Pourquoi Pluton n’est pas une planète

Pluton vient de subir le même sort que Cérès. La découverte d’Éris (surnommée Xéna avant de recevoir son nom officiel) a porté le coup de grâce au statut de Pluton. Voici une comparaison à l’échelle des tailles de Pluton, Éris, la Lune et la Terre :

Dimensions comparées des plus grands OTN

Il y a une semaine, le 24 août 2006, l’Union astronomique internationale a pour la première fois défini formellement le terme « planète ». Pour faire partie de ce club très fermé, un corps doit avoir éliminé tous les autres objets de son voisinage. Or Pluton a de nombreux voisins : tous les OTN et un autre, très encombrant, la planète Neptune. Il n’y a qu’un seul objet qui domine à cet endroit du système solaire, et ce n’est ni Éris, ni Pluton, ni un autre OTN. Le patron du secteur, c’est Neptune.

Contexte historique

Au début du 20ème siècle, des calculs basés sur les mouvements d’Uranus et de Neptune avaient prédit la présence d’une neuvième planète au-delà de Neptune. Par la suite, ces calculs se révéleront faux, car la masse de Neptune avait été surestimée. Mais en 1930, Clyde Tombaugh ignorait que cette prédiction se basait sur une erreur de calcul, et il entreprit une étude minutieuse de la zone concernée. Ses efforts auraient été vains sans l’intervention du hasard… À ce moment-là, la zone de recherche coïncidait avec l’emplacement d’un objet très brillant : Pluton.

Le système solaire comportait alors 8 planètes. Depuis l’Antiquité, on connaissait les 5 « astres errants » : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne. Auxquels il faut ajouter la Terre, Uranus découverte en 1781, et enfin Neptune découverte en 1846. En 1930, tout le monde pensait qu’on avait trouvé par calcul un objet aussi gros que la Terre situé au-delà de Neptune. Tout comme la position de cette dernière avait été obtenue par des calculs basés sur l’orbite d’Uranus. À l’époque, il n’y avait aucune ambiguïté possible sur le statut de Pluton : elle devint la neuvième planète.

Pluton lors de sa découverte
Pluton lors de sa découverte

Pluton était un passager clandestin

Tout au long du 20ème siècle, avec l’amélioration des instruments d’observation, les évaluations de la masse de Pluton ont été plusieurs fois revues à la baisse. En 1978, la découverte de Charon (son plus gros satellite) a permis de calculer précisément sa masse. Entre 1930 et 1978, on est passé d’une masse terrestre à la vraie valeur : 0,002 masse terrestre. On avait cru Pluton 500 fois plus grosse qu’elle ne l’est vraiment ! Sa découverte fut une coïncidence, car une masse si petite ne peut pas perturber Neptune ! Pluton a obtenu son statut de planète sur un malentendu. Malgré ça, elle gardait tout de même un atout dans son jeu : c’était le seul objet connu gravitant au-delà de Neptune.

Tailles comparées des planètes du système solaire

Pluton (2270 km) était de très loin la plus petite planète. Elle est 25 fois moins massive que Mercure (4880 km). Elle est plus petite et moins massive que plusieurs lunes du système solaire : Ganymède (5268 km), Titan (5150 km), Callisto (4817 km), Io (3636 km), la Lune (3476 km), Europe (3122 km) et Triton (2707 km).

Dimensions comparées de Pluton avec des lunes plus grandes
Pluton (en bas à droite) comparé à Ganymède (J), Titan (S), Callisto (J), Io (J), la Lune (T), Europe (J) et Triton (N). (crédit WP)

Par ailleurs, Pluton a une orbite elliptique et inclinée sur l’écliptique. En comparaison, les orbites des planètes sont quasi-circulaires et coplanaires de l’écliptique. En fait, son orbite est tellement biscornue qu’entre 1979 et 1999, elle était plus proche du Soleil que Neptune.

