Ceinture de Kuiper - Kuiper belt

Objets connus dans la ceinture de Kuiper au-delà de l'orbite de Neptune. (Échelle en UA ; époque janvier 2015.)
  soleil
  chevaux de Troie Jupiter
  Planètes géantes :

  Centaures
  chevaux de Troie Neptune
  Ceinture de Kuiper résonnante
  Ceinture Kuiper classique
  Disque épars
Les distances mais pas les tailles sont à l'échelle
Source : Minor Planet Center , www .cfeps .net et autres

La ceinture de Kuiper ( / k p ər , k ʊ ɪ - / ) est un disque circumstellaire dans la partie extérieure du système solaire , étendant à partir de l' orbite de Neptune à 30 unités astronomiques (UA) à environ 50 UA du DIM. . Elle est similaire à la ceinture d'astéroïdes , mais elle est bien plus grande – 20 fois plus large et 20 à 200 fois plus massive . Comme la ceinture d'astéroïdes, elle se compose principalement de petits corps ou de vestiges datant de la formation du système solaire . Alors que de nombreux astéroïdes sont principalement composés de roches et de métaux, la plupart des objets de la ceinture de Kuiper sont composés en grande partie de composés volatils congelés (appelés "glaces"), tels que le méthane , l' ammoniac et l' eau . La ceinture de Kuiper abrite trois objets identifiés comme des planètes naines par l'IAU : Pluton , Haumea et Makemake . Une partie du système solaire de lunes , comme Neptune Triton et Saturn de Phoebe , peut - être son origine dans la région.

La ceinture de Kuiper a été nommée d'après l'astronome néerlandais Gerard Kuiper , bien qu'il n'ait pas prédit son existence. En 1992, la planète mineure (15760) Albion a été découverte, le premier objet de la ceinture de Kuiper (KBO) depuis Pluton et Charon . Depuis sa découverte, le nombre de KBO connus est passé à des milliers, et on pense qu'il existe plus de 100 000 KBO de plus de 100 km (62 mi) de diamètre. La ceinture de Kuiper était initialement considérée comme le principal dépôt des comètes périodiques , celles dont les orbites duraient moins de 200 ans. Des études depuis le milieu des années 1990 ont montré que la ceinture est dynamiquement stable et que le véritable lieu d'origine des comètes est le disque dispersé , une zone dynamiquement active créée par le mouvement vers l'extérieur de Neptune il y a 4,5 milliards d'années ; les objets disques dispersés tels qu'Eris ont des orbites extrêmement excentriques qui les emmènent jusqu'à 100 UA du Soleil.

La ceinture de Kuiper se distingue du nuage théorique d' Oort , qui est mille fois plus éloigné et est majoritairement sphérique. Les objets dans la ceinture de Kuiper, ainsi que les membres du disque dispersé et tout objet potentiel du nuage de Hills ou du nuage d'Oort, sont collectivement appelés objets transneptuniens (TNO). Pluton est le membre le plus grand et le plus massif de la ceinture de Kuiper, et le TNO le plus grand et le deuxième plus massif connu, dépassé seulement par Eris dans le disque dispersé. Considérée à l'origine comme une planète, le statut de Pluton dans le cadre de la ceinture de Kuiper l'a amenée à être reclassée comme planète naine en 2006. Sa composition est similaire à celle de nombreux autres objets de la ceinture de Kuiper et sa période orbitale est caractéristique d'une classe de KBO, connue comme " plutinos ", qui partagent la même résonance 2:3 avec Neptune.

La ceinture de Kuiper et Neptune peuvent être considérées comme un marqueur de l'étendue du système solaire, les alternatives étant l' héliopause et la distance à laquelle l'influence gravitationnelle du Soleil est égalée par celle d'autres étoiles (estimée entre50 000  UA et125 000  UA ).

Histoire

Pluton et Charon

Après la découverte de Pluton en 1930, beaucoup ont émis l'hypothèse que ce n'était peut-être pas le seul. La région maintenant appelée la ceinture de Kuiper a fait l'objet d'hypothèses sous diverses formes pendant des décennies. Ce n'est qu'en 1992 que la première preuve directe de son existence a été trouvée. Le nombre et la variété des spéculations antérieures sur la nature de la ceinture de Kuiper ont conduit à une incertitude continue quant à savoir qui mérite le mérite de l'avoir proposé en premier.

Hypothèses

Le premier astronome à suggérer l'existence d'une population transneptunienne était Frederick C. Leonard . Peu de temps après la découverte de Pluton par Clyde Tombaugh en 1930, Leonard s'est demandé s'il n'était « pas probable qu'en Pluton soit apparu le premier d'une série de corps ultra-neptuniens, dont les membres restants attendent toujours d'être découverts mais qui sont destinés à à détecter". La même année, l'astronome Armin O. Leuschner a suggéré que Pluton « pourrait être l'un des nombreux objets planétaires à longue période encore à découvrir ».

L'astronome Gerard Kuiper , qui a donné son nom à la ceinture de Kuiper

En 1943, dans le Journal of the British Astronomical Association , Kenneth Edgeworth a émis l'hypothèse que, dans la région au-delà de Neptune , la matière contenue dans la nébuleuse solaire primordiale était trop espacée pour se condenser en planètes, et donc plutôt condensée en une myriade de corps plus petits. De là, il conclut que « la région extérieure du système solaire, au-delà des orbites des planètes, est occupée par un très grand nombre de corps relativement petits » et que, de temps en temps, l'un d'entre eux « erre de son propre sphère et apparaît comme un visiteur occasionnel du système solaire interne", devenant une comète .

En 1951, dans un article paru dans Astrophysics: A Topical Symposium , Gerard Kuiper spécula sur un disque similaire s'étant formé au début de l'évolution du système solaire, mais il ne pensait pas qu'une telle ceinture existait encore aujourd'hui. Kuiper partait de l'hypothèse, courante à son époque, que Pluton avait la taille de la Terre et avait donc dispersé ces corps vers le nuage d'Oort ou hors du système solaire. Si l'hypothèse de Kuiper était correcte, il n'y aurait pas de ceinture de Kuiper aujourd'hui.

L'hypothèse a pris de nombreuses autres formes au cours des décennies suivantes. En 1962, le physicien Al GW Cameron a postulé l'existence d'"une énorme masse de petit matériau à la périphérie du système solaire". En 1964, Fred Whipple , qui a popularisé la célèbre hypothèse de la « boule de neige sale » pour la structure cométaire, a pensé qu'une « ceinture de comètes » pourrait être suffisamment massive pour provoquer les prétendues divergences dans l'orbite d' Uranus qui avaient déclenché la recherche de la planète X , ou , à tout le moins, suffisamment massive pour affecter les orbites des comètes connues. L'observation a écarté cette hypothèse.

