périhélie est à 76 UA du Soleil (déjà hors de la ceinture de Kuiper) et son aphélie est à 955 UA, largement dans le nuage de Oort ! Elle met 11.700 ans à faire le tour du Soleil…

 

 

4a) Données chiffrées concernant Pluton :

 

4b) Données chiffrées concernant Hauméa :

 

4c) Données chiffrées concernant Makémaké :

 

4d) Données chiffrées concernant Éris :