Mots clés : Pluton, New Horizons

La sonde New Horizons envoie de nouvelles images de Pluton : « it's complicated » (c'est compliqué) dit le site de la NASA

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

15/09/2015

Résumé

Arrivée d'un premier lot d'images de Pluton à haute résolution. Des confirmations, des réinterprétations nécessaires et des surprises.


Le 11 septembre 2015, la NASA a mis en ligne de nouvelles images à haute résolution prises par la sonde New Horizons le 14 juillet 2015, et transmises à la Terre entre le 5 et le 7 septembre 2014 (délai programmé et dû, entres autres, à la faiblesse du débit d'information entre la sonde et la Terre).

Quelques phrases issues du site de New Horizons (cf. New Pluto Images from NASA's New Horizons: It's Complicated ) montrent les surprises occasionnées par ces nouveaux résultats qui compliquent encore la compréhension de cette planète naine.

« New close-up images of Pluto from NASA's New Horizons spacecraft reveal a bewildering variety of surface features that have scientists reeling because of their range and complexity. »

« “Pluto is showing us a diversity of landforms and complexity of processes that rival anything we've seen in the solar system,” said New Horizons Principal Investigator Alan Stern, of the Southwest Research Institute (SwRI), Boulder, Colorado. “If an artist had painted this Pluto before our flyby, I probably would have called it over the top — but that's what is actually there. »

« New Horizons images reveal new features as diverse as possible dunes, nitrogen ice flows that apparently oozed out of mountainous regions onto plains, and even networks of valleys that may have been carved by material flowing over Pluto's surface. They also show large regions that display chaotically jumbled mountains reminiscent of disrupted terrains on Jupiter's icy moon Europa.   “The surface of Pluto is every bit as complex as that of Mars,” said Jeff Moore, leader of the New Horizons Geology, Geophysics and Imaging (GGI) team at NASA's Ames Research Center in Moffett Field, California. “The randomly jumbled mountains might be huge blocks of hard water ice floating within a vast, denser, softer deposit of frozen nitrogen within the region informally named Sputnik Planum. »

« New images also show the most heavily cratered -- and thus oldest -- terrain yet seen by New Horizons on Pluto next to the youngest, most crater-free icy plains. There might even be a field of dark wind-blown dunes, among other possibilities. »

« “Seeing dunes on Pluto -- if that is what they are -- would be completely wild, because Pluto's atmosphere today is so thin,” said William B. McKinnon, a GGI deputy lead from Washington University, St. Louis. “Either Pluto had a thicker atmosphere in the past, or some process we haven't figured out is at work. It's a head-scratcher. »

Ces nouveaux résultats peuvent être regroupés en 3 catégories :

  • Résultats des images de juillet précisés-confirmés. Citons par exemple l'existence de surfaces très jeunes, sans aucun cratère de météorite et montrant des morphologies semblables à des structure de fluage de la glace.
  • Anciennes interprétations basées sur des images à basse résolution contredites par des images de meilleure résolution. C'est par exemple le cas de l'âge des grabens de Cthulhu Regio et Viking Terra qui semblaient anciens, car recoupés de nombreux cratères (cf. figure 17 de Le 14 juillet 2015, la sonde NASA New Horizons survole et découvre Pluton et Charon ). Mais l'examen des nouvelles images de meilleure résolution montre que ces grabens affectent les cratères, et sont donc plus beaucoup jeunes qu'on pouvait le penser-proposer il y a 2 mois.
  • Nouveaux résultats complètement inédits et imprévus. C'est par exemple la découverte de ce qui ressemble à des réseaux de vallées (creusées par des liquides) ou encore à des dunes.

