Aldébaran, la revue online de l'astronomie : Pluton et la définition du terme planète

Théoriquement, Percival Lowell aurait dû être un homme déçu. Pendant des années, il était un des défenseurs les plus obstinés de l’idée sur les “canaux” sur Mars. En 1894, il créa même un observatoire exclusivement destiné à son plus grand rêve : prouver à l’humanité que les “canaux” avaient été creusés par des êtres vivants - montrer à l’homme que, avant lui, des intelligences extraterrestres avaient déjà colonisé notre Système solaire.

Toutefois, la preuve ne fut jamais trouvée et, pour quelques années, Lowell courut le risque d’entrer dans l’histoire comme un de ces astronomes aux idées étranges. Mais l’Américain tenait à sa réputation d’obstiné. En 1915, peu après l’enterrement définitif de ses rêveries sur Mars et juste un an avant sa propre mort, un autre projet avait capté sa fascination. Cette fois-ci, il était persuadé qu’au bout extrême du Système solaire, plus loin encore que Neptune, se cachait une neuvième planète. Il croyait même savoir, à quel endroit.

Comme auparavant, ses réflexions étaient loin de reposer sur des caprices sans fondement. En 1846, ce furent des irrégularités dans l’orbite d’Uranus - à l’époque l’objet le plus extérieur connu de notre Système solaire - qui avaient amené l’astronome français Le Verrier à réfléchir sur l’existence d’une autre planète, peut-être encore plus volumineuse, au bord de la sphère d’influence du Soleil. Mais son succès spectaculaire n’avait pas résolu la question des perturbations observées : au contraire, la découverte de Neptune avait carrément redoublé le problème - tout comme sa voisine, aussi la nouvelle trouvaille souffrait d’influences néfastes sur son orbite. Au lieu d’une planète au chemin troublé il y en avait maintenant deux... En se référant à Newton qui, déjà au XVIIème siècle, avait imposé la loi de la gravitation, seul un autre corps très massif pouvait constituer la source de toutes ces irrégularités.

De nouveau, ce furent donc des perturbations dans une orbite planétaire qui montrèrent le chemin à un astronome prêt à se lancer dans l’aventure d’un nouveau projet. Il est vrai que Lowell n’était pas le seul à répandre la théorie d’une mystérieuse neuvième planète. Mais il était assurément le plus appliqué. Et personne parmi les autres scientifiques de l’époque qui, au moins, ne s’opposaient pas à la nouvelle idée mit sérieusement en doute les mesures de l’Américain prouvant l’existence des fameuses perturbations.

Malgré tout, il paraît que Lowell se fût effectivement trompé. Mais il fallait attendre l’année 1993 jusqu’à ce que son erreur fût découverte. A ce moment, E. Myles Standish, collaborateur du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, annonça d’avoir pu prouver que son célèbre compatriote avait mal évolué la masse de Neptune. S’appuyant sur les mesures des planètes joviennes les plus récentes, il aurait trouvé que les irrégularités troublant ne basaient que sur - une inexactitude mathématique. Considéré sous cet aspect, Pluton n’aurait donc pas dû exister...

Déjà en 1915, Lowell avait mis au point ses derniers calculs. Pour lui, l’orbite de sa planète de rêve n’avait plus rien de secret. Clyde Tombaugh, par contre, n’entra en scène que 14 ans plus tard, 13 ans après la mort du créateur de l’institut qui finalement l’embauchait. Enthousiasmé, le jeune amateur dont, à 23 ans, la réputation d’observateur acharné était déjà établie, se jeta sur le poste et le salaire minime proposés par les successeurs de Lowell. Destiné par ses origines à un avenir d’agriculteur, il quitta immédiatement son ancienne vie et, proposé à une seule charge, il entra à l’observatoire de Flagstaff. Sa tâche n’était rien que la réalisation de l’ancien rêve de Lowell : scruter le ciel à la recherche d’une nouvelle planète, sur la base des coordonnées orbitales définies par le fondateur de l’observatoire.