Excentricité de l’orbite de Pluton Inclinaison de l’orbite de Pluton

À gauche, vous pouvez observer l’orbite de Pluton vue du dessus. Son orbite est très excentrique comparée à celles quasi-circulaires des planètes. Les 4 cercles rouges représentent les 4 gazeuses, le système solaire interne est symbolisé par le cercle gris. À droite, vous pouvez observer l’orbite de Pluton vue par la tranche : les planètes sont toutes dans le plan de l’écliptique, l’orbite de Pluton en sort nettement. Enfin, voici un schéma en 3D vu d’un point d’observation éloigné :

Vue globale de l’orbite de Pluton

Des voisins gênants

Depuis les années 1990, on a découvert de très nombreux objets dans la périphérie du système solaire. On les appelle Objets TransNeptuniens (OTN). Ce ne sont pas des astéroïdes, car ces derniers sont constitués majoritairement à partir de roches et/ou de métaux. Les OTN sont quand à eux composés d’une partie majoritaire de glace, mélangée à des matériaux plus solides. Les comètes sont des OTN décrochés de leur orbite par une perturbation gravitationnelle.

Le système solaire est divisé en 4 grandes zones :

  • Le système solaire interne, zone des planètes telluriques, qui s’étend du Soleil jusqu’à Jupiter.
  • le système solaire externe, lui-même divisé en 3 zones :
    • la zone des planètes gazeuses, de Jupiter à Neptune.
    • la ceinture de Kuiper, constituée d’OTN (dont Éris, Pluton, Sedna, etc).
    • le nuage d’Oort, constitué d’OTN situés encore plus loin.

Zones du système solaire et OTN
En jaune, le système solaire interne. En bleu clair, la zone des planètes gazeuses. En bleu foncé, la ceinture de Kuiper, constituée d’OTN (KBO = OTN).

L’existence du nuage d’Oort reste pour l’instant une théorie, à cause de la distance et de la taille réduite des objets. Mais vu l’orbite de certaines comètes, son existence ne fait guère de doutes.

Par contre, les découvertes vont bon train dans la ceinture de Kuiper. Elles ont commencé en 1992 et s’enchaînent à un rythme de plus en plus soutenu. Le cap du millier a été franchi au tournant du siècle. Avec les progrès constants des moyens de détection, ça ne risque pas de ralentir : la ceinture de Kuiper comporterait 70 000 OTN mesurant au moins 100 km de long, et plusieurs dizaines ou centaines de milliers d’objets plus petits.

La ceinture de Kuiper
En bleu, l’orbite de Neptune. Au delà, c’est la ceinture de Kuiper, dont Pluton fait partie (l’orbite inclinée en rose).

L’histoire a le hoquet

Il y a un parallèle vraiment étonnant entre la situation de Pluton au 21ème siècle et celle de Cérès au 19ème. Quand Cérès fut découverte en 1801, on cherchait une « planète manquante » entre Mars et Jupiter (loi de Titius-Bode, qui a été infirmée depuis). Cérès fut donc considérée comme une planète à part entière, et ce pendant plusieurs décennies.

Un petit objet considéré comme une planète manquante à cause d’une erreur de calcul, ça ne vous rappelle rien ? :-)

Cérès
Cérès vue par Hubble.

Dans les années qui suivirent, on découvrit Pallas, Junon et Vesta. Ils furent également classés en tant que planètes. Rapidement, le nombre de « planètes » dépassa la douzaine. Tous les nouveaux corps possédant des tailles et des orbites comparables à celle de Cérès, un débat s’installa parmi les astronomes : fallait-il vraiment considérer ces nouveaux venus comme des planètes ? Les partisans du non augmentèrent progressivement avec les découvertes. En 1846, la découverte de Neptune (planète géante) leur apporta un argument décisif, en montrant clairement la différente entre une planète et un corps plus petit.

Les deux images suivantes, qui ne sont pas à l’échelle, vous permettront de vous faire votre propre idée en prenant la Lune pour référence. Sur l’image du bas la Lune se trouve à gauche, entre la Terre et Mars. Les astéroïdes sont si petits que si on les avait mis directement sur l’image du bas, à l’échelle, Cérès aura la taille d’un pixel et les autres n’apparaîtraient pas du tout.

