Jusqu'à la fin du XVIIIe siècle, le royaume de Saturne marquait la frontière de l'espace interplanétaire. Personne n'avait peut-être soupçonné auparavant l'existence de planètes au-delà de la ligne de démarcation de l'orbite de Saturne. Même lorsque William Herschel (1738-1822) a découvert Uranus en 1781, on a d'abord annoncé qu'il s'agissait d'une comète. Plusieurs mois se sont écoulés avant que l'étrange objet ne se révèle être un nouveau monde tournant autour du Soleil à la distance énorme de 1 780 millions de kilomètres. Soixante-cinq ans plus tard, une deuxième grande planète, Neptune, a été ajoutée à la liste des planètes connues, avec une orbite deux fois plus éloignée que celle d'Uranus. Alors que la découverte d'Uranus était accidentelle et représentait l'une des plus grandes réussites de l'astronomie d'observation, Neptune a été découverte « délibérément » et a été considérée comme l'une des plus grandes réussites de l'astronomie mathématique. La chronologie des événements qui ont conduit à la découverte de cette planète est intéressante à lire.
Notre histoire ne commence pas avec Neptune elle-même, mais avec le comportement particulier de sa plus proche voisine planétaire, Uranus de Herschel. Grâce aux nombreuses observations effectuées dans les années qui ont suivi sa découverte, la trajectoire d'Uranus a été bien déterminée, ce qui a permis de cartographier ses positions passées et futures dans le ciel.
En couplant les observations télescopiques à des équations mathématiques, les astronomes sont en mesure de le faire avec une grande précision. Pour réaliser ces prédictions, l'astronome doit également tenir compte de l'attraction gravitationnelle des autres planètes situées à proximité de la planète concernée. Il a donc été démontré qu'Uranus avait été vue et enregistrée comme une étoile à plusieurs reprises au cours du siècle précédent et que pas moins de quatre astronomes avaient laissé échapper ce grand prix. Pendant une vingtaine d'années après sa découverte, Uranus s'est comportée comme elle le devait et est arrivée à un point donné de son orbite dans les délais prévus. Cependant, une difficulté inattendue est apparue : si ces premières positions étaient effectivement correctes, Uranus s'écartait considérablement de sa trajectoire, et celle-ci ne pouvait pas non plus être modifiée pour tenir compte des anciennes et des nouvelles observations. De plus, au fil du temps, Uranus a continué à s'éloigner de la position prévue. En 1840, la planète n'était toujours pas à l'endroit prévu, même si elle n'en était pas très éloignée. Cependant, la moindre différence entre la position réelle et la position prévue n'est pas admissible ; il doit y avoir une explication à cette divergence. Les astronomes savaient que le mouvement d'une planète est modifié ou perturbé par l'influence d'autres planètes dans son voisinage. Dans le cas d'Uranus, Jupiter et Saturne étaient « proches », mais lorsque les effets cumulés de ces planètes étaient pris en compte, Uranus ne se comportait toujours pas comme il le devrait.
Le problème d'Uranus a suscité l'intérêt de nombreuses personnes. Certains attribuaient les divergences apparentes dans les mouvements de la planète à des erreurs d'observation et de calcul, une source bien connue de problèmes pour les astronomes. D'autres pensaient que les variations d'Uranus indiquaient que les lois de la gravitation ne s'appliquaient pas à de grandes distances. D'autres encore ont suggéré qu'Uranus était attirée hors de sa trajectoire par l'influence gravitationnelle d'une autre planète, encore inconnue, orbitant au-delà d'Uranus. Parmi ces derniers, deux jeunes et brillants mathématiciens qui, indépendamment l'un de l'autre et sans se connaître à l'époque, se sont attelés à la tâche de déterminer, à partir des observations d'Uranus, l'emplacement de l'inquiétante planète ultra-uranienne. C'était un problème qui présentait de grandes difficultés et dont la solution exigeait des compétences mathématiques du plus haut niveau. Pourtant, chacun de ces deux enquêteurs a réussi à obtenir la trajectoire probable de l'hypothétique planète et, à partir de là, le point du ciel qu'elle occupait au moment de sa découverte. Le premier des deux enquêteurs à obtenir ce résultat semble avoir été un jeune Anglais du nom d'Adams.
En 1843, John Couch Adams (1819-1892), tout juste diplômé de l'université de Cambridge, commence sa « recherche » mathématique de la planète inconnue. Adams a passé plusieurs années à résoudre des problèmes mathématiques pour déterminer l'existence d'une autre planète et, une fois ce fait établi, pour déterminer sa localisation. En octobre 1845, il a trouvé une solution et a demandé à l'astronome royal, Sir George B. Airy (1801-1892), de rechercher la planète inconnue dans une certaine partie du ciel. Comme Airy n'était pas convaincu de l'existence d'une autre planète et qu'il pensait que les mouvements erratiques d'Uranus étaient dus à d'autres causes, et en outre parce que la portion du ciel qu'Adams voulait qu'il cherche était inexplorée, Airy mit le problème de côté et rien ne se passa plus pendant près de huit mois. Outre son incrédulité, Airy pensait peut-être que la découverte d'une planète était une tâche réservée à des hommes très expérimentés. Adams n'est qu'un débutant, un jeune étudiant. Entre-temps, Urbain J. Leverrier (1811-1877), un mathématicien français, s'est attaqué indépendamment au même problème. En juin 1846, il publie un article indiquant la position où la nouvelle planète devrait être trouvée. Parmi ceux qui lurent l'article, Airy remarqua que la position était presque la même que celle qu'Adams avait suggérée plusieurs mois auparavant. Airy est alors convaincu de l'existence d'une nouvelle planète. Il demande alors à Challis, l'astronome de l'Observatoire de Cambridge, de la rechercher. Bien qu'il l'ait cherchée, l'astronome de Cambridge n'a pas cartographié ses observations et n'a pas reconnu la planète. Pendant ce temps, en France, Leverrier avait écrit à Galle, un astronome allemand de l'Observatoire de Berlin, pour lui demander de chercher la planète inconnue. Leverrier avait écrit : « Dirigez votre lunette vers un point de l'écliptique dans la constellation du Verseau, par 326 degrés de longitude, et vous trouverez à moins d'un degré de ce lieu une nouvelle planète, ressemblant à une étoile de neuvième magnitude environ et ayant un disque perceptible ». Heureusement, l'astronome de Berlin possédait une nouvelle carte stellaire de la région, de sorte que la recherche n'a duré qu'une demi-heure. Le 23 septembre 1846, le jour même de la réception de la lettre, Galle et son assistant trouvèrent la nouvelle planète à 52 minutes d'arc de la position prédite (une distance inférieure à deux fois le diamètre apparent de la Lune). Airy était un grand astronome à part entière, mais il est ironique qu'on se souvienne surtout de lui parce qu'il n'a pas lancé de recherche rapide de la planète lorsqu'il a reçu les calculs d'Adams. Par la suite, une controverse a éclaté pour savoir à qui revenait le mérite de la découverte. Bien que les deux hommes se soient connus par la suite, aucun d'eux n'a pris part à la controverse et ils sont restés cordiaux. Un mystère persiste cependant : pourquoi Adams n'a-t-il pas cherché personnellement la planète ? Il était non seulement sûr de la position approximative de la planète, mais il aurait également été capable de l'identifier lui-même avec un modeste télescope. Aujourd'hui, on attribue généralement cette découverte à Adams et à Leverrier, car les deux hommes se sont révélés être d'excellents astronomes mathématiciens et ont tous deux « découvert » une planète avant qu'elle ne soit observée.