En 1977, Charles Kowal découvrit 2060 Chiron , un planétoïde glacé avec une orbite entre Saturne et Uranus. Il a utilisé un comparateur à clignotement , le même appareil qui avait permis à Clyde Tombaugh de découvrir Pluton près de 50 ans auparavant. En 1992, un autre objet, 5145 Pholus , a été découvert sur une orbite similaire. Aujourd'hui, une population entière de corps ressemblant à des comètes, appelée les centaures , est connue pour exister dans la région entre Jupiter et Neptune. Les orbites des centaures sont instables et ont des durées de vie dynamiques de quelques millions d'années. Depuis la découverte de Chiron en 1977, les astronomes ont émis l'hypothèse que les centaures devaient donc être fréquemment reconstitués par un réservoir extérieur.

D'autres preuves de l'existence de la ceinture de Kuiper ont émergé plus tard de l'étude des comètes. On sait depuis un certain temps que les comètes ont une durée de vie finie. À mesure qu'ils s'approchent du Soleil, sa chaleur fait que leurs surfaces volatiles se subliment dans l'espace, les dispersant progressivement. Pour que les comètes continuent d'être visibles au cours de l'âge du système solaire, elles doivent être reconstituées fréquemment. Une proposition pour une telle zone de reconstitution est le nuage d'Oort , peut-être un essaim sphérique de comètes s'étendant au-delà de 50 000 UA du Soleil, selon l'hypothèse initiale de l'astronome néerlandais Jan Oort en 1950. Le nuage d'Oort est considéré comme le point d'origine de long- les comètes de période , qui sont celles, comme Hale-Bopp , avec des orbites durant des milliers d'années.

Il existe une autre population de comètes, appelées comètes à courte période ou périodiques , composée de comètes qui, comme la comète de Halley , ont des périodes orbitales de moins de 200 ans. Dans les années 1970, la vitesse à laquelle les comètes à courte période étaient découvertes devenait de plus en plus incompatible avec leur émergence uniquement du nuage d'Oort. Pour qu'un objet du nuage d'Oort devienne une comète à courte période, il devrait d'abord être capturé par les planètes géantes. Dans un article publié dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en 1980, l'astronome uruguayen Julio Fernández a déclaré que pour chaque comète à courte période envoyée dans le système solaire interne depuis le nuage d'Oort, 600 devraient être éjectées dans l' espace interstellaire . Il a émis l'hypothèse qu'une ceinture de comètes entre 35 et 50 UA serait nécessaire pour tenir compte du nombre de comètes observé. Faisant suite aux travaux de Fernández, en 1988, l'équipe canadienne de Martin Duncan, Tom Quinn et Scott Tremaine a effectué un certain nombre de simulations informatiques pour déterminer si toutes les comètes observées pouvaient provenir du nuage d'Oort. Ils ont découvert que le nuage d'Oort ne pouvait pas expliquer toutes les comètes à courte période, d'autant plus que les comètes à courte période sont regroupées près du plan du système solaire, alors que les comètes du nuage d'Oort ont tendance à arriver de n'importe quel point du ciel. Avec une "ceinture", comme l'a décrite Fernández, ajoutée aux formulations, les simulations correspondaient aux observations. Censément parce que les mots « Kuiper » et « ceinture de comètes » sont apparus dans la phrase d'ouverture de l'article de Fernández, Tremaine a nommé cette région hypothétique la « ceinture de Kuiper ».

Découverte

Le réseau de télescopes au sommet du Mauna Kea , avec lequel la ceinture de Kuiper a été découverte

En 1987, l'astronome David Jewitt , alors au MIT , est devenu de plus en plus intrigué par « le vide apparent du système solaire extérieur ». Il a encouragé Jane Luu, étudiante alors diplômée, à l'aider dans ses efforts pour localiser un autre objet au-delà de l'orbite de Pluton , car, comme il le lui a dit, "Si nous ne le faisons pas, personne ne le fera". À l'aide de télescopes à l' observatoire national de Kitt Peak en Arizona et à l' observatoire interaméricain de Cerro Tololo au Chili, Jewitt et Luu ont mené leurs recherches de la même manière que Clyde Tombaugh et Charles Kowal, avec un comparateur clignotant . Initialement, l'examen de chaque paire de plaques prenait environ huit heures, mais le processus s'est accéléré avec l'arrivée des dispositifs électroniques à couplage de charge ou CCD, qui, bien que leur champ de vision soit plus étroit, n'étaient pas seulement plus efficaces pour capter la lumière ( ils retenaient 90% de la lumière qui les frappait, plutôt que les 10% obtenus par les photographies) mais permettaient de faire le processus de clignotement virtuellement, sur un écran d'ordinateur. Aujourd'hui, les CCD constituent la base de la plupart des détecteurs astronomiques. En 1988, Jewitt a déménagé à l'Institut d'astronomie de l' Université d'Hawaï . Luu l'a ensuite rejoint pour travailler au télescope de 2,24 m de l'Université d'Hawaï à Mauna Kea . Finalement, le champ de vision des CCD est passé à 1024 par 1024 pixels, ce qui a permis d'effectuer des recherches beaucoup plus rapidement. Enfin, après cinq ans de recherche, Jewitt et Luu ont annoncé le 30 août 1992 la "Découverte de l'objet candidat ceinture de Kuiper 1992 QB 1 ". Cet objet sera plus tard nommé 15760 Albion. Six mois plus tard, ils ont découvert un deuxième objet dans la région, (181708) 1993 FW . En 2018, plus de 2000 objets de la ceinture de Kuiper avaient été découverts.

Plus d'un millier de corps ont été retrouvés dans une ceinture au cours des vingt années (1992-2012), après avoir trouvé 1992 QB 1 (nommé en 2018, 15760 Albion), montrant une vaste ceinture de corps plus que Pluton et Albion. Dans les années 2010, l'étendue et la nature complètes des corps de la ceinture de Kuiper sont en grande partie inconnues. Enfin, à la fin des années 2010, deux KBO ont été survolés de près par un vaisseau spatial sans pilote, fournissant des observations beaucoup plus proches du système plutonien et d'un autre KBO.

Des études menées depuis la première cartographie de la région transneptunienne ont montré que la région maintenant appelée ceinture de Kuiper n'est pas le point d'origine des comètes à courte période, mais qu'elles dérivent plutôt d'une population liée appelée le disque dispersé . Le disque dispersé a été créé lorsque Neptune a migré vers l'extérieur dans la ceinture proto-Kuiper, qui à l'époque était beaucoup plus proche du Soleil, et a laissé dans son sillage une population d'objets dynamiquement stables qui ne pourraient jamais être affectés par son orbite (la ceinture de Kuiper proprement dit), et une population dont les périhélies sont suffisamment proches pour que Neptune puisse encore les perturber lorsqu'elle se déplace autour du Soleil (le disque dispersé). Parce que le disque dispersé est dynamiquement actif et que la ceinture de Kuiper est relativement stable dynamiquement, le disque dispersé est maintenant considéré comme le point d'origine le plus probable pour les comètes périodiques.

Nom

Les astronomes utilisent parfois le nom alternatif de ceinture Edgeworth-Kuiper pour créditer Edgeworth, et les KBO sont parfois appelés EKO. Brian G. Marsden affirme que ni l'un ni l'autre ne mérite un vrai crédit : « Ni Edgeworth ni Kuiper n'ont écrit à propos de quoi que ce soit de semblable à ce que nous voyons maintenant, mais Fred Whipple l'a fait ». David Jewitt commente : « Si quoi que ce soit... Fernández mérite presque le mérite d'avoir prédit la ceinture de Kuiper.