Bien que les calculs sur lesquels s’appuya son travail fussent quasiment corrects - ils ne différaient que de six degrés des valeurs effectives - le résultat prévu se faisait attendre pendant un an. Au cours de ses travaux, Tombaugh se servait de lunettes astronomiques de 300 millimètres et d’une méthode qui, de nos jours, est connue sous le nom de "blinking technique”. Toujours à un intervalle de six jours, il prit deux photos d’une partie du ciel bien définie. Examinées sous un microscope équipé d’un mécanisme capable de commuter périodiquement entre les deux prises de vue - de “blink” sans cesse d’une photo vers l’autre - les images présentèrent les modifications sur l’horizon comme dans une sorte de “dessin animé”.

Rapidement, Tombaugh se rendit compte que, considérés sous cet angle, les objets éloignés ne bougeaient pratiquement pas. Les corps plus proches, par contre, donnaient l’impression d’être soumis à un mouvement constant. Plus un astre était loin, moins il se déplaçait. - Pour arriver à son objectif, Tombaugh n’avait donc qu’à se concentrer sur les objets les moins “mobiles”.

Le 13 mars 1930, le jeune astronome tomba enfin sur un objet inconnu, rayonnant à la magnitude 15. Situé à une distance inouïe, il faisait l’impression de ne jamais bouger. Mais il y en avait plus : non seulement qu’il semblait fixé à un endroit bien au-delà de l’orbite neptunienne, sa position correspondait aussi presque exactement à celle prescrite par Lowell. Pour l’équipe de Flagstaff, il n’y avait plus de doute, le rêve de leur ancien patron était devenu réalité.

Il est vrai que déjà peu après sa découverte, quelques astronomes se prononcèrent contre la reconnaissance de Pluton en tant que planète. Au début, Tombaugh lui-même osa à peine se servir de cette expression, préférant employer des termes plutôt neutres. Mais, finalement, si Pluton n’était pas la neuvième planète recherchée, quel genre de corps avait-on bien pu trouver ? - Les uns parlaient d’une nouvelle comète, les autres étaient tentés de le comparer à Cérès, la fameuse numéro un parmi les astéroïdes. A la fin, pourtant, la “logique” prit le dessus : Tombaugh n’avait-il pas cherché une planète pour trouver... Quoi d'autre qu’une planète ... ?

Dans les années 30, rien ne s’opposa à une telle conclusion. Pluton avait effectivement l’air de jouer le rôle du grand “perturbeur” d’orbite qu’on attendait de lui. Once fois plus massive que la Terre, son influence sur ses voisins devait être énorme. - Malheureusement, la neuvième planète ne tenait pas ses promesses. Avec chaque nouvelle mesure, ses amateurs se rendirent compte qu’elle “maigrissait”. Mais ce n’était qu’en 1978, avec la découverte de Charon, jusqu’à ce jour la seule lune attribuée à Pluton, qu’on était vraiment capable de constater la masse réelle du corps au bout du Système solaire. Les paramètres orbitaux du satellite ne laissaient plus de doute : Pluton n’était pas le monstre attendu. Sa masse s’était rétrécie à 1/500 de celle de la Terre.

Il n’est pourtant pas exclu que, dans un passé lointain, Pluton ait vraiment été ce corps massif pour lequel on l’avait pris. Selon un scénario toujours actuel - semblable à celui des origines de notre Lune - la collision avec un autre objet important l’aurait fait éclater, et plusieurs morceaux se seraient perdus dans l’espace. Seule Charon aurait réussi à s’accrocher et, saisie par la gravitation, elle se serait établie dans l’orbite de sa planète mère. Une autre théorie va même jusqu’à accorder à Pluton le statut d’un ancien satellite de Neptune expulsé un jour de son chemin. - Mais, quoiqu’il en soit, déjà à l’époque de sa découverte, ce ne fut pas la masse de la petite neuvième qui arrivait à perturber ses grosses voisines.