En ce qui concerne le nom de la nouvelle planète, la première suggestion est venue de Galle, l'astronome allemand qui a été le premier à la voir. Il a proposé le nom de « Janus ». En Angleterre, Challis propose le nom « Oceanus », particulièrement approprié pour un peuple de marins. En France, Arago suggère que la nouvelle planète soit appelée Leverrier, une suggestion qui rencontre une forte résistance en dehors de la France. Les almanachs français réintroduisirent rapidement les noms de Herschel pour Uranus et de Leverrier pour la nouvelle planète. Entre-temps, à des occasions distinctes et indépendantes, Adams a suggéré de modifier le nom « Georgian » en « Uranus », tandis que Leverrier a proposé Neptune pour la nouvelle planète. Rapidement, Uranus et Neptune sont devenus des noms internationalement acceptés. Dans la mythologie romaine, Neptune était le dieu de la mer, identifié au dieu grec Poséidon. La demande d'un nom mythologique semblait correspondre à la nomenclature des autres planètes, qui, à l'exception d'Uranus, ont toutes été nommées dans l'Antiquité. Il est intéressant de noter que, comme dans le cas d'Uranus, les astronomes ont vu Neptune comme une étoile à plusieurs reprises avant qu'elle ne soit découverte comme une planète.
Presque toutes les planètes sont des objets visibles à l'œil nu. Même la planète Uranus est visible par un œil humain attentif lors d'une nuit sombre et claire. Neptune, cependant, n'est qu'un dixième de la luminosité d'Uranus et, bien qu'il s'agisse d'une planète géante, elle est si éloignée qu'il faut un puissant télescope pour la voir comme quelque chose de plus qu'une étoile de huitième magnitude. Avec des instruments plus puissants, elle apparaît comme un petit disque verdâtre d'à peine plus de deux secondes d'arc de diamètre, ce qui équivaut à peu près à observer une bille d'un pouce faiblement éclairée à une distance d'un kilomètre et demi. Ainsi, en raison de sa petite taille apparente, même dans le plus grand télescope, les caractéristiques de Neptune sont difficiles à voir en détail. Même sa rotation est restée indiscernable jusqu'à ce que la planète soit observée directement avec un spectroscope à la fin du dix-neuvième siècle, un appareil qui a permis une mesure raisonnable des sources lumineuses approchant et reculant sur le disque de la planète au fur et à mesure de la rotation de ses systèmes nuageux visibles à zonage différentiel. Cet appareil a donc permis d'obtenir la valeur initiale raisonnablement proche de 18 heures pour la période de rotation de la planète. À une distance de près de 2 793 000 000 miles, soit trente fois celle de la Terre par rapport au Soleil, Neptune tourne autour du Soleil sur une orbite approximativement circulaire avec une période de 165 ans. C'est la seule planète majeure à présenter un écart significatif par rapport à la règle de Bode pour l'espacement des planètes, bien que cet écart n'ait pas été suffisant pour contrecarrer les calculs fins et les prédictions d'Adams ou de Leverrier pour sa découverte. Avec un diamètre d'environ 30 500 miles, qui inclut une atmosphère massive composée d'hydrogène, de méthane et d'ammoniac, Neptune est plutôt une jumelle d'Uranus, bien qu'elle ne soit pas une jumelle identique. En particulier, Neptune est sensiblement plus dense et plus massive qu'Uranus, qui est légèrement plus grande, et, contrairement à Uranus, elle semble disposer d'une source de chaleur interne, de sorte que, malgré sa plus grande distance par rapport au Soleil, elle a pratiquement la même température, à savoir moins 350 degrés Fahrenheit. Sur le site , on a constaté que Neptune émettait 2,7 fois plus d'énergie qu'elle n'en recevait du Soleil. La source de chaleur pourrait être attribuée à une activité convective quelconque ou peut-être aux effets de marée de sa grande lune Triton. La lumière et la chaleur que Neptune reçoit du Soleil représentent 1/900e de ce que nous recevons sur Terre. Comme la planète tourne une fois en un peu plus de 16 heures, elle effectue quelque 90 000 rotations au cours d'une révolution autour du Soleil, de sorte qu'une « année » sur Neptune se compose d'autant de jours. Bien que l'énorme orbite de Neptune soit presque circulaire, la variation de la distance de la planète par rapport au Soleil représente une fourchette aussi grande que la moitié de la distance entre la Terre et le Soleil. Si votre poids sur Terre est de 100 livres, votre poids sur Neptune serait de 110 livres au sommet des nuages.
Neptune est accompagnée de deux satellites naturels importants, l'un, Triton (« TRY-ton »), un peu plus petit que notre propre Lune avec un diamètre de 1 700 milles, et l'autre, Néréide (« NEER-ee-id »), qui mesure un peu plus de 200 milles de large. Triton tourne autour de Neptune à une distance légèrement inférieure à celle qui sépare notre Lune de la Terre, et sur une orbite qui est non seulement fortement inclinée par rapport à l'équateur de Neptune, mais qui entraîne Triton dans un circuit rétrograde, c'est-à-dire dans une direction opposée à la rotation de Neptune sur son axe et à sa révolution autour du Soleil. Triton, composé de roche et de glace et considéré comme similaire à Pluton en termes de taille et de densité, met un peu moins de six jours pour effectuer une révolution autour de Neptune. Néréide, quant à elle, tourne autour de Neptune sur une orbite prograde très excentrique, ce qui fait que sa distance par rapport à Neptune varie de 864 000 à 6 050 000 milles. La Néréide effectue sa révolution autour de Neptune en 360 de nos jours.
Jusqu'à la visite de Neptune par la sonde spatiale américaine Voyager II, on ne savait pas grand-chose de cette planète lointaine, hormis ce qui a été dit précédemment. En 1989, les caméras à bord de Voyager II ont montré que Neptune était une planète aigue-marine fascinante avec des détails atmosphériques stupéfiants jamais vus par les télescopes terrestres. À près de quatre milliards de kilomètres de distance, Voyager a transmis des signaux photographiques qui, même à la vitesse de la lumière, ont mis plus de quatre heures à parcourir l'immense distance qui sépare Neptune des antennes radio sur Terre. Les nouvelles informations obtenues grâce au survol de Voyager comprennent : une grande tache sombre dans la couverture nuageuse de la planète, rappelant la grande tache rouge de Jupiter ; des filets de nuages semblables à des cirrus dans sa haute atmosphère ; des vents zonaux latitudinaux avec des vitesses de près de 1 000 miles par heure ; une fine brume atmosphérique de haute altitude ; un champ magnétique décentré très incliné et anormal pouvant provenir d'un manteau liquide turbulent ; une estimation affinée de 16. 1 heures pour sa période de rotation ; une demi-douzaine de petits satellites irréguliers fortement cratérisés ressemblant à des astéroïdes, dont certains sont plus grands que Néréide, et qui demeurent parmi les anneaux ténus de la planète ; des caractéristiques de surface énigmatiques, et des panaches ressemblant à des geysers sur sa grande lune Triton qui contribuent à l'atmosphère ténue de cette lune ; et entre autres choses, quelques confirmations de faits sur la planète déjà connus à partir d'observations terrestres. Voyage II, qui a quitté la Terre en 1977 et a mis 12 ans pour y arriver, est passé à peine à 3 000 miles du pôle nord de Neptune à une vitesse accélérée de 60 000 miles par heure.