Les KBO sont parfois appelés « kuiperoids », un nom suggéré par Clyde Tombaugh . Le terme " objet transneptunien " (TNO) est recommandé pour les objets de la ceinture par plusieurs groupes scientifiques car le terme est moins controversé que tous les autres - ce n'est cependant pas un synonyme exact , car les TNO incluent tous les objets en orbite autour du Soleil au-delà du l'orbite de Neptune , pas seulement ceux de la ceinture de Kuiper.

Structure

Dans toute son étendue (mais à l'exclusion du disque dispersé), y compris ses régions périphériques, la ceinture de Kuiper s'étend d'environ 30 à 55 UA. Il est généralement admis que le corps principal de la ceinture s'étend de la résonance de mouvement moyen 2:3 ( voir ci-dessous ) à 39,5 UA à la résonance 1:2 à environ 48 UA. La ceinture de Kuiper est assez épaisse, la concentration principale s'étendant jusqu'à dix degrés en dehors du plan de l' écliptique et une distribution plus diffuse d'objets s'étendant plusieurs fois plus loin. Dans l'ensemble, cela ressemble plus à un tore ou à un beignet qu'à une ceinture. Sa position moyenne est inclinée par rapport à l'écliptique de 1,86 degrés.

La présence de Neptune a un effet profond sur la structure de la ceinture de Kuiper en raison des résonances orbitales . Sur une échelle de temps comparable à l'âge du système solaire, la gravité de Neptune déstabilise les orbites de tous les objets qui se trouvent dans certaines régions et les envoie soit dans le système solaire interne, soit dans le disque dispersé ou l'espace interstellaire. Cela fait que la ceinture de Kuiper présente des lacunes prononcées dans sa configuration actuelle, similaires aux lacunes de Kirkwood dans la ceinture d'astéroïdes . Dans la région entre 40 et 42 UA, par exemple, aucun objet ne peut conserver une orbite stable pendant de telles périodes, et tout ce qui est observé dans cette région doit y avoir migré relativement récemment.

Les différentes classes dynamiques d'objets transneptuniens.

Ceinture classique

Entre les résonances 2:3 et 1:2 avec Neptune, à environ 42-48 UA, les interactions gravitationnelles avec Neptune se produisent sur une longue échelle de temps, et les objets peuvent exister avec leurs orbites essentiellement inchangées. Cette région est connue sous le nom de ceinture de Kuiper classique et ses membres représentent environ les deux tiers des KBO observés à ce jour. Parce que le premier KBO moderne découvert ( Albion , mais longtemps appelé (15760) 1992 QB 1 ), est considéré comme le prototype de ce groupe, les KBO classiques sont souvent appelés cubewanos ("QB-1-os"). Les directives établies par l' IAU exigent que les KBO classiques reçoivent des noms d'êtres mythologiques associés à la création.

La ceinture de Kuiper classique semble être un composite de deux populations distinctes. La première, connue sous le nom de population « dynamiquement froide », a des orbites très semblables à celles des planètes ; presque circulaire, avec une excentricité orbitale inférieure à 0,1 et avec des inclinaisons relativement faibles jusqu'à environ 10° (elles se situent près du plan du système solaire plutôt qu'à un angle). La population froide contient également une concentration d'objets, appelée noyau, avec des axes semi-grands à 44-44,5 UA. La seconde, la population "dynamiquement chaude", a des orbites beaucoup plus inclinées vers l'écliptique, jusqu'à 30°. Les deux populations ont été nommées de cette façon non pas à cause d'une différence majeure de température, mais par analogie avec les particules dans un gaz, qui augmentent leur vitesse relative à mesure qu'elles s'échauffent. Non seulement les deux populations sont sur des orbites différentes, mais la population froide diffère également par la couleur et l' albédo , étant plus rouge et plus lumineux, a une plus grande fraction d'objets binaires, a une distribution de taille différente et manque d'objets très volumineux. La masse de la population dynamiquement froide est environ 30 fois inférieure à la masse de la population chaude. La différence de couleurs peut être le reflet de compositions différentes, ce qui suggère qu'elles se sont formées dans différentes régions. La population chaude se serait formée près de l'orbite d'origine de Neptune et aurait été dispersée lors de la migration des planètes géantes. La population froide, en revanche, a été proposée comme s'étant formée plus ou moins dans sa position actuelle, car les binaires lâches auraient peu de chances de survivre aux rencontres avec Neptune. Bien que le modèle de Nice semble être capable d'expliquer au moins partiellement une différence de composition, il a également été suggéré que la différence de couleur peut refléter des différences dans l'évolution de la surface.

Résonances

Répartition des cubewanos (bleu), des objets transneptuniens résonants (rouge), des sednoïdes (jaune) et des objets dispersés (gris)
Classification des orbites (schéma des demi-grands axes )

Lorsque la période orbitale d'un objet est un rapport exact de celle de Neptune (une situation appelée résonance de mouvement moyen ), il peut alors se verrouiller dans un mouvement synchronisé avec Neptune et éviter d'être perturbé si leurs alignements relatifs sont appropriés. Si, par exemple, un objet orbite autour du Soleil deux fois toutes les trois orbites de Neptune, et s'il atteint le périhélie avec Neptune à un quart d'orbite de lui, alors chaque fois qu'il revient au périhélie, Neptune sera toujours à peu près dans la même position relative comme il a commencé, car il aura terminé 1+12 orbites en même temps. Ceci est connu sous le nom de résonance 2:3 (ou 3:2) et correspond à un demi-grand axe caractéristiqued'environ 39,4 UA. Cette résonance 2:3 est peuplée d'environ 200 objets connus, dont Pluton et ses lunes . En reconnaissance de cela, les membres de cette famille sont connus sous le nom de plutinos . De nombreux plutinos, y compris Pluton, ont des orbites qui croisent celle de Neptune, bien que leur résonance signifie qu'ils ne peuvent jamais entrer en collision. Les plutinos ont des excentricités orbitales élevées, ce qui suggère qu'ils ne sont pas originaires de leurs positions actuelles mais ont plutôt été jetés au hasard dans leurs orbites par la migration de Neptune. Les directives de l'AIU dictent que tous les plutinos doivent, comme Pluton, porter le nom de divinités du monde souterrain. La résonance 1:2 (dont les objets complètent une demi-orbite pour chacun de Neptune) correspond à des axes semi-grands d'environ 47,7 UA et est peu peuplée. Ses habitants sont parfois appelés twotinos . D'autres résonances existent également à 3:4, 3:5, 4:7 et 2:5. Neptune possède un certain nombre d' objets troyens , qui occupent ses points de Lagrange , des régions gravitationnellement stables le menant et le suivant dans son orbite. Les chevaux de Troie Neptune sont en résonance de mouvement moyen 1:1 avec Neptune et ont souvent des orbites très stables.