La NASA met à notre disposition de nouvelles images brutes ( raw images , LORRI Images from the Pluto Encounter ) permettant de faire une mosaïque globale de la face de Pluton éclairée par le Soleil lors du survol du 14 juillet. Les précédentes mosaïques ( PIA09113: Pluto's Colorful Composition , PIA19857: Pluto in True Color ) étaient faites par quatre images ; une nouvelle mosaïque peut désormais être réalisée à l'aide de quatorze images, ce qui montre bien le gain en résolution. Ce dimanche 13 septembre 2015, la NASA n'a pas encore publié une telle mosaïque globale, mais tout un chacun peut s'y essayer. La NASA publie aussi quelques mosaïques partielles ( New Pluto Images from New Horizons: It's Complicated ).

Figure 1. Mosaïque "artisanale" réalisée à la plus haute résolution homogène possible avec l'ensemble des documents disponible le 13 septembre 2015

Mosaïque "artisanale" réalisée à la plus haute résolution homogène possible avec l'ensemble des documents disponible le 13 septembre 2015

Cette mosaïque couvre le même champ visuel que les mosaïques précédentes. Mais, ici, à "pleine" résolution, le diamètre de Pluton sur cette mosaïque mesure 2800 pixels contre 900 pixels pour les anciennes mosaïques effectuées en juillet. Des images à plus haute résolution sont localement disponibles.

Via ce lien, une version à haute résolution de cette mosaïque "artisanale" de Pluton est disponible.


Aucune nouvelle image concernant les régions déjà imagées à haute résolution dès la transmission de juillet ( Norgay et Hillary Montes ) n'a été transmise et/ou mise à notre disposition en cette première quinzaine de septembre.

Nous faisons le point de ces résultats du 11-13 septembre 2015 et des questions que cela pose, en vous présentant essentiellement des images commentées, images "brutes", (parties de) mosaïques de la NASA, mosaïques "artisanales"… On peut trouver la localisation, l'orientation, l'échelle… de chacune de ces images en se reportant aux deux figures ci-dessous. Les commentaires comporteront de la description de premier ordre, ainsi que des essais de comparaison ou d'interprétation. Mais il faut rester conscient que toutes ces données sont des surprises totales et sont contradictoires avec ce qu'on pensait trouver sur Pluton, que bien peu d'hypothèses sont actuellement convaincantes pour les expliquer, mais que, peut-être des données nouvelles apporteront des idées d'explication. Il ne faut pas oublier que si le survol de Pluton-Charon et l'acquisition des résultats n'ont duré que quelques jours autour du 14 juillet 2015, le faible débit de transmission de l'information va étaler sur 16 mois la réception de toutes ces données. Seuls deux mois se sont écoulés depuis le survol, nous avons donc encore plus d'un an avant d'avoir la totalité des données récoltées à disposition.

Figure 2. Localisation des quinze secteurs de Pluton détaillés ci-après

Localisation des quinze secteurs de Pluton détaillés ci-après

 Les secteurs sont repérés de A à O.

Cette mosaïque, ainsi que celle des figures 1 et 3, comme celles publiées cette semaine par la NASA, ont été construite avec les côtés des images individuelles horizontaux et verticaux. Le secteur des Hillary et Norgay Montes (en bas à droite de l'image) n'a pas donné lieu à la publication de nouvelles images à haute résolution (elle avaient déjà été publiées en juillet 2015).


Figure 3. Orientation des mosaïques de Pluton précédentes

Orientation des mosaïques de Pluton précédentes

Pôle Nord, parallèles et méridiens ont été tracés "artisanalement" sur cette mosaïque publiée en juillet 2015.


Figure 4.  Cthulhu Regio et Viking Terra , Pluton

Cthulhu Regio et Viking Terra, Pluton

Cette zone est parcourue par un réseau de grabens ( fossae ), dont les noms peuvent être trouvés sur une carte annotée de Pluton. D'en bas à droite à en haut à gauche, on trouve Beatrice Fossa , Virgil Fossa , Dumuzo Fossa , Inanna Fossa et Djanggawulf Fossae . Le cratère très marqué au centre droit de l'image s'appelle Elliot Crater . Cette région, relativement riche en cratères d'impact est donc relativement "âgée".

