Mots clés : planète, Pluton, Charon, Cérès, ceinture de Kuiper, astéroïde, nuage d'Oort, planète naine

En août 2006, le système solaire est passé de 9 à 12 puis à 8 planètes

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

04/09/2006

Résumé

Nouvelle définition d'une planète par l'Union Astronomique Internationale : le système solaire n'a plus que 8 planètes.


Figure 1. Le système solaire a 8 planètes

Le système solaire a 8 planètes

Dessin inspiré de Pancho, Le Monde 22 août 2006


À Prague, du 14 au 25 août 2006 s'est réuni le 26eme congrès de l'UAI (Union Astronomique Internationale), avec à l'ordre du jour (entre autres sujets) la fixation du nombre officiel des planètes du système solaire. Avant ce congrès, l'UAI avait nommé une commission spéciale d'astronomes chargée de faire des propositions sur ce sujet.

Le 16 août; , la commission spéciale a proposé à l'UAI de porter à 12 le nombre officiel des planètes : aux 9 planètes traditionnelles s'ajouteraient Cérès, Charon et Xena (2003 UB 313).

La presse a largement fait état de cette proposition, souvent présentée comme une décision (Le Monde, Le Figaro, Futura Sciences).

Le 24 août , l'Assemblée Générale de l'UAI, après des débats animés, a décidé, par un vote officiel, de préciser la définition « définitive » du terme planète, définition qui élimine Pluton, et qui limite le nombre des planètes à 8. Soixante seize ans après sa découverte, Pluton est donc « déplanétisé », et rétrogradé au rang de simple membre de la catégorie des « planètes naines » ("dwarf planets").

C'est le premier changement « officiel » de nomenclature dans le système solaire depuis 70 ans ; cela va bousculer des habitudes et, comme à chaque changement, susciter réticences, voire résistances.

1 - La proposition de la Commission

La commission, qui a proposé d'élever Cérès, Charon et Xéna au rang de planètes, n'a pas encore clairement communiqué ses motivations, mais on peux aisément les deviner, car elles ne sont pas sans logique.

Cérès , découvert en 1801, est le plus gros des astéroïdes. Et c'est le seul qui soit quasiment sphérique. C'est sa sphéricité qui a dû être le critère retenu. Cette sphéricité montre qu'il a une auto-gravité suffisante pour lui conférer la forme d'une sphère à l'équilibre hydrostatique (ou plus exactement un ellipsoïde de révolution très faiblement aplati puisqu'il tourne sur lui même en 9h).

Figure 2. Vue de Cérès au Télescope Spatial

Vue de Cérès au Télescope Spatial

En cartouche : 3 photos montrant la rotation de Cérès sur lui même.


Faire de Cérès une planète était l'occasion de sortir la ceinture des astéroïdes de l'oubli où elle était. Lors de leurs découvertes en 1801, et pendant des dizaines d'années, Cérès et les gros astéroïdes étaient qualifiés de planètes. Ce n'est qu'au cours du 19eme siècle, après la multiplication des découvertes de nombreux nouveaux petits corps entre Mars et Jupiter, qu'ils ont été rétrogradés au rang de simples « petites planètes », puis « d'astéroïdes ».

Rappelons les caractéristiques de Cérès : diamètre de 950 km, masse de 9,5 1020 kg, masse volumique de 2,08 g cm-3, période de rotation de 9,08 heures, rayon orbital de 2,76 U A, période de révolution de 4,61 an.

La faible densité de Cérès, montre qu'il s'agit vraisemblablement d'un corps à chimie de chondrite très hydratée (environ 20% d'eau, ce qui est énorme, les plus hydratées des chondrites ne dépassant pas 10%). Sa surface a des propriétés optiques et spectrales de chondrite hydratée, ce qui suggèrerait qu'il n'est pas différencié.

Savoir si un corps aussi gros et sphérique n'est vraiment pas différencié, ce que suggère ses propriété de surface, est un vrai problème scientifique autrement plus intéressant que son statut officiel de planète. En effet, des modèles théoriques et des données d'ellipticité prédisent qu'il doit l'être, et au moins un astéroïde plus petit et moins sphérique, Vesta, semble l'être avec un spectre de surface de basalte.