De plus, il y a une absence relative d'objets avec des demi-grands axes inférieurs à 39 UA qui ne peuvent apparemment pas être expliqués par les résonances actuelles. L'hypothèse actuellement acceptée pour la cause de cela est qu'au fur et à mesure que Neptune a migré vers l'extérieur, des résonances orbitales instables se sont déplacées progressivement à travers cette région, et donc tous les objets à l'intérieur ont été balayés ou éjectés par gravitation.

Falaise de Kuiper

Histogramme des demi-grands axes des objets de la ceinture de Kuiper avec des inclinaisons supérieures et inférieures à 5 degrés. Les pointes des plutinos et du "noyau" sont visibles à 39-40 UA et 44 UA.

La résonance 1:2 à 47,8 UA semble être un bord au-delà duquel peu d'objets sont connus. Il n'est pas clair s'il s'agit en fait du bord extérieur de la ceinture classique ou simplement du début d'un large écart. Des objets ont été détectés à la résonance 2:5 à environ 55 UA, bien en dehors de la ceinture classique ; les prédictions d'un grand nombre de corps dans des orbites classiques entre ces résonances n'ont pas été vérifiées par l'observation.

Sur la base des estimations de la masse primordiale requise pour former Uranus et Neptune, ainsi que des corps aussi grands que Pluton (voir § Distribution de la masse et de la taille ) , des modèles antérieurs de la ceinture de Kuiper avaient suggéré que le nombre de grands objets augmenterait d'un facteur de deux au-delà de 50 UA, donc cette chute drastique soudaine, connue sous le nom de falaise de Kuiper , était inattendue, et à ce jour sa cause est inconnue. Bernstein, Trilling et al. (2003) ont trouvé des preuves que le déclin rapide des objets de 100 km ou plus de rayon au-delà de 50 UA est réel et non dû à un biais d'observation . Les explications possibles incluent que le matériel à cette distance était trop rare ou trop dispersé pour s'accumuler en gros objets, ou que les processus ultérieurs ont supprimé ou détruit ceux qui l'ont fait. Patryk Lykawka de l' Université de Kobe a affirmé que l'attraction gravitationnelle d'un grand objet planétaire invisible , peut-être de la taille de la Terre ou de Mars , pourrait être responsable.

Origine

Simulation montrant les planètes extérieures et la ceinture de Kuiper : (a) avant la résonance Jupiter/Saturne 1:2, (b) la diffusion des objets de la ceinture de Kuiper dans le système solaire après le déplacement orbital de Neptune, (c) après l'éjection des corps de la ceinture de Kuiper par Jupiter
La ceinture de Kuiper (verte), en périphérie du système solaire

Les origines précises de la ceinture de Kuiper et de sa structure complexe ne sont toujours pas claires, et les astronomes attendent l'achèvement de plusieurs télescopes à grand champ tels que Pan-STARRS et le futur LSST , qui devraient révéler de nombreux KBO actuellement inconnus. Ces enquêtes fourniront des données qui aideront à déterminer les réponses à ces questions.

On pense que la ceinture de Kuiper se compose de planétésimaux , des fragments du disque protoplanétaire original autour du Soleil qui n'ont pas réussi à se fondre complètement en planètes et se sont plutôt formés en corps plus petits, le plus grand ayant moins de 3 000 kilomètres (1 900 mi) de diamètre. Des études des décomptes de cratères sur Pluton et Charon ont révélé une rareté de petits cratères suggérant que de tels objets se sont formés directement comme des objets de taille de l'ordre de dizaines de kilomètres de diamètre plutôt que d'être accrétés à partir de corps beaucoup plus petits, à une échelle d'environ un kilomètre. Les mécanismes hypothétiques pour la formation de ces corps plus grands incluent l'effondrement gravitationnel de nuages ​​de cailloux concentrés entre les tourbillons dans un disque protoplanétaire turbulent ou dans des instabilités de flux . Ces nuages ​​qui s'effondrent peuvent se fragmenter, formant des binaires.

Les simulations informatiques modernes montrent que la ceinture de Kuiper a été fortement influencée par Jupiter et Neptune , et suggèrent également que ni Uranus ni Neptune n'auraient pu se former dans leurs positions actuelles, car trop peu de matière primordiale existait à cette distance pour produire des objets d'une masse aussi élevée. Au lieu de cela, on estime que ces planètes se sont formées plus près de Jupiter. La diffusion des planétésimaux au début de l'histoire du système solaire aurait conduit à la migration des orbites des planètes géantes : Saturne , Uranus et Neptune ont dérivé vers l'extérieur, tandis que Jupiter a dérivé vers l'intérieur. Finalement, les orbites se sont déplacées au point où Jupiter et Saturne ont atteint une résonance exacte de 1:2; Jupiter a tourné deux fois autour du Soleil pour chaque orbite de Saturne. Les répercussions gravitationnelles d'une telle résonance ont finalement déstabilisé les orbites d'Uranus et de Neptune, les faisant se disperser vers l'extérieur sur des orbites à haute excentricité qui ont traversé le disque planétésimal primordial.

Alors que l'orbite de Neptune était très excentrique, ses résonances de mouvement moyen se chevauchaient et les orbites des planétésimaux évoluaient de manière chaotique, permettant aux planétésimaux d'errer vers l'extérieur jusqu'à la résonance 1:2 de Neptune pour former une ceinture dynamiquement froide d'objets à faible inclinaison. Plus tard, après que son excentricité ait diminué, l'orbite de Neptune s'est élargie vers sa position actuelle. De nombreux planétésimaux ont été capturés et restent en résonance pendant cette migration, d'autres ont évolué vers des orbites à plus forte inclinaison et à plus faible excentricité et se sont échappés des résonances sur des orbites stables. Beaucoup plus de planétésimaux ont été dispersés vers l'intérieur, de petites fractions étant capturées comme des chevaux de Troie de Jupiter, comme des satellites irréguliers en orbite autour des planètes géantes et comme des astéroïdes de la ceinture extérieure. Le reste a été à nouveau dispersé vers l'extérieur par Jupiter et dans la plupart des cas éjecté du système solaire, réduisant la population primordiale de la ceinture de Kuiper de 99% ou plus.

La version originale du modèle actuellement le plus populaire, le « modèle de Nice », reproduit de nombreuses caractéristiques de la ceinture de Kuiper telles que les populations « froides » et « chaudes », les objets résonants et un disque dispersé, mais elle ne parvient toujours pas à rendre compte de certaines des caractéristiques de leurs distributions. Le modèle prédit une excentricité moyenne plus élevée dans les orbites KBO classiques que ce qui est observé (0,10-0,13 contre 0,07) et sa distribution d'inclinaison prédite contient trop peu d'objets à forte inclinaison. De plus, la fréquence des objets binaires dans la ceinture froide, dont beaucoup sont éloignés les uns des autres et faiblement liés, pose également un problème pour le modèle. Ceux-ci auraient été séparés lors des rencontres avec Neptune, ce qui a conduit certains à proposer que le disque froid s'est formé à son emplacement actuel, représentant la seule population vraiment locale de petits corps dans le système solaire.