Avec la résolution de cette mosaïque, on devine que les grabens ( fossae ) recoupent de nombreux cratères et ne semblent recoupés par aucun d'entre eux (alors que les images de "mauvaise résolution" disponibles en juillet-août semblaient montrer le contraire). Ces grabens sont donc "jeunes", peut-être aussi jeunes que la plaine de Sputnik Planum qui en est dépourvue.

Secteur A de la mosaïque de Pluton.


Figure 5.  Elliot Crater , Virgil Fossa et ses grabens annexes, Pluton

Elliot Crater, Virgil Fossa et ses grabens annexes, Pluton

Il devient alors évident que les grabens recoupent les cratères, et sont donc plus jeunes. On voit en particulier Virgil Fossa tangenter Elliot Crater mais affecter de façon très nette son rempart interne Nord. Ces grabens sont donc "jeunes", peut-être aussi jeunes que la plaine de Sputnik Planum qui en est dépourvue. L'âge des terrains est variable d'un secteur à un autre sur ces images. Il y a par exemple beaucoup plus de cratères à droite d' Elliot Crater (âge plus vieux) qu'à gauche. Dans le secteur à gauche d' Elliot Crater , secteur relativement lisse, trois cratères présentent un relief "amorti". Il doit donc exister soit un processus d'érosion, soit un processus d'ennoiement pour expliquer ainsi l'amortissement de la morphologie des cratères.

Secteur B de la mosaïque de Pluton.


Figure 6. Zoom sur Elliot Crater , Virgil Fossa et ses grabens annexes, Pluton

Zoom sur Elliot Crater, Virgil Fossa et ses grabens annexes, Pluton

Il devient alors évident que les grabens recoupent les cratères, et sont donc plus jeunes. On voit en particulier Virgil Fossa tangenter Elliot Crater mais affecter de façon très nette son rempart interne Nord. Ces grabens sont donc "jeunes", peut-être aussi jeunes que la plaine de Sputnik Planum qui en est dépourvue. L'âge des terrains est variable d'un secteur à un autre sur ces images. Il y a par exemple beaucoup plus de cratères à droite d' Elliot Crater (âge plus vieux) qu'à gauche. Dans le secteur à gauche d' Elliot Crater , secteur relativement lisse, trois cratères présentent un relief "amorti". Il doit donc exister soit un processus d'érosion, soit un processus d'ennoiement pour expliquer ainsi l'amortissement de la morphologie des cratères.

Secteur C de la mosaïque de Pluton.


Figure 7. Zoom sur le secteur de gauche de la mosaïque de Pluton

Zoom sur le secteur de gauche de la mosaïque de Pluton

On note toujours ces terrains relativement rugueux et lisses, clairs et sombres, avec des cratères… Une morphologie classique sur Pluton. À droite de Djanggawulf Fossae , fossae "verticaux" (avec l'orientation des images) visibles à gauche, on note un curieux réseau de polygones clairs séparés par des bandes sombres. Une similitude avec la structure interne de Sputnik Planum , ou une simple convergence morphologique ? Un ennoiement - recouvrement de parties basses par des dépôts sombres ?

Secteur D de la mosaïque de Pluton.


Figure 8. Zooms sur le secteur en haut à gauche ,de la mosaïque de Pluton

Zooms sur le secteur en haut à gauche ,de la mosaïque de Pluton

On note toujours ces terrains relativement rugueux et lisses, clairs et sombres, avec des cratères… Une morphologie classique sur Pluton. À droite de Djanggawulf Fossae , fossae "verticaux" (avec l'orientation des images) visibles à gauche, on note un curieux réseau de polygones clairs séparés par des bandes sombres. Une similitude avec la structure interne de Sputnik Planum , ou une simple convergence morphologique ? Un ennoiement - recouvrement de parties basses par des dépôts sombres ?

Secteur E de la mosaïque de Pluton.


