New Horizons | objectifs scientifiques

Objectifs scientifiques

Les interrogations de la communauté scientifique

La ceinture de Kuiper

La découverte de la ceinture de Kuiper, dans les années 1990, a profondément modifié notre perception du système solaire. Mais même les télescopes les plus puissants, comme Hubble, sont incapables d'effectuer des observations détaillées des objets transneptuniens qui la peuplent, et ne permettent donc pas de connaitre leurs caractéristiques précises, alors que celles-ci pourraient fournir des indices importants sur la formation du système solaire. La ceinture de Kuiper abrite en effet des corps dont la composition reflète sans doute l'état de la matière dans une phase intermédiaire du processus de formation des planètes. Ce dernier s'est arrêté dans la ceinture de Kuiper, à la suite des bouleversements suscités par les changements d'orbite des planètes géantes gazeuses, au cours des premières centaines de millions d'années.

Le système plutonien

Pluton et sa lune Charon présentent de nombreuses caractéristiques originales, qui justifient une étude approfondie :

  • Le système plutonien (Pluton et ses satellites) constitue le premier système double qui pourra être observé in situ. En effet, Charon, le plus gros satellite de Pluton, a plus de la moitié de son diamètre, contrairement aux satellites habituels, dont le diamètre ne représente que quelques pourcents de la planète autour de laquelle ils orbitent. Les systèmes doubles semblent abonder parmi les astéroïdes et les objets transneptuniens, et leur étude peut donc avoir des applications importantes.
  • Le mode de formation du système plutonien constitue une inconnue. La théorie dominante est que Pluton est entré en collision avec un autre corps de grande taille, dans un passé éloigné, et que la plupart des débris produits par l'impact se sont placés en orbite autour de Pluton, et se sont agrégés pour former Charon. Dans la mesure où la formation de la Lune résulte sans doute du même processus, l'étude du système plutonien peut permettre d'éclaircir l'histoire de notre propre système planétaire.
  • Les informations disponibles avant le survol montraient de grandes différences entre les surfaces de Pluton et de Charon : Pluton a une surface fortement réfléchissante, dispose d'une calotte polaire et d'une atmosphère. Toutes ces caractéristiques sont absentes de Charon. Quelle est l'origine de ces différences entre ces deux corps voisins et de taille proche ?
  • Pluton ressemble beaucoup, par la taille, la densité et la composition de la surface, au plus grand satellite de Neptune, Triton. Celui-ci est un objet transneptunien capturé par la planète, et présente une activité cryovolcanique. Est ce que Pluton présente également cette même caractéristique ?
  • Pluton est un des rares corps célestes disposant d'une atmosphère perceptible. Son étude peut donner des informations sur les atmosphères de deux autres lunes, Triton et Titan, associées à des géantes gazeuses. Cette atmosphère subit un échappement atmosphérique important, qui pourrait permette de comprendre comment l'atmosphère de la Terre a évacué son hydrogène, permettant à la vie, telle qu'on la connaît, d'apparaitre.
  • L'orbite, fortement elliptique, de Pluton, et l'inclinaison de son axe sont à l'origine de fortes variations de température, dont les effets pourraient être intéressants à observer.
  • Les observations spectrométriques ont montré que des composants organiques (comme le méthane) sont présents à la surface de Pluton, mais également à la surface d'autres objets transneptuniens. On considère que ces objets ont, au début de la formation du système solaire, pénétré dans certains cas dans les zones du système solaire les plus proches du Soleil, et sont allés frapper la Terre. Ils auraient pu ainsi apporter des briques organiques.

Objectifs de la mission New Horizons

Les objectifs de la mission New Horizons visent à répondre aux axes de recherche identifiés par la communauté scientifique et recensés ci-dessus. Mis à part ceux concernant le système de Jupiter, les objectifs détaillés peuvent se répartir en trois groupes[11] :

  • objectifs prioritaires[11] :
    • obtenir une description globale de la géologie et de la morphologie de Pluton et de Charon,
    • déterminer la composition de la surface de Pluton et Charon,
    • déterminer les caractéristiques de l'atmosphère neutre de Pluton et son taux d'échappement ;
  • objectifs importants[11] :
    • étudier la variation dans le temps de la surface et de l'atmosphère de Pluton,
    • réaliser des prises de vue en relief de Pluton et Charon,
    • cartographier le terminateur de Pluton et Charon avec une résolution élevée,
    • définir avec une résolution élevée les caractéristiques des terrains de zones choisies de la surface de Pluton et Charon,
    • étudier les caractéristiques de l'ionosphère de Pluton et ses interactions avec le vent solaire,
    • rechercher les molécules présentes dans l'atmosphère neutre de Pluton,
    • rechercher la présence d'une atmosphère autour de Pluton,
    • déterminer la température à la surface de Pluton et Charon ;
  • objectifs secondaires[11] :
    • caractériser les particules énergétiques présentes dans l'environnement de Pluton et de Charon,
    • définir, de manière plus précise, les caractéristiques principales de Pluton et Charon (rayon, masse, densité) ainsi que leurs paramètres orbitaux,
    • rechercher des anneaux ou satellites non identifiés.

Retombées attendues

Les mesures effectuées dans le système de Pluton vont améliorer les connaissances sur ses origines, les processus à l’œuvre à la surface de la planète naine, le cycle de transport des volatils[11] et les caractéristiques énergétiques et chimiques de son atmosphère. De manière plus générale, ces observations vont apporter des éléments de compréhension sur les objets célestes formés par des impacts géants (comme l'ensemble Terre-Lune), les corps situés aux limites du système solaire (comètes, planètes naines glacées), les planètes et lunes caractérisées par une pression de vapeur en équilibre (comme Triton et Mars) et les autres corps célestes ayant une atmosphère dominée par le méthane et l'azote (comme Titan, Triton et la Terre primitive)[12].

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