Si nous pouvions nous imaginer en train de visiter Neptune, certaines caractéristiques intéressantes de son environnement apparaîtraient alors que nous survolerions l'atmosphère de la grande planète à bord de notre vaisseau spatial. Nous constaterions que Neptune est encore plus isolée qu'Uranus. Depuis cette planète lointaine, le Soleil aurait un diamètre apparent de seulement une minute d'arc, trop petit pour que sa forme puisse être perçue par l'œil humain. Néanmoins, sa pointe étoilée brillerait d'une lumière équivalente à plus de 500 fois celle de la pleine lune vue de la Terre. Jupiter n'apparaîtrait jamais à plus de dix degrés du Soleil, Saturne jamais à plus de 18 1/2 degrés et Uranus jamais à plus de 32 1/2 degrés, les trois étant à peine à la limite de la visibilité à l'œil nu. En fait, tout ce qu'un visiteur pourrait voir de Neptune serait les étoiles fixes, le point le plus brillant du Soleil et la grande lune de la planète, Triton, qui aurait presque la même taille que notre propre lune vue de la Terre. La deuxième lune de Neptune, Néréide, est une étoile errante variable dont la luminosité va de la deuxième magnitude (à peu près aussi brillante que Polaris) au seuil de visibilité à l'œil nu (sixième magnitude). Si nous passions une nuit sur Triton, nous verrions Neptune elle-même à huit degrés dans le ciel. Cependant, même si Neptune réfléchit la moitié de la lumière qui tombe sur elle, une si petite partie de la lumière du Soleil illumine réellement la planète qu'elle apparaîtrait comme une énorme boule bleutée quelque peu fantomatique avec seulement la moitié de l'émission de lumière de notre propre pleine lune. L'un des attributs les plus remarquables de Neptune, et en particulier de Triton, est son froid glacial. À plusieurs centaines de degrés Fahrenheit au-dessous de zéro, la température n'est que de quelques degrés au-dessus du zéro absolu, qui est de -459,72 degrés Fahrenheit - ce point hypothétique auquel une substance n'a pas de mouvement moléculaire, et donc pas de chaleur. Les visiteurs devraient être protégés du froid terrible par un isolant incroyablement efficace afin de pouvoir profiter des autres caractéristiques naturelles uniques de l'environnement neptunien. Si nous nous rendions sur la minuscule Néréide au moment où elle s'approche le plus de Neptune, nous pourrions regarder en arrière et voir la planète apparaître à peu près à la même taille que la Terre vue de la Lune, c'est-à-dire à environ deux degrés. Si nous restions sur Néréide, nous verrions le globe de Neptune rétrécir progressivement au fil du temps jusqu'à ce que, six mois plus tard, il apparaisse à peu près aux deux tiers de la taille de la Lune dans notre ciel. Il n'est pas certain que Néréide soit de forme sphérique ou irrégulière, bien que sa taille et ses caractéristiques orbitales tendent à indiquer qu'il s'agit d'un astéroïde capturé. Si Néréide est effectivement un astéroïde capturé, on peut se demander comment il s'est retrouvé si loin dans le voisinage de Neptune, puisque la plupart des astéroïdes connus se trouvent dans le système solaire interne. Peut-être y avait-il autrefois une autre planète au-delà de Neptune, qui a subi une destruction catastrophique, tandis que deux de ses anciens satellites, l'énigmatique Pluton et son compagnon Charon, survivent en tant que planètes « couplées » gravitant autour du Soleil sur une orbite excentrique et très inclinée. Ou encore, peut-être s'agit-il de satellites échappés de Neptune. Au cours des dernières années, d'autres preuves indiquant un tel scénario possible concernant un ancien monde primitif majeur ultra-neptunien ont été mises en lumière.
Une autre question soulevée ces dernières années est celle de savoir si c'est Neptune, et non Pluton, qui est l'actuelle sentinelle planétaire officielle du système solaire. Pour des raisons techniques, Neptune est en effet actuellement la planète connue la plus éloignée, car l'orbite excentrique de Pluton place cette planète plus près du Soleil au cours des années 1980-2000. Au moins jusqu'en 1930, date de la découverte de Pluton, Neptune était la « dernière » planète. Lorsque Pluton a été découverte, sa taille réelle n'était pas facilement discernable, principalement en raison de sa grande distance, bien que peu de temps après sa découverte, Pluton ait été reconnue comme n'étant pas une autre grande planète comme Neptune, mais un très petit monde en fait. Au départ, on pensait qu'elle avait une masse plusieurs fois supérieure à celle de Barth, ce qui serait cohérent avec la « traînée de masse » du système solaire et avec les perturbations orbitales supposées des planètes extérieures, mais au fil des ans, les estimations de la taille de Pluton ont été constamment revues à la baisse. Selon les dernières mesures, Pluton mesure à peine 1 420 miles de diamètre, soit seulement deux tiers de la taille de notre propre Lune et à peine un cinquième de sa masse, et elle est manifestement constituée principalement de roche et de glace. Le satellite de Pluton, Charon, découvert en 1978, a un diamètre égal à la moitié de celui de Pluton et une masse égale à un douzième de celle-ci. Certains astronomes ont même avancé que le couple de Pluton était un autre type d'objet du système solaire, peut-être même un grand astéroïde double. Un objet semblable à un astéroïde découvert en 1977 et nommé Chiron (à ne pas confondre avec Charon, la lune de Pluton) se déplaçant sur une orbite solaire vraisemblablement instable qui croise les orbites de Saturne et d'Uranus est également considéré comme une possible lune mineure échappée. Ainsi, la question de Pluton a déclenché un débat sur la question de savoir si notre système solaire compte neuf planètes connues ou seulement huit. Pourtant, Pluton présente certaines des caractéristiques d'une planète majeure, à savoir un satellite, une atmosphère et peut-être des calottes glaciaires. Néanmoins, les anomalies visibles de Pluton, sa petite taille, son orbite excentrique et d'autres particularités lui confèrent un contraste marqué avec les géantes gazeuses voisines, Neptune, Uranus, Saturne et Jupiter. Une théorie actuelle sur l'origine de Pluton suggère que les grandes planètes se sont formées par « agglutination » de matière autour d'un noyau semblable à celui de Pluton, alors que Pluton s'est formée sans ce processus d'agglutination. Cette théorie, ainsi que d'autres, s'accompagne de nombreuses questions sans réponse, comme celle de savoir pourquoi l'orbite de Pluton est si excentrique et inclinée par rapport aux orbites des autres planètes principales.
DIAGRAMMES D'ORBITE DE TRITON ET DE NEREID
Une autre anomalie observée depuis quelques années est qu'il semble y avoir une « chute » soudaine et particulière de la masse des planètes aux extrémités du système solaire, la « falaise d'Edgeworth », du nom de l'astronome britannique qui a attiré l'attention sur ce phénomène en 1949. Il semble que le système solaire soit tronqué ou « scié » au-delà de Neptune. En d'autres termes, après avoir compté les quatre géantes gazeuses dans l'ordre en partant du Soleil, il semble qu'il n'y ait rien qui occupe les faibles étendues lointaines du système solaire au-delà de Neptune, à l'exception de la minuscule Pluton. Il semblerait logique qu'un autre corps planétaire important, bien que significativement plus petit que Neptune, mais rien d'aussi petit que Pluton, existe là-bas pour « terminer » le système solaire. Un corps planétaire ayant la masse d'une demi-douzaine de Terres semblerait logique, comme on l'a d'abord supposé. Pourtant, après d'intenses recherches photographiques, qui auraient dû permettre de détecter facilement une telle planète, aucun objet de ce type n'a jamais été trouvé. Lors de la découverte d'Uranus, on a rapidement déduit qu'une autre planète se trouvait plus loin, ce qui expliquait les perturbations étranges de l'orbite d'Uranus. La découverte de Neptune a permis d'expliquer ces anomalies. Pourtant, même la trajectoire de Neptune semble présenter des irrégularités, même minimes, non expliquées, comme s'il s'agissait d'une preuve de l'existence d'une autre planète encore plus éloignée, en plus de Pluton, toujours inconnue et exerçant un effet gravitationnel sur Neptune. Comme il se peut que nous n'ayons pas atteint la dernière limite du système planétaire, certains ont qualifié cet objet hypothétique de « planète X ».
Le 14 septembre 1992, les astronomes du monde entier ont appris qu'un objet
mystérieux avait été découvert au-delà de Pluton, le long de l'écliptique, au
sud-ouest des Poissons. Depuis la découverte de Pluton en 1930, aucun objet de
notre système solaire n'avait été vu aussi loin du Soleil. D'une magnitude
visuelle de -23,5, l'objet est 1 000 fois moins lumineux que Pluton. Il a été
découvert par deux astronomes au télescope du Mauna Kea, à Hawaï. On estime que
l'objet se trouve à environ 50 UA du Soleil (une UA, ou unité astronomique, est
la distance moyenne entre la Terre et le Soleil). Au départ, il n'était pas
certain que l'objet de couleur rougeâtre soit une planète mineure ou une comète.