Figure 9. Zoom sur le secteur situé à l'Est et au Nord-Est de Tombaugh Regio , Pluton

Zoom sur le secteur situé à l'Est et au Nord-Est de Tombaugh Regio, Pluton

Sur les 3/4 du secteur, la morphologie est habituelle (pour Pluton). Le quart supérieur droit à une morphologie unique, particulièrement mis en valeur (voir exagérée) par l'éclairage rasant et la prise de vue très oblique (cf. détail sur la figure suivante).

Secteur F de la mosaïque de Pluton.


Figure 10. Une étrange morphologie près de l'équateur de Pluton, par 240° de longitude

Une étrange morphologie près de l'équateur de Pluton, par 240° de longitude

Une surface parcourue par des ondulations à grand rayon de courbure, affectée par des fossae parallèles séparant les ondulations, et dont la surface, dépourvue de cratère semble piquetée d'une multitude de "puits" semblant avoir de 1 à 20 km de diamètre. Une morphologie unique dans le système solaire. Origine ?

Secteur G de la mosaïque de Pluton.


Figure 11. Partie Est du "cœur" de Pluton, nommé Tombaugh Regio (en haut à droite), à l'Est de Sputnik Planum (en bas à gauche)

Partie Est du "cœur" de Pluton, nommé Tombaugh Regio (en haut à droite), à l'Est de Sputnik Planum (en bas à gauche)

Comme sur la figure précédente, la moitié supérieure droite de l'image présente une surface piquetée de "puits"de diamètres pluri-kilométriques. C'est le troisième secteur présentant une surface perforée, avec celui de la figure précédente et certains secteurs de Sputnik Planum (cf. figure 34 dans Le 14 juillet 2015, la sonde NASA New Horizons survole et découvre Pluton et Charon ). Cette région, avec sa surface perforée, présente des zones basses et aussi lisses que Sputnik Planum , comme si ces zones basses avaient été envahies par un liquide (maintenant gelé) ou un solide à faible viscosité s'étalant et fluant comme un liquide.

Secteur H de la mosaïque de Pluton.


Figure 12. Zoom sur la surface perforée du "lobe droit" de Tombaugh Regio , Pluton

Zoom sur la surface perforée du "lobe droit" de Tombaugh Regio, Pluton

Cette surface perforée présente des zones basses et aussi lisses que Sputnik Planum , comme si ces zones basses avaient été envahies par un liquide (maintenant gelé) ou un solide à faible viscosité s'étalant et fluant comme un liquide.

Secteur I de la mosaïque de Pluton.


Figure 13. Comparaison entre les surfaces piquetées de Pluton et glaciers groenlandais

Comparaison entre les surfaces piquetées de Pluton et glaciers groenlandais

Pour mieux visualiser le fait que des zones basses zones basses de Pluton ressemblent à des dépressions envahies par un liquide (maintenant gelé) ou un solide à faible viscosité s'étalant et fluant comme un liquide, l'image de l'une de ces zones basses, celle situé au centre inférieur de la figure précédente, a été "bricolée". L'image, présentée en haut, a été tournée de 90° et l'angle apparent de prise de vue a été diminué, pour simuler une photo prise très obliquement. Cette zone basse ressemble alors tout à fait soit à un lac gelé, soit à des vallées et des plaines envahies par des glaciers. Le "lac" plat au centre de l'image mesure approximativement 180 km de gauche à droite, à peu près la taille du lac Titicaca. Image du bas est une photo aérienne oblique prise au-dessus du Groenland montrant vallées et plaines basses envahies de glaciers et séparées par des montagnes. On note une morphologie assez similaire entre les deux clichés.


