« Planétologie/Les objets transneptuniens » : différence entre les versions

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===Les orbites des corps transneptuniens===
 
Si on analyse les orbites des objets transneptuniens, on peut distinguer deux groupes d'objets transneptuniens, situés à une distance bien précise du Soleil. ''Grosso modo'', on peut découper la région au-delà de Neptune en deux parties : une bande de petits corps appelée la '''ceinture de Kuiper''', entourée par un disque plus large de '''corps épars'''. La ceinture de Kuiper regroupe les objets aux orbites quasi-circulaires, qui sont très peu inclinées par rapport au plan de l'écliptique. AÀ l'opposé, la bande des corps épars regroupe des objets aux orbites fortement excentriques et inclinées. Une autre différence tient dans la densité d'astéroïdes, à savoir le nombre d'astéroïdes dans un volume d'espace donné. Elle est assez moyenne dans la ceinture de Kuiper, alors qu'elle est très basse dans le disque des corps épars. D’ailleurs, le terme "disque des corps ''épars''" trahit cet état de fait : les corps présents dans ce disque y sont épars, très distants, dispersés. Et enfin, il faut rajouter divers corps qui sont en résonance orbitale avec Neptune, les plutinos et les twotinos, dont nous parlerons plus loin.
 
[[File:TheTransneptunians 73AU.svg|centre|vignette|upright=2.0|Répartition des corps transneptuniens.]]
 
La séparation entre disque épars et ceinture de Kuiper aurait une explication assez précise, liée à la formation du système solaire. La ceinture de Kuiper serait simplement la portion éloignée du disque protoplanétaire. Ce qui explique qu'elle regroupe des objets aux orbites semblables à celles des planètes, à savoir alignés avec l'écliptique et circulaires. AÀ l'inverse, le disque épars proviendrait de la migration d'astéroïdes suite à des interactions gravitationnelles diverses. Des petits corps auraient été éjectés en périphérie du système solaire, suite à des interactions avec Neptune ou Uranus. Ils sont devenus des corps épars une fois satellisés sur une orbite stable, au-delà de la ceinture de Kuiper. Vu qu'un faible nombre d'objets aurait pu subir un tel phénomène d'éjection et de satellisation, il n'est pas étonnant que les corps épars soient...épars, justement. AÀ l'inverse, la ceinture de Kuiper s'est formée à partir d'un disque protoplanétaire relativement dense, par rapport à son environnement, ce qui explique pourquoi la densité en petits corps y est plus grande. On peut voir la ceinture de Kuiper comme un équivalent transneptunien de la ceinture d’astéroïdes, les différences étant que les astéroïdes sont remplacés par des corps transneptuniens et la distance plus importante.
 
[[File:TheKuiperBelt Projections 100AU Classical SDO-fr.svg|centre|vignette|upright=1.5|Inclinaison et excentricité des corps transneptuniens, avec l'illustration des corps épars et des corps de la ceinture de Kuiper.]]
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[[File:TheKuiperBelt classes-en.svg|vignette|Petits corps de la ceinture de Kuiper en résonance orbitale avec Neptune et cubewanos.]]
 
Dans la ceinture de Kuiper, il existe des bandes où la concentration en corps transneptuniens est plus élevée que la moyenne. Ces sur-concentrations sont liées à la présence proche de Neptune, dont les interactions gravitationnelles façonnent la ceinture de Kuiper. Plus précisément, Neptune entraineentraîne des phénoménales de résonances gravitationnelles dans la ceinture de Kuiper. En tenant compte de ces résonances, on peut subdiviser la ceinture de Kuiper trois sous-sections :
* Un ensemble de corps en résonance avec Neptune, qui contient :
** les '''plutinos''' en résonance 2:3 avec Neptune ;
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==La planète naine Pluton==
 
Pluton est une planète naine. Son rayon est très petit, d'à peine 1150 kilomètres, à comparer aux 6 371 kilomètres de rayon de la Terre et aux 550 kilomètres de rayon de son satellite Charon. Même les satellites de Jupiter et de Saturne ont un rayon bien plus élevé que celui de Pluton. C'est ce qui fait que Pluton, autrefois considérée comme une planète, a été reclassifiéereclassée en planète naine. Elle a une masse totale estimée à <math>1,29 \times 10^{22} kg</math>. En calculant son volume à partir du rayon et en divisant la masse par celui-ci, on peut calculer la densité de Pluton. Les calculs donnent une densité de 2 grammes par centimètre cube, approximativement deux fois la densité de la glace.
 
Pluton est a été découverte par Clyde tombaugh en 1930, à l'observatoire Lowell en Arizona. Elle a mis longtemps avant de livrer ses secrets. Les premières observations, réalisées au télescope, n'ont pas donné une image très nette de Pluton. Il fallut attendre 2016, avec les résultats de la sonde New Horizon, pour obtenir une image suffisamment claire de sa surface.
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[[File:Troughs in Sputnik Planum by LORRI - crop of PIA19936.jpg|vignette| ]]
 
La région Tombaugh est de loin la plus fascinante. Son teint clair, son absence de cratère, et surtout les failles qui la traverse sont la preuve que cette région est géologiquement active, dans le sens où la surface de cette région se renouvèlerenouvelle rapidement. On y voit des failles qui parcourent la glace, semblables aux sol polygonaux terrestres. On suppose que cette région serait semblable à un glacier de grande taille, qui s'écoulerait sur les zones avoisinantes au point de les recouvrir. Diverses structures au bord de cette région seraient ainsi des coulées de glace d'azote, identiques aux langues glaciaires terrestres.
 
[[File:04 McKinnon 02c-fr.jpg|centre|vignette|upright=2.0|Région Tombaugh : structures polygonales.]]
 
