Ch.IV. Centaures et Objects Transneptuniens

E.Jehin 2009

mv ~ 15.0 (13.7 périhélie) , Ø = 0.07-0.11"Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terreAlbedo = 0.49-0.66 (35% var., glace de méthane)σ ~ 2.0 g/cm3 (50-70% roches + 50%-30% glace)T ~ 45 KSurface : 98% N2 ice + CH4, CO icesFine atmosphère (ocultation) : N2, CH4, CO Rotation : 6 jours 9h1 gros satellite : Charon (1200 km) ~planète double (barycentre en dehors de Pluton), « tidal lock » + Nix and Hydra (2005) Ø ~ 80-90 km

Pluton et Charon

Clyde Tombaught

- 1846 : prédiction de la position d’une nouvelle planète sur base des perturbations de l’orbite d’Uranus (par Urbain Le Verrier) découverte de Neptune par J.G. Galle 5 jours + tard- Orbite d’Uranus encore perturbée par une autre planète X ? Recherches de 1906 à 1916 par Lowell, en 1915 (non reconnue) + 1929-1930 « blink comparator » (Tombaught, Flagstaff)

Meilleure image de Pluton (HST)

- Headlines : +1000 noms proposés:Minerva, Cronus , Pluto (Venitia Burney 11 ans)Pluto : dieu romain des enfers, PL (Percival Lowell) Disney, plutonium…

-1978 : découverte du gros satellite Charon masse de Pluton de 1 m (1931), 1/10 m (1948) à seulement 0.24% de la Terre Voyager (1989) Neptune : plus besoin planète X

- Origine : satellite de Neptune échappé ? Kuiper Belt Object (KBO) 1992 Orbite causée par la migration de Neptune vers KB(modèle de Nice) capture de Triton ~ 1000 objects comme Pluton à l’origine

q=29.3 ua Q=49.3 ua e=0.25 P=248 ans i=17°résonance 2:3 avec Neptune (~500 ans)

mv ~ 15.0 (13.7 périhélie) , Ø = 0.07-0.11"Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terreAlbedo = 0.49-0.66 (35% var., glace de méthane)σ ~ 2.0 g/cm3 (50-70% roches + 50%-30% glace)T ~ 45 KSurface : 98% N2 ice + CH4, CO icesFine atmosphère (ocultation) : N2, CH4, CO Rotation : 6 jours 9h1 gros satellite : Charon (1200 km) ~planète double (barycentre en dehors de Pluton), « tidal lock » + Nix and Hydra (2005) Ø ~ 80-90 km

Pluton et Charon

Corps différencié

1.N2 – 2. H2O – 3. rock

Spectre IR de Pluton : CH4 , N2, CO , H2O est aussi détectée

Triton, un TNO ?

Plus gros satellite de Neptune :KBO capturé ? ↔ Pluton

Ø = 2704 kmσ = 2.05 g/cm3 albédo = 0.7Zones bleutées : dépots de glacePeu de cratères, surface jeune < 50 106 ansSurface : glaces de N2 (~55%), H2O (~25%), CO2 (~25%) + 0.1% CH4 (rouge)Fine atmosphère de N2 geysers (cryovolcanisme N2 , CH4 liquide)Corps différencié : noyau roche/métal, manteau H2O(~liquide ? décroissance radioactive), croûte H2O etc.

Nouvelle classification

IAU XXVIth General Assembly24 août 2006

Pluton perd son statut de planète après 76 ans pour « être dégradée » au rang de planète Naine : (134340) Pluton

Classification : Pluton est une planète naine, un plutoïde, un plutino, un KBO, un TNO …

«  The definition stinks, for technical reasons. » Alan Stern

“ through this whole crazy circus-like procedure, somehow the right answer was stumbled on. It’s been a long time coming. Science is self-correcting eventually, even when strong emotions are involved.“

Mike Brown (découvreur de Eris)

Les centauresAstéroïdes glacés (mi-astéroïdes, mi-comètes), sur des orbites instables transitoires (temps de vie ~ < 107 ans éjection du système solaire) entre Jupiter et Neptune (q>5.2 ua et a<30 ua) et qui croisent ou ont traversé l’orbite d’une planète géante. Origine dans la ceinture de Kuiper.