Une modification récente du modèle de Nice fait commencer le système solaire par cinq planètes géantes, dont une géante de glace supplémentaire , dans une chaîne de résonances à mouvement moyen. Environ 400 millions d'années après la formation du système solaire, la chaîne de résonance est rompue. Au lieu d'être dispersées dans le disque, les géantes de glace migrent d'abord vers l'extérieur de plusieurs UA. Cette migration divergente conduit finalement à un croisement de résonance, déstabilisant les orbites des planètes. Le géant de glace supplémentaire rencontre Saturne et est dispersé vers l'intérieur sur une orbite croisant Jupiter et après une série de rencontres est éjecté du système solaire. Les planètes restantes continuent ensuite leur migration jusqu'à ce que le disque planétésimal soit presque épuisé avec de petites fractions restantes à divers endroits.

Comme dans le modèle original de Nice, les objets sont capturés en résonance avec Neptune lors de sa migration vers l'extérieur. Certains restent dans les résonances, d'autres évoluent sur des orbites à plus forte inclinaison et à plus faible excentricité, et sont libérés sur des orbites stables formant la ceinture classique dynamiquement chaude. La distribution d'inclinaison de la ceinture chaude peut être reproduite si Neptune a migré de 24 UA à 30 UA sur une échelle de temps de 30 Myr. Lorsque Neptune migre vers 28 UA, il fait une rencontre gravitationnelle avec le géant de glace supplémentaire. Les objets capturés de la ceinture froide dans la résonance de mouvement moyen 1:2 avec Neptune sont laissés en concentration locale à 44 UA lorsque cette rencontre fait sauter le demi-grand axe de Neptune vers l'extérieur. Les objets déposés dans la ceinture froide comprennent des binaires « bleus » lâchement liés provenant de plus près que l'emplacement actuel de la ceinture froide. Si l'excentricité de Neptune reste faible lors de cette rencontre, l'évolution chaotique des orbites du modèle niçois originel est évitée et une ceinture froide primordiale est préservée. Dans les phases ultérieures de la migration de Neptune, un lent balayage des résonances de mouvement moyen supprime les objets à excentricité plus élevée de la ceinture froide, tronquant sa distribution d'excentricité.

Composition

Les spectres infrarouges d'Eris et de Pluton, mettant en évidence leurs raies d'absorption du méthane communes

Étant éloignés du Soleil et des principales planètes, on pense que les objets de la ceinture de Kuiper sont relativement peu affectés par les processus qui ont façonné et modifié d'autres objets du système solaire ; ainsi, déterminer leur composition fournirait des informations substantielles sur la composition du premier système solaire. En raison de leur petite taille et de leur extrême distance de la Terre, la composition chimique des KBO est très difficile à déterminer. La principale méthode par laquelle les astronomes déterminent la composition d'un objet céleste est la spectroscopie . Lorsque la lumière d'un objet est divisée en ses couleurs composantes, une image semblable à un arc-en-ciel est formée. Cette image s'appelle un spectre . Différentes substances absorbent la lumière à différentes longueurs d'onde, et lorsque le spectre d'un objet spécifique est démêlé, des lignes sombres (appelées lignes d'absorption ) apparaissent là où les substances qu'il contient ont absorbé cette longueur d'onde de lumière particulière. Chaque élément ou composé a sa propre signature spectroscopique unique, et en lisant l'« empreinte digitale » spectrale complète d'un objet, les astronomes peuvent déterminer sa composition.

L'analyse indique que les objets de la ceinture de Kuiper sont composés d'un mélange de roche et d'une variété de glaces telles que l'eau, le méthane et l' ammoniac . La température de la ceinture n'étant que d'environ 50 K , de nombreux composés qui seraient gazeux plus près du Soleil restent solides. Les densités et les fractions roche–glace ne sont connues que pour un petit nombre d'objets dont les diamètres et les masses ont été déterminés. Le diamètre peut être déterminé par imagerie avec un télescope à haute résolution tel que le télescope spatial Hubble , par le minutage d'une occultation lorsqu'un objet passe devant une étoile ou, le plus souvent, en utilisant l' albédo d'un objet calculé à partir de son émissions infrarouges. Les masses sont déterminées à partir des demi-grands axes et périodes des satellites, qui ne sont donc connus que pour quelques objets binaires. Les densités vont de moins de 0,4 à 2,6 g/cm 3 . On pense que les objets les moins denses sont en grande partie composés de glace et ont une porosité importante. Les objets les plus denses sont probablement composés de roche avec une fine croûte de glace. Il existe une tendance à de faibles densités pour les petits objets et à des densités élevées pour les plus gros objets. Une explication possible de cette tendance est que la glace a été perdue des couches de surface lorsque des objets différenciés sont entrés en collision pour former les plus gros objets.

Vue d' artiste de plutino et possible ancien astéroïde de type C (120216) 2004 EW 95

Initialement, une analyse détaillée des KBO était impossible, et les astronomes n'ont donc pu déterminer que les faits les plus élémentaires sur leur composition, principalement leur couleur. Ces premières données ont montré une large gamme de couleurs parmi les KBO, allant du gris neutre au rouge foncé. Cela suggérait que leurs surfaces étaient composées d'un large éventail de composés, des glaces sales aux hydrocarbures . Cette diversité était surprenante, car les astronomes s'attendaient à ce que les KBO soient uniformément sombres, ayant perdu la plupart des glaces volatiles de leurs surfaces sous l'effet des rayons cosmiques . Diverses solutions ont été suggérées pour cet écart, dont le resurfaçage par impacts ou le dégazage . L'analyse spectrale de Jewitt et Luu des objets connus de la ceinture de Kuiper en 2001 a révélé que la variation de couleur était trop extrême pour être facilement expliquée par des impacts aléatoires. On pense que le rayonnement du Soleil a modifié chimiquement le méthane à la surface des KBO, produisant des produits tels que les tholins . Il a été démontré que Makemake possède un certain nombre d'hydrocarbures dérivés du traitement par rayonnement du méthane, notamment l' éthane , l' éthylène et l' acétylène .

Bien qu'à ce jour, la plupart des KBO semblent toujours dépourvus de caractéristiques spectrales en raison de leur faiblesse, il y a eu un certain nombre de succès dans la détermination de leur composition. En 1996, Robert H. Brown et al. acquis des données spectroscopiques sur le KBO 1993 SC, qui ont révélé que sa composition de surface est nettement similaire à celle de Pluton , ainsi que la lune de Neptune Triton , avec de grandes quantités de glace de méthane. Pour les objets plus petits, seules les couleurs et dans certains cas les albédos ont été déterminés. Ces objets se divisent en grande partie en deux classes : gris avec un faible albédos, ou très rouge avec un albédos plus élevé. La différence de couleurs et d'albédos est supposée être due à la rétention ou à la perte de sulfure d'hydrogène (H 2 S) à la surface de ces objets, les surfaces de ceux qui se sont formés suffisamment loin du Soleil pour retenir H 2 S étant rougie à cause de l'irradiation.