D'après la distance et la faible luminosité de l'objet, on estime qu'il a un
diamètre d'environ 125 miles, ce qui est beaucoup plus grand qu'une grande
comète typique comme celle de Halley, qui n'a qu'un diamètre d'environ dix
miles. Après avoir effectué des calculs orbitaux, il est apparu que l'objet
maintenait une orbite assez circulaire, plus proche d'une planète que d'une
comète. L'Union astronomique internationale lui a attribué la désignation
préliminaire de planète mineure, 1992 QB1. Au cours des années qui ont suivi la
découverte de 1992 QB1, les astronomes ont repéré plus de trente autres objets
de ce nouveau type, similaires à QB1 et également sur des orbites plutôt
circulaires au-delà de Neptune. Les astronomes s'accordent à dire qu'étant donné
qu'un si grand nombre de ces objets ont été repérés lors de recherches
approfondies dans de petites portions du ciel, il pourrait y avoir environ 35
000 objets de ce type, chacun d'au moins 70 miles de diamètre et circulant à une
distance moyenne d'environ 50 unités astronomiques du Soleil. Certains
astronomes ont présenté ces objets comme la preuve de l'existence de la «
ceinture de Kuiper », recherchée depuis longtemps, un « nuage » source de
comètes à courte période (comètes, comme celle de Halley, dont la période est
inférieure à 200 ans), un nuage similaire mais pas identique au supposé « nuage
de Oort », qui serait une source de comètes à longue période, beaucoup plus
éloignées du Soleil. Alors que le modèle hypothétique du nuage d'Oort représente
une sphère de comètes et la ceinture de Kuiper un disque de comètes, les
nouveaux objets ultra-neptuniens découverts aujourd'hui ne sont pas
nécessairement des comètes mais semblent en fait constituer des fragments de ce
qui pourrait très probablement être une deuxième ceinture d'astéroïdes, qui
n'est pas très différente de la première ceinture de ce type connue depuis le
début des années 1800 et qui circule entre Mars et Jupiter. À l'instar de la
ceinture d'astéroïdes intérieure, cette nouvelle ceinture d'astéroïdes
extérieure pourrait très bien contenir en abondance des matériaux glacés et
volatils, tels que des gaz gelés qui produiraient des comètes s'ils
s'aventuraient à proximité du Soleil. Étant donné qu'elle est si éloignée du
Soleil, dans les régions les plus froides du système solaire, il serait logique,
d'après ce que nous savons du système solaire, que la nouvelle ceinture
découverte contienne probablement une abondance de matériaux « cométiques ».
Cette nouvelle ceinture d'objets, comme la ceinture d'astéroïdes
intra-martiale-jovienne, pourrait très bien être les restes d'une planète qui a
été perturbée et qui existe aujourd'hui en morceaux. Une concentration de ces
morceaux à 50 UA correspondrait à peu près à l'espacement systématique des
autres planètes par rapport au Soleil, comme l'ont noté l'astronome Johann Bode
en 1778 et Heinrich Olbers peu de temps après. On peut donc se demander si la «
planète X » que nous recherchons depuis longtemps n'a pas finalement été
trouvée, en morceaux !
COMPARAISONS AVEC LES CHAMPS MAGNÉTIQUES : Un champ magnétique est comparable à un barreau aimanté géant enfoui profondément dans l'intérieur où il est généré. La « toile » invisible et les phénomènes qui lui sont associés constituent un défi pour ceux qui cherchent à la comprendre.
Les conjectures qui
pourraient expliquer la perturbation d'une planète ultra-neptunienne majeure
suivraient les mêmes lignes d'hypothèses que celles émises par Olbers et
d'autres au début du XIXe siècle, après la découverte des premiers astéroïdes
intra-martiaux-joviens. Ils avaient formulé la première théorie, et la plus
viable, concernant les astéroïdes, à savoir qu'ils représentent les restes d'une
planète perdue entre Mars et Jupiter qui a été détruite d'une manière ou d'une
autre. Quelle qu'en soit la cause, les preuves indiquent fortement qu'il s'agit
d'un traumatisme induit de l'extérieur ou généré à l'intérieur du système
solaire. Le système de satellites de Neptune, qui présente d'étranges anomalies,
en est l'une des preuves. Certains théoriciens ont supposé que Neptune possédait
autrefois au moins quatre satellites originaux majeurs, mais qu'en raison d'une
force inexpliquée, deux d'entre eux ont été perdus, les deux autres ayant été
placés sur des orbites particulières qui semblent être instables à long terme.
Certains pensent que les deux satellites perdus sont Pluton et son satellite
Charon. La question de savoir comment ces deux derniers seraient restés
appariés, ou le seraient devenus par la suite, reste techniquement sans réponse.
Une caractéristique remarquable de notre système solaire en général est la grande variété et la diversité de ses membres. Les preuves sont suffisamment nombreuses pour que l'équilibre et l'uniformité de leurs mouvements, même s'ils ont été modifiés depuis leur création, n'aient pu résulter que de forces imposées par quelque grande main omnipotente ; peu de choses dans la création proclament plus clairement que Dieu a fait les mondes. En outre, Dieu, dans sa bienveillance toute divine, a placé l'homme sur un monde fixe et meublé au centre non seulement de ses préoccupations physiques, mais aussi de ses préoccupations les plus bénignes pour le bien-être de ses créatures. L'homme existe sur un monde statistiquement improbable et pourtant étonnamment adapté. Par rapport aux autres planètes, la Terre est en effet remarquablement exceptionnelle. La simple pensée de l'homme essayant de respirer l'air empoisonné de Jupiter ou de Neptune, au lieu de l'atmosphère tempérée, riche en oxygène et en eau, caractéristique de notre monde, affirme une fois de plus la grâce et l'amour magnifiques de Dieu dans la conception de notre monde unique. Le contraste entre notre propre demeure terrestre, propice à la vie, et les environnements hostiles des planètes lointaines, que nos sondes spatiales viennent tout juste de révéler, a déjà été souligné il y a des milliers d'années lorsque le prophète Isaïe a écrit : « Car ainsi a dit l’Eternel, qui a créé les cieux ; lui qui est le Dieu qui a formé la terre et qui l’a faite, lui qui l’a affermie, ne l’a point créée pour être une chose vide ( ou “en pure perte”), mais il l’a formée pour être habitée : Je suis l’Eternel, et il n’y en a point d autre ». (Isaïe 45:18)
PLUTON : La planète qui n'est peut-être pas une « planète » après tout
Si l'ensemble du système solaire était réduit pour tenir dans les limites d'un terrain de football, avec le Soleil de la taille d'une bille placé sur la ligne des cinquante mètres et la Terre comme un petit grain de sable à quatre pieds de distance, Pluton serait un grain de poussière presque invisible sur la ligne de but à l'une des extrémités. La plupart des planètes seraient « serrées » les unes contre les autres près du Soleil, mais à mesure que l'on s'éloigne, les distances entre les planètes augmentent rapidement jusqu'à ce que l'on atteigne Pluton, où l'on se sent vraiment seul. Un spectateur dans les tribunes au-dessus de ce modèle de système solaire de terrain de football verrait certainement le brillant Soleil et, s'il avait l'œil, peut-être Jupiter et Saturne, mais au-delà, il ne pourrait pas dire si les autres planètes existent, y compris la minuscule et énigmatique Pluton. Paradoxalement, si elles étaient toutes alignées, l'objet le plus grand et le plus brillant du système solaire, le Soleil, se trouverait à l'une des extrémités, tandis que le plus petit et le plus faible des membres « majeurs » du système solaire se trouverait à l'extrémité opposée. La différence de taille (ou de masse) entre ces deux objets représente un facteur de 1 sur 30 000 000, et la différence de luminosité représente un facteur de torsion de la langue de 1 sur 30 000 000 000 000 000. Le Soleil, bien sûr, brille de sa propre lumière, tandis que Pluton brille de la lumière réfléchie par le Soleil.
Les planètes ont été classées en deux catégories principales : les planètes terrestres et les planètes joviennes. Les planètes terrestres, qui comprennent Mercure, Vénus et Mars, sont ainsi nommées parce qu'elles ressemblent à la Terre par leur taille et parce qu'elles ont des surfaces solides détectables, d'où le terme « terrestre » ou « semblable à la Terre ». Les planètes j0', en revanche, qui comprennent Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, sont ainsi nommées parce qu'elles ressemblent à la plus grande d'entre elles, Jupiter, en termes de taille et parce qu'elles semblent, comme Jupiter, être constituées de gaz, sans surface solide évidente. Il est intéressant de noter que les planètes du système solaire ne sont pas seulement classées dans ces deux groupes en fonction de leurs caractéristiques, mais qu'elles sont aussi naturellement divisées en fonction de la distance qui les sépare du Soleil. Les planètes terrestres sont les plus proches du Soleil, tandis que les planètes joviennes sont les quatre plus éloignées. La petite Pluton ne semble correspondre à aucune de ces deux catégories.
