Dr. Nous lui avons demandé de nous aider à expliquer cette région inhabituelle de notre système solaire.
Peu de temps après la découverte de Pluton par Clyde Tombaugh le 18 février 1930, les astronomes ont commencé à théoriser que Pluton n'était pas seul dans le système solaire extérieur. Avec le temps, ils ont commencé à postuler l'existence d'autres objets dans la région, qu'ils découvriraient en 1992. En bref, l'existence de la ceinture de Kuiper - un grand champ de débris au bord du système solaire - a été théorisée avant qu'elle ne soit jamais découvert.
Définition:
La ceinture de Kuiper (également connue sous le nom de ceinture d'Edgeworth – Kuiper) est une région du système solaire qui existe au-delà des huit planètes principales, s'étendant de l'orbite de Neptune (à 30 UA) à environ 50 UA du Soleil. Elle est similaire à la ceinture d'astéroïdes, en ce qu'elle contient de nombreux petits corps, tous des vestiges de la formation du système solaire.
Mais contrairement à la ceinture d'astéroïdes, elle est beaucoup plus grande - 20 fois plus large et 20 à 200 fois plus massive. Comme l'explique Mike Brown:
La ceinture de Kuiper est une collection de corps en dehors de l'orbite de Neptune qui, si rien d'autre ne s'était produit, si Neptune ne s'était pas formé ou si les choses s'étaient un peu mieux améliorées, peut-être auraient-ils pu se rassembler et former la prochaine planète au-delà de Neptune. Mais au lieu de cela, dans l'histoire du système solaire, lorsque Neptune s'est formé, cela a empêché ces objets de se réunir, donc c'est juste cette ceinture de matière au-delà de Neptune.
Découverte et dénomination:
Peu de temps après la découverte de Pluton par Tombaugh, les astronomes ont commencé à réfléchir à l’existence d’une population trans-neptunienne d’objets dans le système solaire extérieur. Le premier à suggérer cela fut Freckrick C. Leonard, qui commença à suggérer l'existence de «corps ultra-neptuniens» au-delà de Pluton qui n'avaient tout simplement pas encore été découverts.
Cette même année, l'astronome Armin O. Leuschner a suggéré que Pluton "pourrait être l'un des nombreux objets planétaires à longue période qui restent à découvrir." En 1943, dans le Journal de la British Astronomical Association, Kenneth Edgeworth a exposé davantage sur le sujet. Selon Edgeworth, le matériau dans la nébuleuse solaire primordiale au-delà de Neptune était trop largement espacé pour se condenser en planètes, et donc plutôt condensé en une myriade de corps plus petits.
En 1951, dans un article pour la revue Astrophysique, que l'astronome néerlandais Gerard Kuiper a spéculé sur un disque similaire formé au début de l'évolution du système solaire. Parfois, l'un de ces objets se promenait dans le système solaire intérieur et devenait une comète. L'idée de cette «ceinture de Kuiper» avait du sens pour les astronomes. Non seulement cela a aidé à expliquer pourquoi il n'y avait pas de grandes planètes plus loin dans le système solaire, mais cela a également révélé le mystère de l'origine des comètes.
En 1980, dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society, l'astronome uruguayen Julio Fernández a émis l'hypothèse qu'une ceinture de comètes située entre 35 et 50 UA serait nécessaire pour tenir compte du nombre de comètes observé.
Suite au travail de Fernández, en 1988, une équipe canadienne d'astronomes (équipe de Martin Duncan, Tom Quinn et Scott Tremaine) a exécuté un certain nombre de simulations informatiques et a déterminé que le nuage d'Oort ne pouvait pas rendre compte de toutes les comètes de courte période. Avec une «ceinture», comme Fernández l'a décrite, ajoutée aux formulations, les simulations correspondent aux observations.
En 1987, l'astronome David Jewitt (alors au MIT) et l'étudiante diplômée Jane Luu ont commencé à utiliser les télescopes de l'Observatoire national de Kitt Peak en Arizona et de l'Observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili pour rechercher le système solaire extérieur. En 1988, Jewitt a rejoint l’Institut d’astronomie de l’Université d’Hawaï, et Luu l’a rejoint plus tard pour travailler à l’observatoire de l’Université Mauna Kea.
Après cinq ans de recherches, le 30 août 1992, Jewitt et Luu ont annoncé la «Découverte du candidat objet ceinture Kuiper» (15760) 1992 QB1. Six mois plus tard, ils ont découvert un deuxième objet dans la région, (181708) 1993 FW. Beaucoup, beaucoup d'autres suivraient…
Dans leur article de 1988, Tremaine et ses collègues ont qualifié la région hypothétique au-delà de Neptune de «ceinture de Kuiper», apparemment en raison du fait que Fernández a utilisé les mots «Kuiper» et «ceinture de comètes» dans la première phrase de son article. Bien que cela soit resté le nom officiel, les astronomes utilisent parfois le nom alternatif ceinture Edgeworth-Kuiper pour créditer Edgeworth pour ses travaux théoriques antérieurs.
Cependant, certains astronomes sont allés jusqu'à affirmer qu'aucun de ces noms n'est correct. Par exemple, Brian G. Marsden - astronome britannique et directeur de longue date du Minor Planet Center (MPC) du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - a affirmé que «ni Edgeworth ni Kuiper n'ont écrit à propos de quoi que ce soit à distance comme ce que nous voyons actuellement, mais Fred Whipple (l'astronome américain qui a émis l'hypothèse de la comète «sale boule de neige») l'a fait ».