Figure 14.  Chaos Regio , à la limite entre Sputnik Planum et les terrains cratérisés de l'Ouest, Pluton

Chaos Regio, à la limite entre Sputnik Planum et les terrains cratérisés de l'Ouest, Pluton

Ces terrains chaotiques ressemblent à un matériel rigide disloqué. Ils ne sont pas sans rappeler ce que l'on trouve localement sur Europe et qui est interprété comme une conséquence indirecte de la présence d'un océan liquide à faible profondeur. En est-il de même sur Pluton ?

Secteur J de la mosaïque de Pluton.


Figure 15. Morphologie ressemblant à des figures de fluage de la glace au Nord de Chaos Regio

Morphologie ressemblant à des figures de fluage de la glace au Nord de Chaos Regio

Cette morphologie peut s'interpréter comme un fluage de la glace de Sputnik Planum (à droite) envahissant les montagnes environnantes de gauche.

Les figures de fluage ressemblant à des glaciers sont donc "courantes" sur le pourtour de Sputnik Planum

(cf. figures 37 à 39 de Le 14 juillet 2015, la sonde NASA New Horizons survole et découvre Pluton et Charon ). La faible viscosité de ces glaces suggère qu'il s'agit de glace de diazote (N2). Juste au centre de l'image, on voit un beau cratère traversé par une "faille".

Secteur K de la mosaïque de Pluton.


Figure 16. Région d'environ 300 km de large présentant des éléments morphologiques étranges et inattendus

Région d'environ 300 km de large présentant des éléments morphologiques étranges et inattendus

Dans la partie supérieure de l'image, les versants des montagnes semblent parcourus de crêtes et de sillons qui ressemblent à des ravines et autres figures d'érosion. Dans le quart inférieur gauche, cette morphologie change un peu, les crêtes et sillons sont plus longs, leur espacement est plus faible, et ils affectent une surface plane. Si les crêtes et sillons de la partie supérieure ressemblent à des ravines, ceux de la partie inférieure gauche ressemblent à un champ de dunes. Des dunes et des figures de ruissellement sur une planète avec une pression de 10-5 atmosphère et une température de -230°C !

Secteur L de la mosaïque de Pluton.


Figure 17. Région de 350 km de large illustrant la grande variété des terrains entourant Spuntik Planum , Pluton

Région de 350 km de large illustrant la grande variété des terrains entourant Spuntik Planum, Pluton

En haut, les plaines jeunes de Sputnik Planum . En bas, les terrains cratérisés de Cthulhu Regio (avec des cratères faillés). Entre les deux, des "îles" ou des nunataks dépassant de la plaine. l'"ïle" du centre est composée dans sa partie supérieure de terrains chaotiques ressemblant à ceux de la figure 13. La partie inférieure est composée de terrains sombres structurés comme un champ de dunes (celui dont parle la NASA dans l'extrait de l'introduction).

Secteur M de la mosaïque de Pluton.


Figure 18. Zoom sur un secteur au centre de Viking Terra , Pluton

Zoom sur un secteur au centre de Viking Terra, Pluton

En haut à droite, Sputnik Planum .

La topographie est "classique" pour Viking Terra et Cthulhu Regio  : nombreux cratère, grabens… Mais les parties basses de la zone centrale de l'image sont recouvertes d'un dépôt très sombre. En particulier, un peu au-dessous à gauche du centre de l'image, cette substance sombre semble remplir un graben et ennoyer l'intérieur d'un cratère après avoir recouvert une partie de sa lèvre. Origine de tout cela ? Poussière riche en matière organique accumulée par le vent dans les parties basses, liquide... ?

Secteur N de la mosaïque de Pluton.



Pluton, le dernier corps de grande taille à avoir été exploré dans le système solaire, dernier aussi bien au sens chronologique qu'en terme de distance, se révèle bien étrange et géologiquement très surprenant. Et quand les dernières données de New Horizons seront arrivées (en novembre 2016), il faudra attendre quelques décennies pour qu'un nouveau corps de grande taille soit exploré : Eris et son satellite Dysnomia, actuellement à plus de 80 u.a. de la Terre.

Mots clés : Pluton, New Horizons