Pluton est si éloignée et on sait si peu de choses à son sujet que la question de savoir ce qu'elle est réellement a été débattue. S'agit-il vraiment d'une planète ou d'un gros astéroïde, voire d'une gigantesque comète ? Pluton a été initialement découverte dans le cadre de la recherche d'une planète inconnue censée être à l'origine de perturbations inexpliquées dans les planètes extérieures. Après la découverte d'Uranus en 1781, les astronomes ont calculé l'orbite de cette planète et ont fait des prédictions sur l'endroit exact où elle devrait se trouver à différents moments dans le futur. Toutefois, au fil du temps, il est apparu qu'il y avait des différences entre la position prévue et la position réelle. Cela n'était pas censé se produire, à moins qu'il n'y ait une planète invisible au-delà d'Uranus. Les astronomes savaient que les planètes influencent les mouvements d'autres objets dans leur voisinage en raison de leur gravité. Pourtant, lorsque les effets de ces autres planètes ont été pris en compte, Uranus ne s'est toujours pas comportée comme elle le devrait. C'est la découverte de Neptune, en 1846, qui a fourni l'explication. Pourtant, au fil du temps, les observations de Neptune et d'Uranus ont révélé des écarts, certes minimes, par rapport aux prévisions. C'est pourquoi de nombreuses personnes pensaient qu'il existait une autre planète au-delà de Neptune qui exerçait une force perturbatrice.
Au cours des premières années du XXe siècle, de nombreux astronomes se sont penchés sur le problème. Même en 1900, les astronomes n'avaient pas beaucoup de données sur l'orbite de Neptune, car cette planète n'avait pas encore parcouru un tiers de son orbite depuis sa découverte. Il faut 165 ans à Neptune pour effectuer une révolution autour du Soleil. Certains astronomes sont allés jusqu'à faire des calculs pour une hypothétique planète ultra-neptunienne. L'un d'eux, William Henry Pickering (1858-1938), a estimé que la planète inconnue devait se trouver à environ 4,8 milliards de kilomètres, soit à environ 50 U.A. du Soleil, et que son orbite devait avoir une période d'environ 375 ans (U.A. = unité astronomique, la distance moyenne entre le Soleil et la Terre, soit 93 000 000 de kilomètres). D'après Bode (1772), cette période aurait été à peu près conforme à la configuration spatiale des planètes connues dans leurs positions à l'extérieur du Soleil. On a estimé que la planète serait comparable, bien que peut-être moins grande que les autres planètes extérieures. Bien sûr, elle serait moins lumineuse, étant plus éloignée, mais pas au point de passer inaperçue lors d'une recherche organisée et systématique. En trois jours, même le mouvement lent d'une planète aussi éloignée produirait un changement de position perceptible par rapport aux étoiles de l'arrière-plan, vu dans un télescope. Parmi les astronomes qui se sont attelés à la tâche, le plus persévérant a été Percival Lowell (1855-1916), qui a construit un observatoire à Flagstaff, en Arizona, en 1894, pour étudier les planètes. Lowell a travaillé sans relâche sur le problème, sans le résoudre, avant de mourir en 1916. Après la mort de Lowell, sa succession a fait l'objet d'un litige juridique de longue durée qui a retardé la recherche jusqu'en 1929. Au début de cette année-là, une lentille de 13 pouces, achetée par l'observatoire à la succession du révérend Joel Metcalf, arriva à Flagstaff, ainsi qu'un jeune astronome amateur du Kansas nommé Clyde W. Tombaugh (1906- ). Tombaugh n'a pas encore 23 ans lorsqu'il arrive à l'Observatoire Lowell en tant qu'assistant et n'a aucune formation formelle en astronomie. Il poursuivit personnellement la recherche initiée par Lowell de la planète, depuis longtemps recherchée, en utilisant des techniques photographiques à l'aide d'un réfracteur de 13 pouces. Des paires de photographies exposées dans le temps sont prises, puis examinées à l'aide d'un comparateur de clignotement, un dispositif permettant d'examiner de nombreuses plaques photographiques en succession rapide. Il s'agit d'un dispositif assez simple mais ingénieux pour voir tout objet en mouvement sur un fond contenant plusieurs milliers d'images d'étoiles. En avril de la même année, Tombaugh enregistre sans le savoir l'image d'un petit monde tournant autour du Soleil au-delà de Neptune. Pour la troisième fois, Pluton passe inaperçue. En 1915, Lowell l'avait enregistrée à deux reprises. Pendant la saison des pluies de l'été, Tombaugh cesse d'exposer des plaques et se met au travail pour étudier toutes celles qu'il a accumulées. Son plus gros problème était les hordes d'astéroïdes qui « passaient » sur les plaques et qu'il devait distinguer de toutes les planètes possibles. Tombaugh passe l'été à réfléchir à ses difficultés.
Vers la fin de l'été, il met en œuvre un nouveau plan. Le jeune astronome découvrit que s'il limitait ses expositions photographiques à la région du ciel directement opposée au Soleil, ou à la position d'« opposition » qui se trouve dans la nuit du ciel, cette stratégie permettrait une distinction beaucoup plus précise entre les astéroïdes relativement proches et toute planète ultra-neptunienne lointaine, sachant que le mouvement réel et apparent d'un corps planétaire, et donc la longueur de la traînée qu'il laisserait sur une photographie, est inversement proportionnel à la distance de l'objet par rapport au Soleil. Cependant, une autre précaution était d'une importance capitale. En raison de la géométrie de la position de la Terre et du Soleil pendant leur opposition, chaque planète extérieure semble s'inverser et se déplacer vers l'arrière dans le ciel pendant un certain temps. La longueur et la durée de cet arc rétrograde ou de cette boucle dépendent de la distance de chaque planète par rapport à la Terre et au Soleil. Elle est plus importante pour les planètes proches, comme Mars et les astéroïdes, et très faible pour les objets aussi éloignés que Neptune et au-delà. Le changement de direction d'une planète, qui passe du mouvement habituel vers l'est à un mouvement temporaire vers l'ouest, se produit à un point stationnaire, atteint quelque temps avant l'opposition au Soleil, puis à un second point stationnaire après l'opposition, où la planète reprend sa progression normale vers l'est avec les étoiles en toile de fond. Lorsqu'il passe par ses points stationnaires, même un astéroïde semble se déplacer si lentement que, pendant une semaine, il peut imiter le mouvement apparent d'une planète très éloignée. Cependant, près du point d'opposition, qui est le point situé au milieu entre les deux points stationnaires, un astéroïde typique est en mouvement apparent rapide vers l'ouest, et peut donc être facilement distingué de tout objet transneptunien. Ces considérations ont limité la bande de ciel à explorer à chaque période de lune noire à une étendue de 30 degrés en longitude céleste, à peu près à cheval sur l'écliptique, où l'on devrait trouver des planètes. En respectant scrupuleusement le point d'opposition réel, le déplacement d'une nuit à l'autre de chaque planète suspecte servait d'indice rapide de sa distance, puisque la majeure partie du mouvement rétrograde apparent était le reflet du changement constant de la position du Soleil par rapport à celle de la Terre. Il s'agissait d'une méthode ingénieuse qui permettait d'effectuer une recherche dans le ciel presque infaillible. Tombaugh commença donc par la constellation du Verseau, puis se dirigea vers les Poissons et le Bélier. En novembre, il photographie le Taureau et se rapproche de plus en plus de la constellation des Gémeaux. Le problème des astéroïdes est ainsi entièrement éliminé. Néanmoins, il s'agit toujours d'un processus fastidieux qui nécessite l'examen d'environ 50 000 étoiles par plaque.