Rappelons que seuls 6 astéroïdes sont pour l'instant connus à la suite d'une exploration directe : Gaspra , Ida , Dactyl, Mathilde, Eros et Itokawa.

Si tout va bien, la NASA lancera en 2007 la mission Dawn (Aurore) vers Cérès et Vesta, pour une première exploration in situ et tenter de répondre à ces vraies questions scientifiques.

Le cas de Charon est bien différent. Charon, découvert en 1978, était traditionnellement connu comme le plus massif des trois satellites de Pluton.

Mais le système Pluton-Charon est unique dans le système solaire car les masses et les diamètres de ces 2 corps sont du même ordre de grandeur. Aux incertitudes de mesure près, le diamètre de Pluton est de 2320 km, celui de Charon de 1270 km. La masse de Charon (1,8 1021 kg) représente 15,7% de celle de Pluton (12,9 1021 kg), alors que les rapports « masse du satellite / masse de la planète » sont beaucoup plus petits dans tous les autres cas (la masse de Lune représente 1% de celle de la Terre, et celle de Ganymède 0,001% de celle de Jupiter). Quand Clyde Tombaugh a découvert Pluton en 1930, c'était une tache floue dans son télescope, tache comprenant à la fois Pluton et Charon : 20% des photons reçus provenaient de facto de Charon.

Figure 3. Vues de Pluton et de Charon (Télescope Spatial)

Vues de Pluton et de Charon (Télescope Spatial)

Tailles respectées, distance non respectée.


Ces masses voisines expliquent deux propriétés du couple Pluton-Charon, propriétés uniques dans le système solaire.

1. Le centre de gravité du système Pluton-Charon est situé entre les 2 corps, à environ 3100 km du centre de Pluton (soit à environ 2000 km au dessus de la surface de Pluton) et 16500 km du centre de Charon. Tous les satellites du système solaire tournent autour du centre de gravité du couple planète-satellite. Mais, sauf pour Pluton-Charon, ce centre de gravité est toujours situé à l'intérieur de la planète ; et dire par exemple que la Lune tourne autour de la Terre est une bonne approximation. On ne peut dire cela de Charon, puisque Pluton comme Charon tournent autour d'un point situé à l'extérieur de ces 2 corps.

2. Les rotations-révolutions de ces 2 corps sont synchronisées. Pluton comme Charon tournent sur eux-même et autour du centre de gravité commun en 6,387 jours terrestres.

L'image ci-dessous, modifiée d'après une image du Télescope Spatial montre très schématiquement (à la bonne échelle) les tailles, distances et orbites respectives de ces 2 corps qui tournent autour de leur centre de gravité commun (croix blanche), comme si ils étaient physiquement liés par une barre indéformable.

Figure 4. Orbites du système Pluton - Charon

Orbites du système Pluton - Charon

Plutôt que d'une planète et de son satellite, on a là un système double à 2 corps qui tournent chacun l'un autour de l'autre. Si Pluton est appelé planète, alors Charon doit l'être.

Rappelons que la NASA a lancé en janvier 2006 la sonde « New Horizon », qui atteindra et étudiera le couple Pluton-Charon en 2015.

La 3ème nouvelle planète proposée, officieusement nommé Xéna et encore officiellement baptisée 2003 UB 313, est encore un cas bien différent : c'est le plus gros objet de Kuiper connu à ce jour, plus gros que Pluton donc.

Il y a 11 mois, lors de la découverte de Xéna, nous avons décrit ce qu'on savait de cet objet, et de la ceinture de Kuiper, autre oubliée du système solaire. Rappelons que la ceinture de Kuiper est une ceinture de très nombreux objets glacés orbitant au voisinage du plan de l'écliptique au-delà de l'orbite de Neptune. On connaît plusieurs centaines d'objets de Kuiper, et jusqu'en 2005 (découverte de Xéna), Pluton, avec ses 2320 km de diamètre, était le plus gros objet de Kuiper.

Pourquoi faire de Xéna une planète ? Puisque Pluton, objet de Kuiper typique, est « traditionnellement » une planète, et ce depuis 1930, alors tous les objets de Kuiper de taille égale ou supérieure doivent l'être. Et puisque Xéna, avec ses 2400 km de diamètre probable, est plus gros que Pluton, c'est bien une planète.