Outre les cratères et la topographie, il existe des montagnes de glace. La plupart sont localisées dans l'hémisphère sud, dans de grandes chaineschaînes de montagnes. Il est supposé que certaines d'entre elles soient des volcans de glace, similaires aux volcans terrestres à la différence qu'ils émettent de l'eau liquide et non de la lave.
 
===La composition chimique de Pluton===
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Si la comète est assez éloignée, seul le noyau existe, sans coma et queue, au point qu'elle ressemble à un astéroïde des plus banals.
 
L'anatomie de la comète s'explique par le fait qu'elles sont chauffées par le vent solaire. Lorsque les comètes s'approchent du Soleil, le vent solaire chauffe leur surface suffisamment fort pour en augmenter fortement la température. Ce faisant, la surface de la comète s'évapore (se sublime), donnant une sorte de halo de gaz et de poussières autour d'elle. Le halo en question est composé d'une portion visible, la coma, entourée par un nuage d'hydrogène. La coma naitnaît de la sublimation de la comète, alors que le nuage d’hydrogène naitnaît de la dissociation des molécules de la coma par les ultraviolets.
 
La coma est soufflée par le vent solaire, ce qui donne naissance à plusieurs queues : une queue d'ions et une queue de poussières. La queue d'ions est composée de gaz ionisés, alors que l'autre est composée uniquement de particules solides rocheuses. L'existence de deux queues s'explique par la différence de masse entre poussières et gaz/ions : les gaz plus légers s’éloignent plus vite de a comète que les poussières. D'ailleurs, leur différence de masse leur donne une trajectoire différente : la queue de gaz et d'ions est totalement opposée au Soleil, tandis que la queue de poussière est plus courbée.
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[[File:Comet Diagram text stripped.png|centre|vignette|upright=2.0|Trajectoire des deux queues d'une comète.]]
 
Sur l'orbite de la comète, on trouve une '''trainéetraînée de poussières ''' composée de poussières lourdes et grosses. Ces poussières sont des poussières de grande taille et très lourdes, qui ne sont que peu soufflées par le vent solaire. Du fait de leur masse, elles ont une vitesse légèrement supérieure à leur vitesse libération, qui est assez importante. En conséquence, elles arrivent à quitter le champ de gravité de la comète, mais ne s'éloignent pas trop de leur trajectoire initiale. Elles restent à proximité de l'orbite de la comète et s'en éloignent très lentement, voire pas du tout. Les poussières plus légères et/ou plus petites sont quant à elles soufflées par le vent solaire et finissent dans la queue de poussière.
 
===La composition chimique des comètes===
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: <math>L_\text{comet} \propto \frac{1}{(D_\text{Soleil-Comète})^{\epsilon}} \frac{1}{(D_\text{Comète-Terre})^2}</math>
 
La raison à cela est que la comète relacherelâche d'autant plus de gaz dans son environnement qu'elle est fortement éclairée. En conséquence, l'émission de gaz réfléchissant est d'autant plus forte qu'elle est proche du Soleil. Ce phénomène suffit à augmenter l'exposant au-delà de 2, vers des valeurs allant de 2,5 à 3. Précisons cependant que la loi de puissance précédent ne vaut que pour les comètes suffisamment proches, et encore : pas toutes. Pour certaines comètes, on ne commence à observer de coma que si elles sont assez proches du Soleil, l'apparition étant très brutale. Ce n'est qu'une fois la coma apparue que la luminosité tend à suivre une loi de puissance, mais pas avant. L’apparition de la coma se fait à partir d'environ 3 Unités astronomiques, à une distance où l'eau peut se sublimer dans des conditions de température et de pression spatiales.
 
===L'évolution des comètes avec le temps===
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Au fur et à mesure de leurs passages près du soleil, les comètes voient leur glace s'évaporer progressivement. Au bout d'un certain temps, toute la glace s'est vaporisée et la comète est alors appelée une '''comète éteinte'''. Elle est alors réduite à l'état de gros caillou rocheux, à savoir un astéroïde. Pour l'anecdote, certains astéroïdes de la ceinture principale seraient des comètes éteintes. Autant dire que la distinction entre comètes et astéroïdes est moins tranchée qu'il n'y parait.
 
Les comètes récentes, qui ont fait peu de passages près du Soleil, sont riches en éléments volatils. Lors de leurs premiers passages, elles dégagent de grandes quantités de gaz et d'ions, donnant des queues d'ions volumineuses et très lumineuses. À l'inverse, les comètes anciennes ont depuis longtemps évaporé la majorité de leur glace. Leur surface est surtout composée de poussières rocheuses, la glace ayant disparu. La comète est alors recouverte d'une ''croutecroûte de poussières'' de plusieurs mètres de profondeur. L'intérieur de la comète a cependant été préservée, seule la surface se sublimant à chaque passage. L'intérieur de la comète est donc assez claire et riche en glace, alors que la croutecroûte de surface est au contraire rocheuse et sombre. Si la croutecroûte devient assez épaisse, la comète n'évolue plus et devient alors une comète éteinte.
 
Il arrive cependant que la croutecroûte casse, exposant les glaces internes au Soleil. Cela se produit pour les comètes pas encore éteintes, quand l'épaisseur de la croutecroûte de poussière est assez faible. Si la température de la comète augmente suffisamment, l'intérieur de la comète chauffe au point de se sublimer. Des poches de gaz se forment à l'intérieur de la comète. La pression dans ces poches de petite taille est évidemment assez forte, ce qui fait que la pression interne augmente localement. Si la pression est assez forte, les proches explosent et cassent la croutecroûte de surface. Mais ce genre de phénomène est assez rare et beaucoup de comètes finissent éteintes.
 
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