Au cours de l'été dernier, l'un des astronomes qui était passé par Flagstaff et à qui l'on avait montré le projet lors d'une visite à l'observatoire, déclara sans ambages que le programme de recherche de planètes trans-neptuniennes était une perte de temps et d'efforts. En janvier, Tombaugh pointe son télescope vers l'étoile Delta Geminorum et expose trois plaques de la région, l'une le 21 janvier, l'autre le 23, et la troisième le 29. Ce n'est que le 18 février que Tombaugh a réellement étudié ces clichés. En fin d'après-midi de cette journée d'hiver, il remarqua le déplacement d'un petit objet surprenant. De plus en plus excité, il compara les trois plaques et trouva l'objet au bon endroit sur les trois. Après avoir estimé que le faible objet se trouvait à plusieurs millions de kilomètres au-delà de Neptune, il informa ses supérieurs de sa découverte l'après-midi même. Deux jours plus tard, par une nuit claire, le télescope principal de l'observatoire fut tourné vers Delta Geminorum et, à l'aide d'une carte de repérage, l'objet faiblement étoilé, qui s'était sensiblement déplacé par rapport à sa position sur la plaque, fut observé visuellement. Après avoir suivi l'objet pendant plusieurs semaines, les astronomes de l'observatoire Lowell ont envoyé un télégramme à l'observatoire du collège Harvard le 12 mars. Le 13 mars 1930, la découverte est annoncée au monde entier. Cette annonce coïncide avec le 75e anniversaire de la naissance de Percival Lowell, fondateur de l'observatoire qui porte son nom, et le 149e anniversaire de la découverte d'Uranus par William Herschel en 1781. Le public a assiégé l'observatoire Lowell pour obtenir des informations sur l'objet. Les journaux titrent : « Neuvième planète découverte aux confins du système solaire ; la première en 84 ans ». Un grand débat s'engage immédiatement sur le nom à donner à cette « nouvelle planète ». Des observations ultérieures ont montré que l'objet changeait de position parmi les étoiles, prouvant ainsi qu'il s'agissait d'un membre de la famille du Soleil. En comparaison, Neptune était brillante et, une fois les calculs terminés, il n'avait fallu que quelques minutes pour trouver cette planète en 1846, alors que Pluton avait nécessité de nombreuses années. Même après toutes les préparations mathématiques, associées à l'utilisation des meilleurs équipements et techniques de recherche, il a fallu plus d'un an à Tombaugh, qui était lui-même arrivé sur les lieux à la veille de l'aboutissement de l'entreprise, pour trouver ce petit monde insaisissable. Alors que la découverte d'Uranus a été l'une des plus grandes réussites de l'astronomie d'observation, et que la découverte de Neptune a été l'une des plus grandes réussites de l'astronomie mathématique, la découverte de Pluton est considérée comme l'une des plus grandes réussites scientifiques de l'astronomie photographique !
Les noms des planètes sont tirés des traditions mythologiques. Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne ont reçu leur nom dans l'Antiquité. Très tôt, le problème du nom d'une planète ne s'est plus posé jusqu'à la découverte d'Uranus en 1781. Uranus était le père de Saturne et, après une période d'hésitation, ce nom pour la planète de William Herschel est devenu universel. Ce précédent a suscité moins de débats lorsque Neptune, nommée d'après le frère de Jupiter, l'un des plus anciens athlètes olympiques, a fait son entrée 65 ans plus tard. Les désignations de satellites ont été accompagnées d'une plus grande controverse. Aujourd'hui, l'Union astronomique internationale nomme « officiellement » tous ces objets. Dans le cas de Pluton, c'est l'observatoire Lowell et son directeur, V. M. Slipher, qui ont eu la discrétion de nommer le nouvel objet. Selon Clyde Tombaugh, ce dernier a été « pressé de suggérer un nom pour la nouvelle planète avant que quelqu'un d'autre ne le fasse ». Très vite, les suggestions affluent du monde entier. Constance Lowell, la veuve de Percival qui avait retardé les recherches en intentant un procès, propose « Zeus », puis « Lowell », et enfin son propre prénom, mais aucune ne suscite l'enthousiasme. Un jeune couple a même écrit pour demander que la planète porte le nom de leur nouveau-né. Les noms mythologiques sont très présents. Cronus et Minerva figuraient en bonne place sur la liste. Il y avait aussi Odin, Perséphone, Atlas, Prométhée, Cosmos, Athénée, Hercule, Héra, Pax, Icare, et bien d'autres encore. La difficulté réside dans le fait que de nombreux noms mythologiques ont déjà été attribués aux nombreux astéroïdes. Pratiquement tous les noms féminins ont été utilisés, et les noms masculins sont généralement réservés aux objets dont l'orbite est inhabituelle. Parmi les nombreuses lettres qui ont été envoyées, l'une d'entre elles contenait une suggestion inspirée par une jeune Anglaise de 11 ans, Venetia Burney. La suggestion était « Pluton », roi du mystérieux royaume des ténèbres. Après un examen favorable quasi unanime, le nom de Pluton fut officiellement adopté lors d'une annonce faite par Slipher le 1er mai 1930. Ce nom était pleinement soutenu par son découvreur, Tombaugh, et n'a jamais été remis en question par la suite. Il est intéressant de noter que les deux premières lettres du nom sont les initiales de Percival Lowell et que les deux dernières sont les deux premières lettres du nom de famille du découvreur. Peut-être que la lettre « u » du milieu représentait le « monde souterrain » ! Tout cela semble si approprié ; une pure coïncidence ?
Après la découverte de Pluton par Tombaugh, Slipher l'encouragea à poursuivre ses techniques systématiques dans la recherche d'autres planètes lointaines. Avec le télescope de 13 pouces, la chasse se poursuivit entièrement autour du ciel, à une distance considérable de l'écliptique. Le programme de photographie et de clignotement des images est une tâche longue et difficile. En 1943, une grande partie du ciel avait été passée au peigne fin à la recherche de corps planétaires aussi peu lumineux que la 17e magnitude, mais aucune nouvelle planète suspecte n'a été trouvée. La pression de la Seconde Guerre mondiale a mis fin aux recherches. Néanmoins, quelque 1 600 nouveaux astéroïdes ont été marqués sur des plaques et plus de 1 800 étoiles variables ont été notées. En outre, un nouvel amas d'étoiles globulaires, six amas d'étoiles galactiques et 30 000 galaxies supplémentaires ont été comptabilisés comme des produits dérivés de la recherche. Pourtant, après tout cela, une seule comète a été trouvée. Sur la base des études de Lowell, on peut conclure qu'il n'existe pas d'autres planètes inconnues de quelque importance que ce soit, au-delà de Neptune, qui soient plus brillantes que la magnitude 16. Si c'était le cas, quelqu'un les aurait probablement découvertes bien avant 1930. En fin de compte, la découverte de Pluton témoigne davantage de la qualité de la recherche que de la validité des calculs. La rigueur de la chasse et les coïncidences ont compensé le caractère insaisissable de l'objet lui-même.