Les plus gros KBO, comme Pluton et Quaoar , ont des surfaces riches en composés volatils comme le méthane, l' azote et le monoxyde de carbone ; la présence de ces molécules est probablement due à leur pression de vapeur modérée dans la plage de température de 30 à 50 K de la ceinture de Kuiper. Cela leur permet de bouillir occasionnellement de leurs surfaces, puis de retomber sous forme de neige, tandis que les composés avec des points d'ébullition plus élevés resteraient solides. Les abondances relatives de ces trois composés dans les plus grands KBO sont directement liées à leur gravité de surface et à la température ambiante, qui déterminent ceux qu'ils peuvent retenir. De la glace d'eau a été détectée dans plusieurs KBO, y compris des membres de la famille Haumea tels que 1996 TO 66 , des objets de taille moyenne tels que 38628 Huya et 20000 Varuna , et également sur quelques petits objets. La présence de glace cristalline sur des objets de grande et moyenne taille, y compris 50000 Quaoar où de l' hydrate d' ammoniac a également été détecté, peut indiquer une activité tectonique passée aidée par l'abaissement du point de fusion dû à la présence d'ammoniac.

Distribution de masse et de taille

Malgré sa vaste étendue, la masse collective de la ceinture de Kuiper est relativement faible. La masse totale de la population dynamiquement chaude est estimée à 1% de la masse de la Terre . On estime que la population dynamiquement froide est beaucoup plus petite avec seulement 0,03 % de la masse de la Terre. Alors que la population dynamiquement chaude est considérée comme le reste d'une population beaucoup plus importante qui s'est formée plus près du Soleil et a été dispersée vers l'extérieur lors de la migration des planètes géantes, en revanche, la population dynamiquement froide se serait formée à son emplacement actuel. L'estimation la plus récente met la masse totale de la ceinture de Kuiper à(1,97 ± 0,30) × 10 −2 Masses terrestres en fonction de l'influence qu'elle exerce sur le mouvement des planètes.

La petite masse totale de la population dynamiquement froide présente quelques problèmes pour les modèles de la formation du système solaire car une masse importante est nécessaire pour l'accrétion de KBO de plus de 100 km (62 mi) de diamètre. Si la ceinture de Kuiper classique froide avait toujours eu sa faible densité actuelle, ces gros objets n'auraient tout simplement pas pu se former par la collision et la fusion de plus petits planétésimaux. De plus, l'excentricité et l'inclinaison des orbites actuelles rendent les rencontres assez "violentes" entraînant la destruction plutôt que l'accrétion. L'élimination d'une grande partie de la masse de la population dynamiquement froide est considérée comme peu probable. L'influence actuelle de Neptune est trop faible pour expliquer un "vidage" aussi massif, et l'étendue de la perte de masse par broyage collisionnel est limitée par la présence de binaires faiblement liés dans le disque froid, qui sont susceptibles d'être perturbés lors des collisions. Au lieu de se former à partir des collisions de plus petits planétésimaux, le plus gros objet peut s'être formé directement à partir de l'effondrement de nuages ​​de cailloux.

Illustration de la loi de puissance

Les distributions de taille des objets de la ceinture de Kuiper suivent un certain nombre de lois de puissance . Une loi de puissance décrit la relation entre N ( D ) (le nombre d'objets de diamètre supérieur à D ) et D , et est appelée pente de luminosité. Le nombre d'objets est inversement proportionnel à une puissance du diamètre D :

ce qui donne (en supposant que q n'est pas 1) :

(La constante peut être non nulle uniquement si la loi de puissance ne s'applique pas aux valeurs élevées de D .)

Les premières estimations basées sur des mesures de la distribution de magnitude apparente ont trouvé une valeur de q = 4 ± 0,5, ce qui implique qu'il y a 8 (=2 3 ) fois plus d'objets dans la plage de 100-200 km que dans la plage de 200-400 km gamme.

Des recherches récentes ont révélé que les distributions de taille des objets classiques chauds et classiques froids ont des pentes différentes. La pente pour les objets chauds est q = 5,3 aux grands diamètres et q = 2,0 aux petits diamètres avec le changement de pente à 110 km. La pente pour les objets froids est q = 8,2 aux grands diamètres et q = 2,9 aux petits diamètres avec un changement de pente à 140 km. Les distributions de taille des objets de diffusion, les plutinos et les chevaux de Troie Neptune ont des pentes similaires à celles des autres populations dynamiquement chaudes, mais peuvent à la place avoir un divot, une forte diminution du nombre d'objets en dessous d'une taille spécifique. Ce divot est supposé être dû soit à l'évolution collisionnelle de la population, soit au fait que la population s'est formée sans objets en dessous de cette taille, les objets plus petits étant des fragments des objets d'origine.

Les plus petits objets connus de la ceinture de Kuiper avec des rayons inférieurs à 1 km n'ont été détectés que par des occultations stellaires , car ils sont beaucoup trop faibles ( magnitude 35) pour être vus directement par des télescopes tels que le télescope spatial Hubble . Les premiers rapports de ces occultations provenaient de Schlichting et al. en décembre 2009, qui a annoncé la découverte d'un petit objet de ceinture de Kuiper d'un rayon inférieur au kilomètre en photométrie d' archives de Hubble de mars 2007. Avec un rayon estimé de520 ± 60 m ou un diamètre de1040 ± 120 m , l'objet a été détecté par Hubble du système de suivi de l' étoile quand elle brièvement occultée une étoile pendant 0,3 seconde. Dans une étude ultérieure publiée en décembre 2012, Schlichting et al. a effectué une analyse plus approfondie de la photométrie d'archives de Hubble et a signalé un autre événement d'occultation par un objet de la ceinture de Kuiper de taille inférieure au kilomètre, estimé à530 ± 70 m de rayon ou1060 ± 140 m de diamètre. À partir des événements d'occultation détectés en 2009 et 2012, Schlichting et al. a déterminé que la pente de distribution de la taille des objets de la ceinture de Kuiper était q = 3,6 ± 0,2 ou q = 3,8 ± 0,2, avec les hypothèses d'une loi de puissance unique et d'une distribution uniforme de latitude écliptique . Leur résultat implique un fort déficit d'objets de ceinture de Kuiper de taille inférieure au kilomètre par rapport aux extrapolations de la population d'objets de ceinture de Kuiper plus grands avec des diamètres supérieurs à 90 km.

Objets dispersés

Comparaison des orbites des objets disques dispersés (noir), des KBO classiques (bleu) et des objets résonants 2:5 (vert). Les orbites des autres KBO sont grises. (Les axes orbitaux ont été alignés à des fins de comparaison.)

Le disque dispersé est une région peu peuplée, chevauchant la ceinture de Kuiper mais s'étendant au-delà de 100 UA. Les objets disques dispersés (SDO) ont des orbites très elliptiques, souvent aussi très inclinées vers l'écliptique. La plupart des modèles de formation du système solaire montrent que les KBO et les SDO se forment d'abord dans une ceinture primordiale, avec des interactions gravitationnelles ultérieures, en particulier avec Neptune, envoyant les objets vers l'extérieur, certains sur des orbites stables (les KBO) et d'autres sur des orbites instables, le disque dispersé. En raison de sa nature instable, le disque dispersé est soupçonné d'être le point d'origine de nombreuses comètes à courte période du système solaire. Leurs orbites dynamiques les forcent parfois à pénétrer dans le système solaire interne, devenant d'abord des centaures , puis des comètes à courte période.