La controverse s'enflamma donc de nouveau. De plus en plus d'astronomes se mirent sérieusement à douter de l’identité de la trouvaille de l’observatoire de Flagstaff. Mais la véritable discussion n’éclata qu’en 1992. Cette fois-ci, les “coupables” s’appelaient David Jewitt et Jane X Luu, le fauteur de troubles fut baptisé 1992 QB1. Ce qui se cachait derrière ce nom peu excitant n’était rien de moindre que - le premier astéroïde trans-neptunien. Les deux astronomes avaient découvert la ceinture de petites planètes annoncée par un autre grand astronome, Gérard Pieter Kuiper, lui aussi décédé avant de pouvoir vivre son heure de gloire. Pluton n’était plus seul dans sa zone située entre 30 et 50 Unités astronomiques du Soleil.

Si Lowell avait encore vécu, il aurait pu être content. Bien que sa planète ne fût pas la géante espérée, une masse considérable occupait effectivement l’endroit indiqué dans ses calculs, composée par une quantité énorme d’objets célestes. Mais ces considérations n’aidaient pas à résoudre le problème du statut plutonien. Jusqu’à nos jours, il resta toujours le plus gros de tous ces petits corps qui, au cours des années suivant l’apparition de 1992 QB1, remplirent le ciel autour de lui. Sa taille le qualifie donc encore comme planète, sa position à l'intérieur de la ceinture de Kuiper, pourtant, en fait plutôt un astéroïde...

Et encore... parlons de sa masse. Il est vrai qu’elle soit dix fois plus importante que celle du fameux numéro un, Cérès, toujours la plus grande parmi ses semblables. Mais son diamètre qui s’approche à peine de celui de Triton, le premier satellite neptunien, reste largement en-dessous de celui de la Lune et n’atteint même pas la moitié de celui de Mercure, après Pluton la plus petite planète du Système solaire. - Cependant, est-ce vraiment la taille qui décide à quelle catégorie appartient un objet ?

Cela est effectivement une des questions que les astronomes ne cessèrent jamais de se poser. Car avant d’accorder à un corps céleste le titre d’une planète, il serait sans doute utile de tomber d’accord sur la signification de ce terme. C’est que, encore aujourd’hui, personne ne semble connaître les attributs précis d’une planète.

Faute de nouveaux éléments, la discussion se calma encore une fois au cours des années suivant la découverte de la ceinture de Kuiper. Mais si les partisans de l’idée de garder Pluton dans la famille des planètes avaient pensé que leurs adversaires auraient renoncé à leur opposition, ils se seraient trompés.- La prochaine occasion de revenir au sujet se présenta en 1998 lorsque, au Minor Planet Center à Cambridge, Massachusetts, on commença sérieusement à réfléchir sur le baptême de l’astéroïde numéro 10.000. Tous les membres de cet organisme responsable entre autre de la dénomination des petites planètes consentirent à ce que seul un objet extraordinaire mérite un chiffre si spécial. - Déjà, on avait dépassé les 9000, la question devenait donc urgente.

Lorsque Brian G. Marsden, le directeur du centre, prit la parole pour suggérer sa solution, il ne pouvait pas prévoir, quelle avalanche de protestations il allait déclencher. Il aurait désiré décerner le numéro 10.000 à Pluton, accorder les positions suivantes exclusivement à des habitants de la ceinture de Kuiper et attribuer de cette manière une sorte de "citoyenneté double” de planète et astéroïde à la découverte de Tombaugh. Son collègue Richard P. Binzel osa encore plus s’avancer. Lui proposa même la création d’un nouveau catalogue destiné uniquement aux représentants de la ceinture de Kuiper. Dans ce cas, Pluton n’aurait pas reçu le numéro 10.000, mais l’honorable dénomination “K/1”, et serait devenu ce que Binzel appelait le “roi” de sa région.