La découverte de Pluton a réservé des surprises. L'orbite de la nouvelle planète s'est révélée très inhabituelle. L'orbite de Pluton est très inclinée et remarquablement excentrée par rapport au Soleil. L'inclinaison de 17,2 degrés de l'orbite de Pluton par rapport au plan de l'écliptique est bien plus importante que celle de toute autre planète. Mercure détenait le record précédent avec seulement sept degrés. En outre, l'excentricité de l'orbite de Pluton, de 0,250, est également un record, dépassant de loin celle de Mercure, de 0,2056 . C'est pourquoi la distance totale de Pluton, de 2 700 000 000 milles du Soleil au périhélie à 4 600 000 000 milles à l'aphélie, est de 1 900 000 000 milles. Cette distance équivaut à vingt fois la distance entre la Terre et le Soleil, ou à la distance entre le Soleil et un point situé bien au-delà d'Uranus ! Au périhélie, Pluton croise l'orbite de Neptune, vue du dessus du système solaire. Cela ne signifie pas pour autant qu'une collision est imminente lorsque les deux planètes s'approchent en même temps du point d'intersection. L'inclinaison de l'orbite de Pluton est telle que là où les deux orbites semblent se croiser, l'orbite de Pluton l'entraîne bien en dessous de l'orbite de Neptune, ce qui sépare ces planètes d'une distance de 870 000 000 miles. De plus, il a été calculé que les mouvements réels de Neptune et de Pluton sont tels qu'ils ne se rencontrent jamais (actuellement) au point d'intersection, ni même près de ce point en même temps, du moins dans le cadre de leurs économies orbitales actuelles. Ainsi, la distance réelle la plus proche entre les deux planètes à l'approche « proche » n'est pas inférieure à 1 550 000 000 miles, ce qui équivaut à plus de seize fois la distance entre la Terre et le Soleil. Vue de Pluton, Neptune, à son maximum de luminosité, pourrait être à peine visible, peut-être pas plus brillante qu'une étoile de sixième magnitude. En fait, en raison de la géométrie particulière de son orbite, Pluton passe bien plus près d'Uranus que de Neptune. Pendant une vingtaine d'années, lors de son périhélie, Pluton reste plus proche du Soleil que Neptune. Le périhélie actuel de Pluton, en cours de 1979 à 1999, fait donc de Neptune la planète la plus éloignée du système solaire à l'heure actuelle. Neptune est la planète la plus éloignée du Soleil pendant environ dix pour cent du temps. Pluton n'était certainement pas la planète que Lowell ou Pickering avaient cherchée, puisque son orbite était considérablement différente de celle qu'ils avaient calculée. Le fait que Pluton se trouve dans la zone générale où les calculs avaient montré qu'elle se trouverait semble être plus une coïncidence qu'autre chose. Un mathématicien renommé, après avoir examiné l'analyse de Lowell, a estimé que la découverte de Pluton était un accident. La controverse sur la validité des prédictions s'est poursuivie, alimentée par l'ignorance de la masse de Pluton.
Si Pluton était effectivement la planète inconnue que les astronomes recherchaient, elle aurait dû avoir une masse au moins plusieurs fois supérieure à celle de la Terre. En effet, les premières estimations donnaient à Pluton une telle masse, mais un soupçon troublant est apparu très peu de temps après sa découverte. Sa magnitude n'était que de 14,90, ce qui était beaucoup trop faible. Lowell avait prédit un disque d'une seconde d'arc de diamètre avec une magnitude stellaire de 12. Lorsque les astronomes de l'observatoire Lowell ont observé Pluton pour la première fois avec la lunette de 24 pouces, aucun disque n'a pu être distingué, même si le champ de vision était bon. Un débat s'ensuivit pour savoir si la faiblesse de Pluton était due à sa faible réflectivité ou à sa petite taille. Si Neptune était à la position de l'aphélie de Pluton, sa magnitude serait d'environ 10. Pour que Pluton soit aussi peu lumineux, il faut qu'il s'agisse d'un objet très sombre ou qu'il soit considérablement plus petit que Neptune. Au départ, on pensait qu'elle était au moins de la taille de la Terre, mais au fil des ans, depuis sa découverte, sa taille n'a cessé d'être revue à la baisse. En 1950, l'astronome Gerard P. Kuiper a obtenu une vue de Pluton sous la forme d'un disque minuscule et, après avoir mesuré sa taille apparente, a calculé que son diamètre était de 3 600 miles, soit moins que la planète Mars. Les astronomes étaient réticents à croire ce chiffre et pensaient que Kuiper se trompait. Cependant, le 26 avril 1965, Pluton est passée devant une faible étoile, et si son diamètre avait effectivement été supérieur à celui de Mars, la lumière de l'étoile aurait été totalement occultée pendant l'« éclipse ». Comme l'étoile n'a pas été totalement bloquée, tous les doutes concernant la taille de Pluton par rapport à Mars ont été levés. D'après les dernières mesures, Pluton ne mesure que 1 420 miles de diamètre, ce qui ne représente que les deux tiers de la taille de notre Lune et à peine un cinquième de sa masse, puisqu'elle est manifestement constituée de roche et de glace. Pluton étant beaucoup moins lumineuse et moins d'un tiers de millième de sa masse que la planète hypothétique calculée à l'origine par Pickering ou Lowell, elle n'a, à toutes fins utiles, aucun effet sur Uranus ou Neptune. En fait, la Terre exerce une force gravitationnelle plus importante sur ces deux planètes que Pluton ne le fera jamais. Il est évident qu'un objet aussi petit que Pluton, qui ne s'approche jamais à moins d'un milliard de kilomètres d'Uranus ou de Neptune, ne peut expliquer les faibles écarts qui subsistent dans les orbites de ces deux dernières. Quoi qu'il en soit, Pluton n'est pas la planète dont la présence a été calculée par Lowell ou Pickering. La découverte de la lune de Pluton, Charon, et la détermination subséquente de la masse de Pluton ont éliminé Pluton comme coupable de toute déviation de l'orbite de Neptune. Cela ne supprime cependant pas ces déviations, elles existent toujours.
L'hypothèse selon
laquelle le système solaire a toujours fonctionné comme un système dynamique
fonctionnant parfaitement comme une horloge est, après tout, une hypothèse
probablement erronée. Le fait que les planètes soient fondamentalement bien
espacées, suivant des orbites presque circulaires et presque coplanaires sans
déviation, est peut-être trop souvent considéré comme allant de soi. Ces
dernières années, certains astronomes semblent avoir découvert des instabilités
inexpliquées d'une autre nature dans l'ensemble du système solaire. Des
irrégularités dans les mouvements des satellites planétaires, certaines lacunes
dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter, et même des «
pseudo-perturbations » dans les orbites des planètes du système elles-mêmes,
amènent les chercheurs à soutenir que ces instabilités sont le résultat
d'éléments intrinsèquement chaotiques dans ces systèmes dynamiques complexes. Le
système solaire présente également d'autres particularités, dont on ignore si
elles sont liées ou non. Il est intéressant de noter que Pluton tourne autour du
Soleil presque exactement deux fois pour trois révolutions de Neptune. Dans un
autre cas, Vénus, qui effectue une rotation rétrograde autour de son axe,
présente mystérieusement la même face à la Terre lors de conjonctions
inférieures successives. Il semble donc qu'il y ait, dans plus d'un cas, des
preuves remarquables d'une fonction de résonance entre les membres du système
solaire. Par ailleurs, dans un cosmos affecté par des taux de désintégration de
toutes sortes, cette nouvelle science pourrait peut-être expliquer les
perturbations d'Uranus et de Neptune qui n'ont pas encore été résolues et que
les astronomes n'ont pas encore prises en compte dans leur recherche de la «
Planète X ». L'état actuel des planètes extérieures et leurs effets manifestes
pourraient, après tout, être des conséquences « en aval » de facteurs initiaux
qui n'agissent plus. C'est ainsi que nous voyons Uranus « renversée » sur son
axe, Neptune « privée » de satellites, Pluton un « franc-tireur », et enfin la
ceinture d'astéroïdes transneptunienne qui vient d'être découverte. Tout cela
pourrait bien représenter la signature d'une catastrophe à l'échelle du système
solaire, au cours de laquelle le membre le plus éloigné aurait connu une fin
cataclysmique.