Selon le Minor Planet Center , qui répertorie officiellement tous les objets transneptuniens, un KBO est tout objet qui orbite exclusivement dans la région définie de la ceinture de Kuiper, quelle que soit son origine ou sa composition. Les objets trouvés à l'extérieur de la ceinture sont classés comme objets épars. Dans certains cercles scientifiques, le terme « objet de la ceinture de Kuiper » est devenu synonyme de toute planète glaciale mineure originaire du système solaire externe supposée avoir fait partie de cette classe initiale, même si son orbite pendant la majeure partie de l'histoire du système solaire a été au-delà de la ceinture de Kuiper (par exemple dans la région des disques dispersés). Ils décrivent souvent les objets de disque dispersés comme des « objets dispersés de la ceinture de Kuiper ». Eris , qui est connu pour être plus massif que Pluton, est souvent appelé KBO, mais est techniquement un SDO. Un consensus parmi les astronomes quant à la définition précise de la ceinture de Kuiper n'a pas encore été atteint, et cette question reste en suspens.

Les centaures, qui ne sont normalement pas considérés comme faisant partie de la ceinture de Kuiper, sont également considérés comme des objets dispersés, la seule différence étant qu'ils étaient dispersés vers l'intérieur plutôt que vers l'extérieur. Le Minor Planet Center regroupe les centaures et les SDO en tant qu'objets dispersés.

Triton

Neptune lune » Triton

Au cours de sa période de migration, Neptune aurait capturé un grand KBO, Triton , qui est la seule grande lune du système solaire avec une orbite rétrograde (elle orbite à l'opposé de la rotation de Neptune). Cela suggère que, contrairement aux grandes lunes de Jupiter , Saturne et Uranus , qui auraient fusionné à partir de disques rotatifs de matière autour de leurs jeunes planètes mères, Triton était un corps entièrement formé qui a été capturé dans l'espace environnant. La capture gravitationnelle d'un objet n'est pas facile : elle nécessite un mécanisme pour ralentir suffisamment l'objet pour être attrapé par la gravité de l'objet plus gros. Une explication possible est que Triton faisait partie d'un binaire lorsqu'il a rencontré Neptune. (De nombreux KBO sont membres de binaires. Voir ci - dessous .) L'éjection de l'autre membre du binaire par Neptune pourrait alors expliquer la capture de Triton. Triton n'est que 14 % plus gros que Pluton, et l'analyse spectrale des deux mondes montre que leurs surfaces sont en grande partie composées de matériaux similaires, tels que le méthane et le monoxyde de carbone . Tout cela permet de conclure que Triton était autrefois un KBO qui a été capturé par Neptune lors de sa migration vers l'extérieur .

Les plus grands KBO

Earth Moon Charon Charon Nix Nix Kerberos Styx Hydra Hydra Pluto Pluto Dysnomia Dysnomia Eris Eris Namaka Namaka Hi'iaka Hi'iaka Haumea Haumea Makemake Makemake MK2 MK2 Xiangliu Xiangliu Gonggong Gonggong Weywot Weywot Quaoar Quaoar Sedna Sedna Vanth Vanth Orcus Orcus Actaea Actaea Salacia Salacia 2002 MS4 2002 MS4 File:EightTNOs.png
Comparaison artistique de Pluton , Eris , Haumea , Makemake , Gonggong , Quaoar , Sedna , Orcus , Salacia , 2002 MS 4 , et la Terre avec la Lune

Depuis 2000, un certain nombre de KBO d'un diamètre compris entre 500 et 1 500 km (932 mi), soit plus de la moitié de celui de Pluton (diamètre 2370 km), ont été découverts. 50000 Quaoar , un KBO classique découvert en 2002, fait plus de 1 200 km de diamètre. Makemake et Haumea , tous deux annoncés le 29 juillet 2005, sont encore plus gros. D'autres objets, tels que 28978 Ixion (découvert en 2001) et 20000 Varuna (découvert en 2000), mesurent environ 500 km (311 mi) de diamètre.

Pluton

La découverte de ces grands KBO sur des orbites similaires à celle de Pluton a conduit beaucoup à conclure que, mis à part sa taille relative, Pluton n'était pas particulièrement différent des autres membres de la ceinture de Kuiper. Non seulement ces objets sont de taille similaire à Pluton, mais beaucoup ont également des satellites et sont de composition similaire (du méthane et du monoxyde de carbone ont été trouvés à la fois sur Pluton et sur les plus grands KBO). Ainsi, tout comme Cérès était considérée comme une planète avant la découverte de ses compagnons astéroïdes , certains ont commencé à suggérer que Pluton pourrait également être reclassée.

Le problème a été soulevé par la découverte d' Eris , un objet dans le disque dispersé bien au-delà de la ceinture de Kuiper, qui est maintenant connu pour être 27% plus massif que Pluton. (On pensait à l'origine qu'Eris était plus gros que Pluton en volume, mais la mission New Horizons a découvert que ce n'était pas le cas.) En réponse, l' Union astronomique internationale (UAI) a été forcée de définir ce qu'est une planète pour la première fois, et ce faisant inclus dans leur définition qu'une planète doit avoir « nettoyé le voisinage autour de son orbite ». Comme Pluton partage son orbite avec de nombreux autres objets de taille, il a été considéré qu'il n'avait pas dégagé son orbite et a donc été reclassé d'une planète à une planète naine , ce qui en fait un membre de la ceinture de Kuiper.

Bien que Pluton soit actuellement le plus grand KBO connu, il existe au moins un objet plus grand connu actuellement en dehors de la ceinture de Kuiper qui en est probablement originaire : la lune de Neptune Triton (qui, comme expliqué ci-dessus, est probablement un KBO capturé).

En 2008, seuls cinq objets du système solaire (Cérès, Eris et les KBO Pluton, Makemake et Haumea ) sont répertoriés comme planètes naines par l'IAU. 90482 Orcus , 28978 Ixion et de nombreux autres objets de la ceinture de Kuiper sont assez grands pour être en équilibre hydrostatique ; la plupart d'entre eux se qualifieront probablement quand on en saura plus à leur sujet.

Satellites

Les six plus grands TNO ( Eris , Pluto , Gonggong , Makemake , Haumea et Quaoar ) sont tous connus pour avoir des satellites, et deux d'entre eux en ont plus d'un. Un pourcentage plus élevé des plus grands KBO ont des satellites que les objets plus petits de la ceinture de Kuiper, ce qui suggère qu'un mécanisme de formation différent était responsable. Il existe également un grand nombre de binaires (deux objets suffisamment proches en masse pour être en orbite "l'un autour de l'autre") dans la ceinture de Kuiper. L'exemple le plus notable est le binaire Pluton-Charon, mais on estime qu'environ 11% des KBO existent dans des binaires.

Exploration

Le KBO 486958 Arrokoth (cercles verts), la cible sélectionnée pour la mission objet de la ceinture New Horizons Kuiper

Le 19 janvier 2006, le premier vaisseau spatial à explorer la ceinture de Kuiper, New Horizons , a été lancé, qui a survolé Pluton le 14 juillet 2015. Au-delà du survol de Pluton, l'objectif de la mission était de localiser et d'étudier d'autres objets plus éloignés dans le Ceinture de Kuiper.