Le 2 mars 1999, le Minor Planet Center apaisa les esprits en attribuant le numéro 10.000 à un astéroïde peu remarquable, nommé 1951 SY. Avec cette décision, la polémique autour du statut de Pluton se calma une troisième fois. Mais tant que le problème de base ne sera pas résolu, elle éclatera toujours de nouveau...

Cependant, non seulement les défenseurs de l’une ou de l’autre position dans la “guerre” de la “citoyenneté” de Pluton se posent la question, de quelle manière une planète se distingue des autres corps célestes. Depuis 1988, lorsque David Latham, astronome à l’université de Harvard, avait découvert un objet susceptible d’appartenir à la catégorie des exoplanètes, la même discussion tourmente les chasseurs de ses objets si ardemment recherchés. Mais eux non plus ne réussirent toujours pas à se mettre d’accord. - Ce qui ne veut pas dire que les astronomes ne se sentiraient pas en mesure de trouver des définitions adéquates. Seulement, il semble difficile d’en trouver une susceptible de contenter tout le monde.

L’attribut le plus tangible paraît évidemment la taille. Plusieurs voix demandent de fixer la limite inférieure d’une planète à un minimum de 1.000 kilomètres de diamètre. Dans le cas de Pluton, avec son diamètre de quelque 2.200 kilomètres, et celui de l’actuel numéro un des astéroïdes les problèmes seraient ainsi résolus : la petite neuvième resterait planète, tandis que Cérès qui ne dispose que d’un diamètre de 933 kilomètres pourrait garder sa place à la tête de la liste des astéroïdes. Cette solution, trop subtile selon quelques scientifiques, ne convient pourtant pas à toutes les conceptions. Il est vrai que des corps comme Triton avec ses 2.750 kilomètres de diamètre ou notre Lune qui arrive même à 3.476 kilomètres seraient automatiquement inclus dans cette catégorie - et l’idée d’inscrire des satellites dans la liste des planètes perturberait encore plus les standards fixés depuis longtemps. Un autre argument contre l’idée des 1.000 kilomètres est la ceinture de Kuiper. Bien que tous ses occupants découverts jusqu’à ce jour soient plus petits que Pluton, les experts s’attendent à en trouver des plus gros. Ce qui, après reconnaissance de la limite de 1.000 kilomètres, signifierait une augmentation énorme du nombre des planètes dans le Système solaire et, par la suite, une perte de précision dans toute classification d’usage.

La limite supérieure d’une planète est déjà plus facile à déterminer. Toutes les théories consentent à ce qu’un objet de la catégorie de la Terre, de Mars ou de Jupiter ne puisse pas être assez massive pour que, dans son coeur, la fusion d’hydrogène s’allume. Longtemps, on fut persuadé qu’il devait y avoir une espèce de chaînon manquant entre les étoiles qui, plus ou moins tranquillement, brûlent leur carburant et les corps planétaires, incapables de produire cette sorte d’énergie stellaire appelée “thermonucléaire”. Depuis 1995, ce chaînon semble découvert : la première naine brune trouvée dans la constellation du Lièvre et appelée Gliese 229B est trop peu massive pour brûler de l’hydrogène. Sa faible luminosité provient d’un autre processus de fusion qui fournit beaucoup moins d’énergie, celle du deutérium, d’un élément fossile correspondant à de “l’hydrogène lourd” qui, probablement, fut conçu au moment du big bang. Entre-temps, on a pu constater que les naines brunes, ces objets "substellaires", disposent en général des masses entre 1,2 et 8 pour cent de la masse solaire, ce qui signifie qu’elles sont environ une million de fois moins lumineuses que notre astre du jour. Ou, autrement dit, pour rester une planète - avant de devenir naine brune - un objet a le droit de ramasser jusqu’à 12 à 80 fois (selon la théorie la plus suivie) la masse de notre Jupiter.