- premier découvert 944 Hidalgo (1930), Chiron (1977) famille- 2060 Chiron, 60558 Echeclus, and 166P/NEAT pour q<5 ua : présence d’une coma transitoire classification comète et astéroïde

- Le plus gros Chariklo ~260 km (taille moyenne des astéroïdes de la CPA), noyau bien plus gros que les comètes- ~ 100 centaurs (Mars 2009) : http://www.cfa.harvard.edu/iau/lists/Centaurs.html

Deux groupes de « couleur » différente composition de surface : - space-weathering (ou activité cométaire)- différence de composition à l’origine?

centaures95P/Chiron

Instabilité orbite de Chiron

Phoebe (satellite de Saturne)

La découverte du premier TNO (1992) confirmation de la « ceinture de Kuiper »prédite par les modèles de formation du Syst. Sol., sources des comètes à courte période (JFC) KBO- comme la plupart des TNO il circule entre 40 et 50 ua famille des Cubewanos (« QB1’os »)- mv > 20.0 (télescopes > 2 m), large CCD format, « blink »- ~1300 TNO (mars 2009) … 70.000 de >100km entre 40-50 ua

TNO = Transneptunian ObjectKBO = Kuiper Belt Object

□ cometsΔ centaurs● plutinos 2:3● classical KBO (cubewanos+résonants) ● scattered-disk objects (SDO)

1992 QB1 découvert le 14 septembre 1992 par David Jewitt et Jane Luu (Hawaii) mag. 23.5 (1500x plus faible que Pluton) et à 41.2 ua Instantané du système solaire extérieur (4 mai 2009)

Les familles de TNO

Les objets sont classés en fonction de leur orbite en relation à celle de Neptune - Résonance orbitale 2:3 : plutinos (Pluton), résonance 1:2 : twotinos (1:1 : troyens) (mais aussi 4:5,3:4 etc.) : en rouge- Les objets non affectés par Neptune connus sont : - les cubewanos, les plus nombreux (plus de 680), non résonants en bleu orbites ~circulaires entre 42 et 47 ua forment avec les plutinos les « objets classiques » CKBO (« cold disk » excentricité < 0.1) - les objets épars (SDO), résidant au delà de la résonance 1:2 , sur des orbites très excentriques (e>0.5) et fortement inclinées jusqu’à des distances moyennes > 500 UA en gris, forment le scattered disk (« hot disk »)

distribution des transneptuniens connus (jusqu’à 70 ua)

Les familles de TNO

Excentricité (e) en fct du demi-grand axe (a)

« hot population»

« Cold population»

Les objets > 50 ua ont tous des excentricités élevées, on ne trouve pas d’objets sur orbite circulaire > 50 ua bord « net » de la ceinture de Kuiper bord du disque d’accrétion de la nébuleuse solaire ? Limite trop abrupte et pas assez de masse (0.2 m) dans un tel disque pour former des Pluton KB 100x plus massive dans le passé ?

Scénario de formation de la Ceinture de Kuiper

Ceintures de Kuiper

extrasolaires

Large > 50 ua narrow ~ 30-50 ua

- Les TNO se forment à partir d’un disque dense aux voisinage des planètes géantes- « la migration » des planètes perturbe fortement la distribution des TNO surtout à l’intérieur de l’orbite de NeptuneDiffusion dans toutes les directions, orbites fortement inclinées et d’excentricité élevée (« hot population »)+ formation du nuage de Oort (comètes) à 40-100 103 ua-Les TNO à l’extérieur de l’orbite de Neptune moins perturbés, ils sont repoussés et capturés dans les zones de résonances (« cold population »)- troncature du disque : fin de l’influence grav. de Neptune ou perturbation par le passage d’une étoile (~1000 ua)

Oort Cloud

Instantané du Système Solaire externe

● classical KBO cubewanos ● plutinos 2:3

Corps éjecté de la ceinture de Kuiper :

□ comètes JFCΔ centaures● scattered-disk objects (SDO)

Neptune

Uranus

TNOs remarquables

Plutinos (2:3)- Pluton (2300 km) et Charon + 2 satellites- Orcus (2004) ~900-1600 km, 1 satellite- Ixion ~ 600-1060 km

Cubewanos (CKBO)- (15760) 1992 QB1, qui a donné son nom à cubewano - Haumea (2003 EL61 , 2005), ~2000-2500 km, plutoïde remarquable pour ses 2 satellites, sa taille, sa rotation très rapide (3,9 h) et sa densité élevée (2,6-3,3 g/cm³) , plutoïde- Makemake (2005 FY9, 2005), ~1200-1800 km , plutoïde (planète naine)- Varuna (2001) ~ 1000 km- Quaoar (2002) ~ 1280 km, 1 satellite