Cette proposition pose un certain nombre de problèmes. Citons-en trois.

  • Les critères retenus pourraient être modifiés à la marge, et cela changerait le nombre de planètes. Par exemple, Cérès est le plus sphérique des astéroïdes ; mais Vesta (578×560×458 km), Pallas (570×525×482 km) et Hygiea (environ 400 km) sont presque sphériques.
  • Si Charon est baptisé planète, alors on pourrait proposer que tous les objets de Kuiper d'un diamètre voisin ou supérieur à celui de Charon (1270 km) le soient, ce qui en fait déjà 8 connus, et leur nombre va certainement s'accroître dans les années qui viennent.
  • Et même si la taille couperet est le diamètre de Pluton, on découvrira sans doute d'autres objets de Kuiper d'un diamètre supérieur à ceux de Pluton et de Xéna, et le nombre de planètes augmenterait encore au fur et à mesure des perfectionnements des télescopes.

2 – Le vote de l'assemblée générale

Le 24 août 2006, face à ces problèmes, et peut-être pour d'autres raisons, l'assemblée générale de l'UAI a décidé de ne pas suivre les recommandations de la commission, et de fixer des propriétés obligatoires pour avoir droit au titre de planète, ce qui limite de facto à 8 ce nombre de planètes, en en excluant Pluton.

Pour être une planète de notre système solaire, il faut satisfaire à la fois 3 critères :

  1. il faut être en orbite autour du soleil ;
  2. il faut avoir une masse et une gravité suffisantes pour être sphérique ;
  3. il faut avoir une masse largement supérieure à la masse des autres corps ayant des orbites voisines, et dominer gravitairement la zone du système solaire où l'on orbite.

Si Cérès, Pluton et Xéna satisfont les critères n°1 et n°2, ils ne satisfont pas le critère n°3, puisqu'ils sont membres de 2 ceintures (astéroïdes et Kuiper) où de très nombreux corps de tailles voisines sont sur des orbites voisines ; Charon ne satisfait ni le n°1, ni le n°3.

Malgré une gloire éphémère de 9 jours, Céres, Charon et Xéna ne deviendront jamais des planètes ; Pluton est rétrogradé après 76 ans de « paradis planétaire ».

La raison principale de ce choix est très vraisemblablement la recherche de stabilité : avec ce que l'on sait du système solaire en 2006, il serait très étonnant que l'on découvre un autre corps qui satisfasse à la fois à ces 3 critères dans la ceinture de Kuiper (il devrait être, par définition, très largement plus gros que Pluton et aurait sans doute déjà été découvert). Le nombre de planètes (hors planètes extra-solaires bien sur) est probablement fixé à 8 pour pas mal d'années, tant qu'on n'aura pas les moyens d'étudier le nuage de Oort.

3 – Discussion

Y a-t-il 8, 9, 12 planètes, ou encore plus ? Le problème est en effet important pour les fabricants de maquettes du système solaire, pour les éditeurs qui publient des posters ou des livres représentant et/ou décrivant le système solaire, ou encore pour les professeurs qui font réciter par cœur la liste des planètes dans l'ordre avec des phrases mnémotechniques … Ce problème pourrait aussi être important pour les astrologues, qui ne savent plus s'il faut tenir ou ne pas tenir compte de Pluton, Xéna … (mais comme les astrologues disent n'importent quoi, cette question ne les empêchera ni de dormir, ni de gagner de l'argent sur le dos des gogos). Mais est-ce un problème important, scientifiquement important ?

Pour répondre à cette question, je peux reprendre ce que j'écrivais il y a 11 mois, sans quasiment rien changer :