Comparaison de la taille de Neptune et des principaux astéroïdes

En 1851, le nombre de « planètes » avait cru jusqu’à atteindre 23, et il était clair que des centaines d’autres corps attendaient d’être découverts. Les astronomes cessèrent de considérer ces objets de plus en plus nombreux comme des planètes, pour les nommer « astéroïdes » ou « planètes mineures ». Ils furent désormais catalogués séparément.

Et Cérès fut retrogradée au rang d’astéroïde.

La position de Pluton devenait de plus en plus délicate

Jusqu’à la fin du siècle dernier, on avait découvert des OTN de la taille de grands cailloux. Mais depuis l’an 2000, on est passé à des OTN d’un diamètre respectable, supérieur à 1000 km. À chaque découverte, les médias l’ont annoncé en parlant de la « dixième planète ». Ce fut le cas pour Varuna, puis Quaoar, puis Orcus, puis Sedna. Et à chaque fois, les astronomes ont démenti. Le statu quo était donc le suivant : un corps plus petit que Pluton, dont l’orbite est fondue dans la ceinture de Kuiper, ne peut pas être une planète.

Sedna
Vue d’artiste de Sedna.

Au 19ème siècle, quand Cérès était encore considérée comme une planète, chaque astéroïde découvert minait un peu plus ce statut. De la même manière, petit ou grands, chaque OTN découvert minait un peu plus la position de Pluton. À ce petit jeu, l’orbite de Pluton elle-même était en train de se fondre dans la ceinture de Kuiper, tout comme Cérès et les autres astéroïdes remarquables sont noyés dans la ceinture d’astéroïde. À l’époque, Cérès n’avait pas été sauvée alors que c’est la chef de file des astéroïdes. La partie s’annonçait donc serrée pour Pluton.

De plus, la taille des OTN découverts évoluait dans le mauvais sens pour Pluton (2270 km). Quand on en arrive à des objets comme Quaoar (1280 km) ou Sedna (1500 km), on finit par se poser des questions sur la frontière entre planète et OTN. Pourquoi la limite devrait être fixée sur la taille de Pluton ? La différence est-elle si importante pour décréter arbitrairement que Pluton est une planète et pas les autres ?

Pluton partage de nombreuses caractéristiques avec ses petits frères. Son orbite est inhabituelle pour une planète, mais classique pour un OTN. Avec une teneur en glace d’eau de l’ordre de 50 %, Pluton ressemble en fait à une grosse comète non décrochée : un gros tas de glace sale avec un noyau rocheux, dont l’orbite est excentrique et inclinée. Triton, un satellite de Neptune, était manifestement un OTN avant d’être capturé. Or Triton est plus grand que Pluton… something was wrong.

Triton
Triton vu par Voyager 2.

Au fil du temps, beaucoup d’astronomes finirent par se demander si Pluton était la plus petite des planètes, ou bien le plus grand des OTN. Car si elle avait été découverte en même temps que tous les autres, le fait est que Pluton n’aurait jamais été considérée comme une planète.

Désormais, il ne lui restait plus qu’un recours : sa taille supérieure aux OTN découverts jusqu’ici. C’était la seule chose qui dissuadaient encore les astronomes de secouer le poids de l’histoire. Donc à ce stade, la seule chose de pire qui pouvait encore arriver à Pluton, c’était qu’on trouve un OTN plus grand qu’elle.

Le coup de grâce

Le 5 janvier 2005, la découverte d’un nouvel OTN est annoncée : Éris, alias 2003UB313, alias Xéna. Les premières estimations lui donnaient un diamètre atteignant 3600 kilomètres, plus d’une fois et demi celui de Pluton et les trois quarts de celui de Mercure. Bien que sa taille ait depuis été revue à la baisse (3000 km), Éris semble bel et bien plus grand que Pluton (2270 km).

Éris
Vue d’artiste d’Éris.