Objets épars (SDO) Scatered disk Objects (> 1:2)- Éris (2003 UB313 , 2005), « déesse de la discorde » le plus grand transneptunien connu à ce jour (~2400 km), à ~100 ua (3x dpluton), « 10ème planète », 1 satellite (Dysnomia), plutoïde - Sedna (2004), ~1200-1700 km remarquable par son orbite très excentrique l’amenant à ~ 950 ua du Soleil, périhélie 76 ua (11486 ans) , très rouge toute une population plus lointaine ?- 2006 SQ372, l'astéroïde possédant la plus grande aphélie connue (~2000 ua)

Comparaison de taille, albédo et des couleurs des grands transneptuniens

Orcus en bleu, Pluton en rouge, Neptune en gris ; les positions datent d'avril 2006). Orcus approche son aphélie (en 2019) pendant que Pluton a déjà passé son périhélie et descend vers l’écliptique.

Eris et Dysnomia

Plutoïde = planète naine transneptunienne (24/08/06)

Composition des TNO (photométrie et albédo)

Grande diversité de couleur ! …

Histogramme du gradient de réflectivité spectrale (S’)Gradient – (ou +) : objet bleu (ou rouge) Soleil (=0)Pour S’ > 25% / 1000Å = ultrared matérial du gris rouge profond (objets les + rouges du Syst. Sol.)

Les variations de couleurs des KBO ↔ variations d’albedo comètes et troyens KBO et centaures sublimation des glaces à l’approche de Jupiter (centaures intermédiaires ?)Pluton et Hauméa (EL61) : surface de glace fraîche. Instabilité du matériel rouge ?

- diversité de la composition de surface ? Mais Pq ? (40K<T°<50K)- « resurfacing model » : compétition entre collisions et rayons cosmiques, mais les gros KBO devrait être plus bleusNoyaux de comètes moins rouges activité

… Et grande diversité des albédos !

Composition des TNO (spectroscopie)

(Eris)

• Les « Méthanoïdes »

(Makemake)

Les spectres IR de Pluton, Eris et Makemake (et Triton) sont semblables et dominés par la glace de méthane (CH4)

- CH4 pur solide en surface, objets très brillants

- CH4 se sublime très vite à T° KB très rapide pour les petits objects methanoides = gros objets ? Sources actives (geysers)

- origine du CH4 ? Low T° and P CO, CO2 . Solar nebula sous forme de clathrate (CH4 piégé dans une cage de cristaux H2O) ou chimie interne geysers

Composition des TNO (spectroscopie)

(Eris)

• Les « Méthanoïdes »

(Makemake)

Les spectres IR de Pluton, Eris et Makemake (et Triton) sont semblables et dominés par la glace de méthane (CH4)

- CH4 pur solide en surface, objets très brillants

- CH4 se sublime très vite à T° KB très rapide pour les petits objects methanoides = gros objets ? Sources actives (geysers)

- origine du CH4 ? Low T° and P CO, CO2 . Solar nebula sous forme de clathrate (CH4 piégé dans une cage de cristaux H2O) ou chimie interne geysers

• « Water worlds »

(Quaoar)

- glace de H2O détectée à la surface de bcp de TNO et centaures (+ Charon)- glace H2O stable (« bed rock »)- absorption à 1.5 et 2 μm signature H2O - 1.65 μm H2O à l’état cristallin T° ~ 100K (or T°~50K glace amorphe par irradiation ~< 107 ans !) pq cristallin ? cryovolcanisme, impacts de micrométéorites dégage la surface

(Haumea)

Tailles, albedo et couleurs des principaux KBO

Eris (2003 UB313) : Albédo de l’ordre de 0.6 à 0.86 . Diamètre de 2400-3000 km. Surface couverte de méthane pur (+ azote ?). Période orbitale: 560 ans ( i: 44°).

Makemake (2005 FY9) : Albédo d’environ 0.6. Diamètre de l’ordre de 1800 km. Surface couverte de méthane pur. Période orbitale: 307 ans (i: 29°).

Haumea (2003 EL61) : Albédo supérieur à 0.6. Diamètre de l’ordre de 2000 km. Surface couverte de glace d’eau cristalline. Forme allongée. Période orbitale: 285 ans (i: 28.2 °). Rotation: 4 heures.

Pluton: Albédo: de l’ordre de 0.6. Diamètre: ~2350 km. Surface couverte de méthane (pur et dilué dans l’azote), azote et CO solides.

Charon: Albédo de l’ordre de 0.4. Diamètre: ~1208 km. Surface couverte de glace d’eau cristalline.

Neptune