Pas de problème alors pour la limite supérieure. Mais, faute de définition éprouvée de la taille minimum, d’autres attributs sont nécessaires pour modeler le profil de la planète “type”. On peut, par exemple, partir du principe que chaque planète tourne autour d’un soleil, qu’elle dispose d’une atmosphère plus ou moins stable, qu’elle soit capable de retenir un satellite sur son orbite, et que sa silhouette témoigne d’une activité interne qui, à un moment donné de son histoire, façonna la surface du corps.

Sur la surface de Pluton nous possédons encore très peu d’informations. Mais il est très probable qu’elle soit marquée par une activité interne suffisamment forte. On sait aussi que Pluton ne manque pas non plus de saisons relativement prononcées. En ce qui concerne le compagnon, Charon fait très bien l’affaire. Et Pluton dispose sans doute d’une sorte d’atmosphère - composée surtout de gaz de nitrogène, d’azote, de méthane et d’oxyde de carbone - bien qu’elle soit assez tenue et disparaît sur la partie orbitale la plus éloignée du Soleil pour se transformer en couche de glace.

Toutefois, il y a toujours la fameuse querelle autour de la forme d’une orbite. Le mot clé s'appelle excentricité. C’est que des générations d’astronomes vivaient tranquillement dans la certitude qu’une planète digne de ce nom suit un chemin plus ou moins parfaitement circulaire. L’excentricité d’une orbite idéale serait donc 0, le cercle parfait. La plupart des planètes “classiques” de notre Système solaire tiennent sagement à cette règle : Vénus a une excentricité de 0,007, Neptune de 0,010, et presque aucune ne dépasse la 0,093 de notre voisine Mars. Sauf Mercure qui, avec son excentricité de 0,206, confirme sa position un peu spéciale à proximité du Soleil - ce qui, ensemble avec son manque de satellites, dérange fortement quelques astronomes qui la soupçonnent d’appartenir à une ceinture d’astéroïdes ressemblant à celle de Kuiper, c’est-à-dire de figurer elle aussi dans la catégorie des petites planètes. Et, évidemment, Pluton, dont l’excentricité de 0,248 indique clairement que sa route est loin de décrire le cercle classique. L’orbite de Pluton est si elliptique que la petite neuvième se tient parfois plus proche du Soleil que Neptune. Les deux itinéraires se croisent deux fois et seuls l’inclinaison extrême du plan orbital plutonien - elle diffère de 17 degrés de celle du Système solaire - et les vitesses orbitales distinctes assurent les deux voisins contre le risque d’une collision fatale. Nous trouvons ici un exemple parfait de se qu’on appelle la résonance orbitale : au cours des deux fois 248 années dont Pluton a besoin pour tourner deux fois autour du Soleil, Neptune termine trois orbites. Les deux n’ont donc aucune chance de se rencontrer aux points d’intersection de leurs orbites. Un de ces points vient d’ailleurs d’être croisé par Pluton - après une dizaine d’années à l’intérieur de l’orbite neptunienne, Pluton la quitta le 11 février 1999 pour poursuivre sa route vers l’aphélie. Ce jour-là, Neptune croisa à plus de 380 millions de kilomètre du point X.

Quant à la forme de son orbite, Pluton ne figure donc pas sur la liste des planètes idéales. Pourtant, la vérité de l’hypothèse d’une orbite circulaire fut mise en doute déjà avant 1995, lors de la découverte de la première candidate au titre de l’exoplanète, et la discussion n’est toujours pas close.

Un argument supplémentaire en faveur de l’appartenance de Pluton à la catégorie des planètes est sa forme sphérique. Selon Marc W. Buie, astronome à l’observatoire de Lowell, qui se déclare incapable de comprendre les doutes sur la nature de Pluton, et plusieurs de ses collègues, une telle silhouette ferait clairement partie des attributs typiques d'une planète. C’est qu’aucun corps dont la masse reste en dessous d’une certaine limite n’est capable de développer la force de marée nécessaire pour que ses particules soient “pressés” les uns sur les autres jusqu’à composer une sphère. Seuls les “grands” apparaitraient alors en sphère...