Diagramme montrant l'emplacement de 486958 Arrokoth et la trajectoire pour le rendez-vous
Image composite couleur New Horizons d'Arrokoth montrant sa couleur rouge, suggérant des composés organiques. Jusqu'à présent, c'est le seul KBO avec Pluton et ses satellites à être visité par un engin spatial.

Le 15 octobre 2014, il a été révélé que Hubble avait découvert trois cibles potentielles, provisoirement désignées PT1 ("cible potentielle 1"), PT2 et PT3 par l' équipe New Horizons . Les diamètres des objets ont été estimés entre 30 et 55 km ; trop petit pour être vu par des télescopes au sol, à des distances du Soleil de 43-44 UA, ce qui placerait les rencontres dans la période 2018-2019. Les probabilités initiales estimées que ces objets soient atteignables dans le budget de carburant de New Horizons étaient respectivement de 100 %, 7 % et 97 %. Tous faisaient partie de la ceinture de Kuiper classique "froide" (faible inclinaison , faible excentricité ) , et donc très différents de Pluton. PT1 (étant donné la désignation temporaire "1110113Y" sur le site Web du HST), l'objet le plus favorablement situé, était de magnitude 26,8, de 30 à 45 km de diamètre, et a été rencontré en janvier 2019. Une fois que des informations orbitales suffisantes ont été fournies, la planète mineure Le Centre a attribué des désignations officielles aux trois KBO cibles : 2014 MU 69 (PT1), 2014 OS 393 (PT2) et 2014 PN 70 (PT3). À l'automne 2014, une quatrième cible possible, 2014 MT 69 , avait été éliminée par des observations de suivi. PT2 était hors course avant le survol de Pluton.

Le 26 août 2015, la première cible, 2014 MU 69 (surnommée « Ultima Thule » et plus tard nommée 486958 Arrokoth ), a été choisie. L'ajustement du cours a eu lieu fin octobre et début novembre 2015, conduisant à un survol en janvier 2019. Le 1er juillet 2016, la NASA a approuvé un financement supplémentaire pour que New Horizons visite l'objet.

Le 2 décembre 2015, New Horizons a détecté ce qui s'appelait alors 1994 JR 1 (plus tard nommé 15810 Arawn ) à 270 millions de kilomètres (170 × 10 6  mi), et les photographies montrent la forme de l'objet et un ou deux détails. ^

Le 1er janvier 2019, New Horizons a survolé avec succès Arrokoth, renvoyant des données montrant qu'Arrokoth était un binaire de contact de 32 km de long sur 16 km de large. L' instrument Ralph à bord de New Horizons a confirmé la couleur rouge d'Arrokoth. Les données du survol continueront d'être téléchargées au cours des 20 prochains mois.

Aucune mission de suivi pour New Horizons n'est prévue, bien qu'au moins deux concepts de missions qui retourneraient en orbite ou atterriraient sur Pluton aient été étudiés. Au-delà de Pluton, il existe de nombreux grands KBO qui ne peuvent pas être visités avec New Horizons , comme les planètes naines Makemake et Haumea . De nouvelles missions seraient chargées d'explorer et d'étudier ces objets en détail. Thales Alenia Space a étudié la logistique d'une mission orbitale vers Haumea, une cible scientifique hautement prioritaire en raison de son statut de corps parent d'une famille collisionnelle qui comprend plusieurs autres TNO, ainsi que l'anneau et les deux lunes de Haumea. L'auteur principal, Joel Poncy, a plaidé en faveur d'une nouvelle technologie qui permettrait aux engins spatiaux d'atteindre et de mettre en orbite les KBO dans 10 à 20 ans ou moins. Le chercheur principal de New Horizons, Alan Stern, a suggéré de manière informelle des missions qui survoleraient les planètes Uranus ou Neptune avant de visiter de nouvelles cibles KBO, approfondissant ainsi l'exploration de la ceinture de Kuiper tout en visitant ces planètes géantes de glace pour la première fois depuis les survols de Voyager 2 dans le années 1980.

Etudes de conception et missions de concept

Conception d'un concept de sonde avancé à partir de 1999

Quaoar a été considéré comme une cible de survol pour une sonde chargée d'explorer le milieu interstellaire , car il se trouve actuellement près du nez héliosphérique ; Pontus Brandt du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory et ses collègues ont étudié une sonde qui survolerait Quaoar dans les années 2030 avant de continuer vers le milieu interstellaire à travers le nez héliosphérique. Parmi leurs intérêts à Quaoar, citons son atmosphère de méthane en voie de disparition et son cryovolcanisme . La mission étudiée par Brandt et ses collègues serait lancée en utilisant SLS et atteindrait 30 km/s en utilisant un survol de Jupiter. Alternativement, pour une mission en orbite, une étude publiée en 2012 a conclu qu'Ixion et Huya sont parmi les cibles les plus réalisables. Par exemple, les auteurs ont calculé qu'une mission en orbite pourrait atteindre Ixion après 17 ans de croisière si elle était lancée en 2039.

À la fin des années 2010, une étude de conception menée par Glen Costigan et ses collègues a discuté de la capture orbitale et des scénarios multi-cibles pour les objets de la ceinture de Kuiper. Certains objets de la ceinture de Kuiper étudiés dans cet article particulier comprenaient 2002 UX 25 , 1998 WW 31 et 47171 Lempo . Une autre étude de conception menée par Ryan McGranaghan et ses collègues en 2011 a exploré une étude spatiale des grands objets transneptuniens Quaoar, Sedna, Makemake, Haumea et Eris.

Les missions interstellaires ont évalué notamment un survol des objets de la ceinture de Kuiper dans le cadre de leur mission.

Ceintures de Kuiper extrasolaires

Disques de débris autour des étoiles HD 139664 et HD 53143 - cercle noir de la caméra cachant les étoiles aux disques d'affichage.

En 2006, les astronomes avaient résolu des disques de poussière considérés comme des structures en forme de ceinture de Kuiper autour de neuf étoiles autres que le Soleil. Ils semblent appartenir à deux catégories : les ceintures larges, avec des rayons de plus de 50 UA, et les ceintures étroites (provisoirement comme celle du système solaire) avec des rayons compris entre 20 et 30 UA et des limites relativement nettes. Au-delà de cela, 15 à 20% des étoiles de type solaire ont un excès infrarouge observé qui suggère des structures massives en forme de ceinture de Kuiper. La plupart des disques de débris connus autour d'autres étoiles sont assez jeunes, mais les deux images de droite, prises par le télescope spatial Hubble en janvier 2006, sont assez anciennes (environ 300 millions d'années) pour s'être installées dans des configurations stables. L'image de gauche est une "vue de dessus" d'une large bande et l'image de droite est une "vue de bord" d'une bande étroite. Des simulations informatiques de la poussière dans la ceinture de Kuiper suggèrent que, lorsqu'elle était plus jeune, elle ressemblait peut-être aux anneaux étroits observés autour des étoiles plus jeunes.

Voir également

Remarques

Les références

Liens externes