Lorsque l’Union astronomique internationale a annoncé en 2006 que Pluton était rétrogradée de son statut de neuvième planète du Soleil, de nombreux astronomes et non-experts ont été choqués.
Pluton reste cependant un objet d’étude important. Aujourd'hui, elle est considérée comme l'une des nombreuses planètes naines au-delà de Neptune, dans une région en forme de beignet composée principalement de débris glacés en orbite autour du Soleil, appelée ceinture de Kuiper. Ces périphéries du système solaire restent largement inexplorées. Ils ont été atteints pour la première fois par le vaisseau spatial New Horizons de l’agence spatiale américaine NASA ; il a volé près de Pluton en 2015, révélant des images spectaculaires de la surface et de l’atmosphère de la planète naine. Mais il y a encore beaucoup à apprendre.
C’est pourquoi mes collègues et moi de l’Université de Western Cape (UWC) en Afrique du Sud étions aux anges lorsque nous avons été invités à participer à une mission internationale financée par la Nasa. Nous sommes un groupe de physiciens nucléaires expérimentés dont les recherches révolutionnaires couvrent l'astronomie et les explosions stellaires.
Pluton a atteint son point le plus proche de notre Soleil en 1989. À mesure qu'elle s'éloigne du Soleil le long de son orbite de forme ovale longue de 248 ans, son atmosphère s'effondrera probablement et gèlera à sa surface au cours des prochaines années.
Il nous a été demandé d’observer un événement rare qui fournirait un aperçu de l’atmosphère de la planète naine et en particulier de ce probable scénario de gel. Cet événement est appelé occultation et se produit lorsqu’un objet céleste passe devant une étoile lointaine, bloquant ou atténuant temporairement la lumière de l’étoile. Cela permet à l’atmosphère de l’objet – juste pendant une seconde environ – d’agir comme une lentille qui amplifie la lumière des étoiles. Dans ce cas, l’occultation était l’occasion de capturer des informations sur l’atmosphère de Pluton, comme expliqué ci-dessous.
Nous avons utilisé un seul télescope newtonien de pointe de 0,5 mètre qui a été généreusement offert à l'UWC par l'Université de Virginie.
Lorsque les scientifiques tentent de capturer une occultation, ils peuvent utiliser un seul télescope qui suit l’ombre du passage de l’objet, ou jusqu’à 100 télescopes stratégiquement répartis pour cartographier la forme d’un objet et découvrir ou caractériser des satellites et des astéroïdes. Ces télescopes doivent être plus petits et plus mobiles que leurs équivalents plus statiques et plus grands utilisés pour d’autres recherches.
La mise en place du télescope et sa mise en service représentaient une opération majeure qui nécessitait des installations et une force humaine de pointe. Les étudiants et le personnel du département de physique et d'astronomie de l'UWC ont travaillé dur pour se préparer à l'observation, en apprenant le fonctionnement du télescope et les logiciels requis.
Certaines modifications étaient également nécessaires. Le télescope est arrivé de l'usine avec un GPS défectueux qui a été remplacé et un peu trop court pour nos besoins. Nous avons utilisé la technologie d’impression 3D dans le laboratoire de détection nucléaire africain moderne de l’université pour rectifier la longueur et faire correspondre le point focal du télescope.
Puis vint l’heure de l’événement principal.
Le 4 août 2024, mon collègue de l'UWC Siyambonga Matshawule, accompagné de deux de mes postdoctorants, Cebo Ngwetsheni et Craig Mehl, et de mon doctorant Elijah Akakpo, se sont rendus au point d'observation. Ils ont rejoint les professeurs Michael Skrutskie et Anne Verbiscer de l’Université de Virginie et de la Nasa, tous deux chercheurs principaux de l’occultation de Pluton et d’autres missions de la NASA telles que New Horizons.
Les membres de l'équipe attendent l'occultation. Auteur fourni (pas de réutilisation)Le point d’observation se trouvait dans une zone reculée de la province du Cap Nord en Afrique du Sud, à environ 40 km au nord de la ville d’Upington. C’était précisément le point central ou point mort de l’ombre de Pluton sur Terre, s’étendant sur 2 377 km de diamètre, traversant l’Afrique du Sud et la Namibie à 85 000 km/h. Étant donné que, dans le même temps, notre Terre se déplace également à une vitesse orbitale de 107 000 km/h, il était crucial de déterminer le bon timing et la bonne position pour notre télescope.
La température atteint 0°C et le ciel au-dessus de notre point de vue est partiellement nuageux. Mais les nuages se sont ouverts au bon moment et au bon endroit – et, même si l’occultation n’a duré que quelques secondes, cela a peut-être suffi pour obtenir des informations cruciales sur l’atmosphère de Pluton.
L'étoile faible, puis son éclipse. Auteur fourniLe problème était qu’une onde de vent soudaine et inattendue a brièvement secoué le télescope (et nos cœurs) pendant l’occultation. Nous effectuons un traitement supplémentaire pour supprimer le bruit résultant.
Pendant l’occultation, la lumière de l’étoile commence à s’atténuer à mesure qu’elle est absorbée par l’atmosphère de Pluton. Peu de temps après, un éclair central se produit juste au point mort de l’ombre de Pluton, là où l’atmosphère de Pluton agit comme une loupe et où l’étoile semble plus brillante qu’avant ou après l’occultation.
Après le flash central, l'étoile recommence à s'assombrir et finit par retrouver sa luminosité habituelle. C’est cet éclair central qui montre comment la lumière de l’étoile se réfracte à travers l’atmosphère de Pluton et fournit des informations cruciales sur sa température et sa composition chimique. Ces informations sont entrées dans les modèles atmosphériques qui nous indiquent si l'atmosphère se contracte finalement.
Il est encore trop tôt pour tirer des conclusions de notre observation sur l’atmosphère de Pluton, et il se pourrait bien que nous ne puissions rien voir de quantitatif dans les données lors de notre première tentative. Sinon, à la même époque l’année prochaine, nous aurons une autre opportunité. Et cette fois, nous serons bien préparés à des rafales de vent soudaines. Nous apporterons également des bouillottes. L'aventure est là-bas !
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