La découverte d’un OTN plus grand que Pluton a fait voler le statu quo en éclat. Franck Bertoldi, du laboratoire de radio-astronomie de l’Institut Max Planck : « Puisqu’Éris est plus grand que Pluton, il devient de plus en plus difficile de justifier qu’on puisse appeler Pluton une planète si Éris ne reçoit pas ce statut. »

De la même manière que la découverte de Neptune avait remis de l’ordre dans le débat sans fin sur le statut des astéroïdes, la découverte d’Éris a remis de l’ordre dans le débat sans fin sur le statut de Pluton. Cette fois-ci, le glas a sonné, sa position est devenue intenable.

9+1 = 8 ou la définition d’une planète

Qu’est-ce qui a changé entre 1930 et 2006 ? Les découvertes d’objets significatifs dans le système solaire ont repris, alors qu’elle étaient restées au point mort pendant pendant plus d’un demi-siècle. Il faut pouvoir classer Éris, Sedna, et tous les autres OTN découverts. Qu’est-ce qu’une planète ? Quelles conditions un corps doit remplir pour mériter ce rang ?

Pour le dictionnaire, une planète est « un objet céleste compact, qui ne produit pas sa propre lumière et qui gravite autour du Soleil ou, par extension, d’une étoile ». Donc jusqu’ici, on considérait qu’une planète était un objet sphérique, dépourvu de réactions thermonucléaires, gravitant directement autour d’une étoile simple, binaire voire multiple. Bien, mais quelles sont les tailles minimale et maximale ?

Pour la limite supérieure, il existe un consensus. Entre les planètes gazeuses et les étoiles, on trouve les naines brunes, des étoiles avortées. Une naine brune doit avoir une masse supérieure à 13 fois celle de Jupiter, ce qui est la masse inférieure à laquelle un astre peut brûler du deutérium, et inférieure à 0,07 masse solaire, masse au-dessus de laquelle les réactions de fusion peuvent s’enclencher durablement. Par conséquent, tout corps inférieur à 13 masses joviennes peut entrer dans la catégorie des planètes.

Mais pour la limite inférieure, celle qui nous intéresse, jusqu’ici il n’y avait aucune précision (hormis la jurisprudence de Cérès). Après plusieurs mois de travail, une résolution a été votée le 24 août 2006 par l’Union astronomique internationale (UAI). Voici donc la définition officielle d’une planète :

« Les planètes et autres corps, à l’exception des satellites, dans notre Système solaire sont définis selon trois catégories distinctes de la façon suivante :

  1. Une planète est un corps céleste qui

    1. est en orbite autour du Soleil,
    2. a une masse suffisante pour que sa gravité propre vainque les forces de cohésion interne de façon qu’il parvienne à une forme (presque ronde) en équilibre hydrostatique, et
    3. a éliminé le voisinage autour de son orbite.
  2. Une planète naine est un corps céleste qui

    1. est en orbite autour du Soleil,
    2. a une masse suffisante pour que sa gravité propre vainque les forces de cohésion interne de façon qu’il parvienne à une forme (presque ronde) en équilibre hydrostatique, et
    3. n’a pas éliminé le voisinage autour de son orbite, et
    4. n’est pas un satellite.
  3. Tous les autres objets, à l’exception des satellites, en orbite autour du Soleil seront désignés collectivement comme « Petits corps du Système solaire ».

Un schéma représentant la décision votée
Un schéma représentant la décision votée (crédits : WP)

Conclusion

Au final, c’est une question de voisinage dégagé, pas de taille. Si Pluton orbitait à mi-distance entre Uranus et Neptune, toute seule dans ce secteur et à l’abri des perturbations gravitationnelles des planètes gazeuses, alors elle serait considérée comme une planète. Si Cérès n’était pas cernée par d’autres astéroïdes, elle serait considérée comme une planète.

Il n’y avait que deux possibilités pour que Pluton garde son statut.

  1. Soit on supprimait le 3ème prérequis, pour que la définition soit : « Une planète est un corps céleste qui

    1. est en orbite autour du Soleil,
    2. a une masse suffisante pour que sa gravité propre vainque les forces de cohésion interne de façon qu’il parvienne à une forme (presque ronde) en équilibre hydrostatique. »
  2. Soit on transformait le 3ème prérequis, pour que la définition soit : « Une planète est un corps céleste qui

    1. est en orbite autour du Soleil,
    2. a une masse suffisante pour que sa gravité propre vainque les forces de cohésion interne de façon qu’il parvienne à une forme (presque ronde) en équilibre hydrostatique,
    3. a un diamètre supérieur ou égal à 2270 km (diamètre de Pluton). »

Mais ces deux options ont chacune leurs défauts.