« Ce débat shakespearien, "planet or not planet" m'inspire une comparaison. Tout le monde fait la différence entre un enfant et un adulte. Mais que fait-on d'un individu entre 16 et 24 ans : adulte ou non adulte ? Il y a la majorité civile, différente de la majorité pénale ou de la majorité sexuelle. Et pour chacun de ces trois critères, les âges seuils changent avec le pays, l'époque … Savoir si un individu de 17 ou de 20 ans est un adulte ou pas, c'est important pour le législateur ; mais l'est-ce pour le biologiste ? Ce qui compte vraiment pour le biologiste, c'est de savoir comment et pourquoi s'effectuent le développement d'un individu, ou plutôt les développements non synchrones de son cerveau, de ses organes sexuels, de son squelette … , développements qui lui font atteindre l'âge adulte. Pour l'espèce humaine, ce sont d'abord les organes sexuels qui atteignent leur maturité, puis c'est le squelette, et enfin le cerveau. Suivant l'organe retenu et la spécialité médicale, l'âge du passage à l'état adulte est variable. Et vouloir définir précisément et globalement l'âge exacte du début de l'état d'adulte est forcément conventionnel et arbitraire. Mais cette cruelle incertitude n'empêchera pas un médecin de soigner un jeune de 17 ans et 11 mois de la même façon qu'un autre de 18 ans et 1 mois.

Pour nos "planètes et candidats", c'est pareil. Ce qui est important pour un scientifique, c'est de savoir pourquoi le système solaire est ce qu'il est, avec ses 4 catégories de corps (hors comètes et objets de Oort) :

  • pourquoi il y a des corps rocheux de taille "moyenne" dans le système solaire interne ?
  • pourquoi y a-t-il ensuite de nombreux petits corps rocheux (les astéroïdes dont le plus gros ne fait que 950 km de diamètre ?
  • pourquoi y a t-il ensuite des géantes gazeuses (mais avec des satellites en glaces) dans la zone médiane ?
  • et pourquoi y a t-il de nombreux (et relativement petits) corps glacés dans le système solaire externe, dont 2 corps au moins ont plus de 2000 km de diamètre ?

Le reste, ce n'est qu'une question de nom ! Les planétologues qui étudient les "planètes" étudient aussi les satellites (Lune, Titan …) et étudieront bien sur Cérès, Pluton, Sedna et 2003 UB 313 qu'ils soient baptisés ou non planètes par l'Union Astronomique Internationale.

Le débat sur la "planétitude" de Cérès, Charon ou de 2003 UB313 rappelle un peu le débat sur la position du Mont St Michel, en Bretagne ou en Normandie. La frontière administrative entre ces deux provinces a été fixée par un fleuve côtier, le Couesnon, fleuve qui divaguait dans les vasières de la baie (figure 5). Actuellement, les divagations du fleuves sont stoppées en amont du Mont par la poldérisation de la baie et par la construction de la digue routière. Et quand on a bâti cette digue au 19eme siècle, les divagations du Couesnon le faisait passer à l'ouest du Mont : le Mont St Michel est donc en Normandie, ce que rappelle un proverbe local : "le Couesnon en sa folie a mis le Mont en Normandie".

Figure 5. Vue aérienne du Mont St Michel

Vue aérienne du Mont St Michel

Source : Clément Lièvre (site académie de Rennes)


Le Couesnon actuel passe à gauche (à l'ouest) de la digue, et le Mont est en Normandie. Un méandre abandonné visible sur la photo semble suggérer qu'il ne faudrait pas grand chose pour qu'il passe de nouveau à l'Est.

Mais il se peut bien que la destruction programmée de la digue (pour désensabler le Mont) change la situation et que lors de la prochaine crue, le Couesnon dérive, et passe à l'Est du Mont, qui se retrouverait alors … en Bretagne. Il y aura alors certainement une grande querelle entre les deux régions pour savoir si le Mont est devenu breton ou reste normand, avec toutes les retombées économiques et fiscales que cela implique. Mais breton ou normand, le Mont St Michel restera une merveille du Moyen Age. Et planètes ou non, Pluton-Charon, 2003 UB 313, Cérès et les autres restent des corps qu'il faut étudier et comprendre. »

La NASA sur ses News en date du 25 août 2006 déclare d'ailleurs :

« We will continue pursuing exploration of the most scientifically interesting objects in the solar system, regardless of how they are categorized. »

À propos de Cérès, nous avons évoqué le formidable problème scientifique qu'il pose, différencié ou non différencié. On ne peut que regretter que pour la première fois que la presse parle de Cérès depuis 1801, ce soit pour discuter d'un problème de nomenclature et de classification, et non pas de questions scientifiques.

Mots clés : planète, Pluton, Charon, Cérès, ceinture de Kuiper, astéroïde, nuage d'Oort, planète naine