En outre, David Jewitt a commenté: «Si quoi que ce soit… Fernández mérite presque le mérite d'avoir prédit la ceinture de Kuiper.» En raison de la controverse associée à son nom, le terme objet trans-neptunien (TNO) est recommandé pour les objets dans la ceinture par plusieurs groupes scientifiques. Cependant, cela est considéré comme insuffisant par d'autres, car cela peut signifier tout objet au-delà de l'orbite de Neptune, et pas seulement des objets dans la ceinture de Kuiper.
Composition:
Il y a eu plus d'un millier d'objets découverts dans la ceinture de Kuiper, et il est théorisé qu'il y a jusqu'à 100 000 objets de plus de 100 km de diamètre. Compte tenu de leur petite taille et de leur distance extrême de la Terre, la composition chimique des KBO est très difficile à déterminer.
Cependant, les études spectrographiques menées sur la région depuis sa découverte ont généralement indiqué que ses membres sont principalement composés de glaces: un mélange d'hydrocarbures légers (tels que le méthane), d'ammoniac et de glace d'eau - une composition qu'ils partagent avec les comètes. Les premières études ont également confirmé une large gamme de couleurs parmi les KBO, allant du gris neutre au rouge foncé.
Cela suggère que leurs surfaces sont composées d'une large gamme de composés, des glaces sales aux hydrocarbures. En 1996, Robert H. Brown et al. a obtenu des données spectroscopiques sur le KBO 1993 SC, révélant que sa composition de surface était nettement similaire à celle de Pluton, ainsi que de la lune Triton de Neptune, possédant de grandes quantités de glace de méthane.
De la glace d'eau a été détectée dans plusieurs KBO, y compris en 1996 TO66, 38628 Huya et 20000 Varuna. En 2004, Mike Brown et al. a déterminé l'existence de glace d'eau cristalline et d'hydrate d'ammoniac sur l'un des plus grands KBO connus, 50000 Quaoar. Ces deux substances auraient été détruites au cours de l'ère du système solaire, suggérant que Quaoar avait récemment été refait surface, soit par une activité tectonique interne soit par des impacts de météorites.
Garder la compagnie de Pluton dans la ceinture de Kuiper est de nombreux autres objets dignes de mention. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus et Eris sont tous de grands corps glacés dans la ceinture. Plusieurs d'entre eux ont même leurs propres lunes. Ce sont tous très loin, et pourtant, très à portée de main.
Exploration:
Le 19 janvier 2006, la NASA a lancé le Nouveaux horizons sonde spatiale pour étudier Pluton, ses lunes et un ou deux autres objets de la ceinture de Kuiper. À partir du 15 janvier 2015, le vaisseau spatial a commencé son approche de la planète naine et devrait effectuer un survol d'ici le 14 juillet 2015. Lorsqu'il atteindra la zone, les astronomes attendent également plusieurs photographies intéressantes de la ceinture de Kuiper.
Encore plus excitant est le fait que les enquêtes sur d'autres systèmes solaires indiquent que notre système solaire n'est pas unique. Depuis 2006, d'autres «ceintures de Kuiper» (c'est-à-dire des ceintures de débris glacés) ont été découvertes autour de neuf autres systèmes stellaires. Celles-ci semblent appartenir à deux catégories: les ceintures larges, avec des rayons de plus de 50 UA, et les ceintures étroites (comme notre propre ceinture de Kuiper) avec des rayons compris entre 20 et 30 UA et des limites relativement nettes.
Selon des enquêtes infrarouges, on estime que 15 à 20% des étoiles de type solaire auraient des structures massives de type ceinture de Kuiper. La plupart d'entre eux semblent être assez jeunes, mais deux systèmes stellaires - HD 139664 et HD 53143, qui ont été observés par le télescope spatial Hubble en 2006 - sont estimés à 300 millions d'années.
Vaste et inexplorée, la ceinture de Kuiper est à l'origine de nombreuses comètes, et serait le point d'origine de toutes les comètes périodiques ou à courte période (c'est-à-dire celles dont l'orbite dure 200 ans ou moins). La plus célèbre d'entre elles est la comète de Halley, qui est active depuis 16 000–200 000 ans.
L'avenir de la ceinture de Kuiper:
Lorsqu'il a initialement spéculé sur l'existence d'une ceinture d'objets au-delà de Neptune, Kuiper a indiqué qu'une telle ceinture n'existait probablement plus. Bien sûr, les découvertes ultérieures ont prouvé que c'était faux. Mais une chose sur laquelle Kuiper avait définitivement raison était l'idée que ces objets trans-neptuniens ne dureront pas éternellement. Comme l'explique Mike Brown:
Nous l'appelons une ceinture, mais c'est une ceinture très large. C'est quelque chose comme 45 degrés d'étendue à travers le ciel - cette grande bande de matériel qui vient d'être baratté et baratté par Neptune. Et de nos jours, au lieu de faire un corps de plus en plus gros, ils entrent en collision et se brisent lentement en poussière. Si nous revenons dans cent autres millions d'années, il ne restera plus de ceinture de Kuiper.
Compte tenu du potentiel de découverte et de ce que l'examen de près pourrait nous apprendre sur l'histoire précoce de notre système solaire, de nombreux scientifiques et astronomes attendent avec impatience le jour où nous pourrons examiner la ceinture de Kuiper plus en détail. En espérant que le Nouveaux horizons mission n'est que le début des décennies futures de recherche dans cette région mystérieuse!
Nous avons de nombreux articles intéressants ici à Space Magazine sur le sujet du système solaire externe et des objets trans-neptunion (TNO).
Et n'oubliez pas de consulter cet article sur la planète Eris, la dernière planète naine et le plus grand TNO à découvrir.
Et les astronomes s'attendent à découvrir deux autres planètes plus grandes dans notre système solaire.
Space Magazine a également une interview complète avec Mike Brown de Caltech.
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