Dans le premier cas, on aurait eu une explosion incontrôlable du nombre de planètes, exactement comme au 19ème siècle. Selon Michael Brown, le découvreur d’Éris, une cinquantaine de corps connus du système solaire seraient alors devenus des planètes. Par exemple, tous les OTN qui ont été cités dans cet article, mais aussi Cérès et d’autres astéroïdes comme Vesta et Pallas. Michael Brown a ajouté qu’une étude complète révélerait probablement plus de 200 candidats légitimes. Un peu dur à retenir pour les écoliers…

Dans le deuxième cas, les OTN plus grands que Pluton restants à découvrir seraient automatiquement devenus des planètes, tout comme Éris. Leur chasse serait devenu un sport olympique, car le statut de découvreur d’une planète n’a rien de comparable avec celui de découvreur d’OTN, d’astéroïdes ou de comètes. Donc le risque de l’inflation planétaire n’était pas écarté : qui peut dire combien d’entre eux se cachent encore dans les confins de notre système planétaire ?

Mais surtout, c’était un choix impossible à justifier par des arguments scientifiques. Le problème reste entier : pourquoi 2270 km ? quelle différence fondamentale entre Pluton et ses petits frères ?

La solution retenue est beaucoup plus élégante que les deux options ci-dessus. Elle décrit parfaitement ce qu’on a l’habitude d’appeler une planète : un objet dont la gravité règne sans partage sur son secteur. Cérès, dont l’orbite est perdue dans l’essaim des astéroïdes, et Pluton, dont l’orbite est perdue dans l’essaim des OTN, ne ressemblent pas aux planètes classiques.

Et puis cette histoire fait parler d’astronomie. En cherchant à comprendre cette décision, on s’intéresse à la périphérie du système solaire, sujet qui auparavant ne passionnait pas spécialement les foules.

9 Comments

  1. Fausto dit :

    Moi je suis pour, avec la puissance des nouveaux teléscopes, on aurait pu tomber sur une dizaine d’autres planetes. C’est bien d’avoir fait la disctinction entre planete et planetes naines.

  2. Sasha dit :

    J’ai appris ça aujourd’hui, ça m’a fait un choc, Pluton n’est plus une planète… Nous n’avons desormais plus que 8 planètes dans notre système solaire !

  3. Gilga dit :

    Il faut des définitions pratiques, qui servent à faire de la science. Il fallait deux familles d’objets, vouloir faire rentrer Pluton ou Céres dans le même lot que Jupiter ça n’a pas de sens.

  4. Laurent dit :

    J’ai toujours considéré Pluton comme une planète et je ne changerai pas. Certes il est petit et n’est pas dans le même plan que les 8 autres planètes, mais est ce suffisant pour la détroner ?

  5. Py314 dit :

    Si on trouve une planète plus grosse que la Terre au-delà de Neptune ça sera une planète naine ? On pourra rire des scientifiques qui ont voté cette définition…

  6. Bobby dit :

    Et il se passe quoi pour les horoscopes ? ;)

  7. Rhéa dit :

    Snif, Pluton n’est plus qu’un simple OTN, un vulgaire objet de la ceinture de Kuiper…

  8. Adenora dit :

    En voilà une bonne décision ! C’était soit 8, soit 40, ce sera 8… Je préfère, d’autant que c’est plus logique en terme de taille, d’influence gravitationnelle et d’orbite.

  9. Aurélien dit :

    Avec le recul, il y a un truc qui me dérange, c’est le cas de Sedna. Elle tourne autour du soleil, elle est assez grosse pour être ronde, il n’y a pas d’objets connus sur son orbite, et d’ailleurs elle est trop loin pour que Neptune ou n’importe quelle autre planète ait pu l’influencer. Selon la définition, ce devrait être une planète.

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