EXCENTRICITÉ DE L’ORBITE (À GAUCHE) ET INCLINAISON (À DROITE) DE PLUTON, ET ORIENTATION AVEC LE GRAND SATELLITE CHARON (EN BAS À DROITE)
Il a déjà été observé que la luminosité de Pluton fluctue sur une période d'un peu plus de six jours, ce qui correspond vraisemblablement à son taux de rotation et de corévolution avec son grand satellite. En notant le mouvement des deux objets autour de leur centre de gravité commun ( ), on a déduit que le satellite de Pluton, Charon, a un diamètre égal à la moitié de celui de Pluton et une masse égale à un dixième de celle de Pluton. Pluton a donc établi un autre record : sa lune est le satellite le plus massif du système solaire par rapport à sa planète principale. Les deux constituent essentiellement une « planète double ». À titre de comparaison, c'est comme si la Terre avait Mars pour lune. Charon a été découvert en 1978 à la suite d'un examen minutieux de « bourrelets » apparaissant régulièrement dans l'image de Pluton sur des plaques photographiques réalisées antérieurement. Les diamètres exacts de Pluton et de Charon, respectivement de 1 420 et 745 miles, ont été calculés à partir de la distance connue de Pluton, de la distance orbitale de Charon, qui se trouve à environ 12 000 miles de Pluton, et de la durée des éclipses entre les deux. Par un concours de circonstances fortuit, une « saison des éclipses », qui se produit une fois tous les 124 ans, s'est déroulée sur une période de plusieurs années à partir de février 1985, amenant la lune de Pluton directement devant et derrière Pluton depuis notre ligne de mire sur Terre. Au cours de cette rare occasion d'observer un certain nombre de transits inter-plutoniens, il a été possible de procéder à une analyse spectrale individuelle des deux corps et d'obtenir une indication de la variation de leur albédo de surface. En dehors d'une mission spatiale, la saison des éclipses a été la meilleure chose à faire pour être sur place, car elle a permis de remplacer de nombreuses spéculations sur Pluton et Charon par des connaissances solides. Les images de Pluton et de Charon obtenues récemment avec le télescope spatial Hubble révèlent les disques des deux planètes plus clairement que toutes les vues précédentes, et montrent la petite planète proprement séparée de son compagnon encore plus petit. En raison des différences de composition suspectées entre Pluton et Charon, ce dernier semblant plus proche des lunes de glace d'eau de Saturne, il semble évident que les deux petits mondes ne se sont pas formés ensemble.
La grande variation de la distance de Pluton par rapport au Soleil est à l'origine de quelques particularités intéressantes. De 1979 à 1999, lors de son passage au périhélie, Pluton « voit » le Soleil briller autant que Neptune, 1/900e de l'orbe solaire vu de la Terre, ou 500 fois plus que notre pleine Lune. En fait, en 1989, lors de son approche la plus proche, le Soleil est plus brillant sur Pluton que sur Neptune, car à ce moment-là, Pluton est plus proche du Soleil que Neptune (une distance presque équivalente à celle qui sépare Vénus du Soleil). Lorsque Pluton atteindra sa position d'aphélie en 2113, le Soleil n'apparaîtra qu'à environ 1/2500e de la luminosité qu'il a pour nous sur Terre. Même alors, le lointain Soleil plutonien brillera de la lumière de près de 200 pleines lunes. La célèbre comète de Halley atteint son aphélie à 3 250 000 000 miles, soit au-delà de Neptune et de Pluton à son périhélie. Cependant, la distance de la comète à ce point n'est que sept dixièmes de celle de Pluton à l'aphélie. Pour voyager suffisamment loin du Soleil pour voir l'« étoile » solaire qui n'est aussi brillante que la pleine Lune, il faudrait emprunter une comète qui s'éloignerait de 62 milliards de kilomètres du Soleil, soit treize fois et demie plus loin que Pluton ne s'éloigne jamais ! Cela ne représente qu'un peu plus d'un centième d'année-lumière. Pour voir le Soleil descendre en dessous du seuil de visibilité (sixième magnitude), il faudrait voyager jusqu'à un point situé à environ 50 années-lumière de l'orbite solaire.
L'origine de Pluton est depuis longtemps un sujet de spéculation privilégié. En raison de ses nombreuses caractéristiques irrégulières, cet objet ne semble tout simplement pas entrer dans la catégorie des planètes typiques. Entre autres, l'étendue intérieure de l'orbite très excentrique de Pluton touche le domaine de sa planète voisine, Neptune, d'une part, tandis que l'étendue extérieure de son orbite touche le domaine d'une possible ancienne planète, à près de 50 U.A., d'autre part. Il est intéressant de noter que de nombreux objets très faibles de 23e magnitude ont été découverts dans ce domaine lointain depuis la fin du mois d'août 1992. Ces objets étaient, bien sûr, bien au-delà de la limite de magnitude des recherches de Tombaugh dans les années 1930 et au début des années 1940. Ces morceaux de débris apparemment assez importants qui orbitent dans un flux plutôt circulaire autour du Soleil à environ 50 U.A. sont les objets de la « ceinture de Kuiper » récemment découverte, qui, en réalité, n'est probablement pas un « nuage de comètes » mais la deuxième ceinture d'astéroïdes du système solaire, composée de morceaux de planétésimaux qui sont le résidu d'un membre planétaire extérieur majeur du système solaire qui a été perturbé. Il semble possible que Pluton soit une victime, ou un survivant, d'une mésaventure qui a dû affecter cette région et le système solaire dans son ensemble. Depuis de nombreuses années, les astronomes ont constaté des similitudes assez étonnantes entre Pluton et Triton, la lune de Neptune 5. Les deux objets ont des orbites particulières, les deux corps ont à peu près la même taille et semblent être constitués de la même substance. Compte tenu du mouvement rétrograde très anormal de Triton autour de Neptune, certains astronomes ont supposé que Pluton était un satellite échappé de Neptune, surtout si l'on considère la possibilité qu'un événement calamiteux passé ait perturbé le système de satellites de Neptune et éjecté Pluton en même temps que Charon. Pluton semble appartenir à une sous-classe d'objets du système solaire qui comprend également l'« astéroïde » intrasaturnien-uranien Chiron, découvert en 1977, ainsi que Néréide, petit satellite secondaire excentrique de Neptune découvert en 1949, et Phoebe, satellite extérieur rétrograde excentrique de Saturne découvert en 1898. Ces cinq objets, y compris la paire de Pluton, pourraient être des satellites survivants de membres perturbés ou perturbés du système solaire. Ces facteurs, ainsi que d'autres déjà évoqués, continuent de soulever la question du statut planétaire de Pluton.
Si nous pouvions nous imaginer voyager dans un vaisseau spatial vers cette destination planétaire la plus lointaine à une vitesse cosmique typique de 20 fois la vitesse d'une balle de fusil surpuissante, soit 36 000 miles par heure, notre voyage vers Pluton nous prendrait bien plus de dix ans. Pour un visiteur arrivant à proximité de Pluton, l'une des conditions qu'il remarquerait en premier est sans aucun doute le froid extrême. À des températures proches du zéro absolu, presque toutes les substances sont gelées dans un état solide dur comme du granit. Seul un résidu de gaz existerait probablement dans l'atmosphère ténue de Pluton. Si nous faisions atterrir notre vaisseau spatial sur Pluton, nous constaterions que sa gravité est si faible qu'un membre d'équipage pesant 120 livres sur Terre pèserait moins de cinq livres sur ce monde étranger. En observant le ciel, nous verrions les étoiles et les constellations familières que nous connaissons sur Terre, mais dans des positions différentes par rapport au sol en raison de l'inclinaison axiale anormale de 50 degrés de Pluton par rapport à son plan orbital. Les étoiles brilleraient continuellement pendant le « jour » de Pluton, qui dure presque une semaine, bien que le Soleil illuminerait encore le sol avec une luminosité comparable à celle de la pelouse d'un stade de football en plein air la nuit. Le disque du Soleil serait indiscernable à l'œil, n'étant qu'un point lumineux, même s'il s'agit d'une source lumineuse très brillante, de magnitude -20, soit un million de fois plus brillante que Vénus dans le ciel crépusculaire de la Terre. Les objets projetteraient des ombres très nettes sur la surface de Pluton. Une éclipse de Soleil par Charon, la lune de Pluton, ne serait pas un processus d'obscurcissement progressif, comme le sont les éclipses solaires sur Terre, mais une plongée presque soudaine et instantanée dans l'obscurité, une obscurité qui durerait des heures et non quelques minutes comme lors de la totalité des éclipses terrestres.
ORBITE DE CHARON AUTOUR DE PLUTON, VUE DE LA TERRE, PENDANT UNE « SAISON D'ÉCLIPSES ». L'ENCART EN HAUT À GAUCHE MONTRE UN AGRANDISSEMENT DES CORPS ÉCLIPSÉS.
Dans un hémisphère de ce monde étrange, nous verrions Charon perpétuellement suspendu dans le ciel parce que les deux corps sont enfermés dans une configuration synchrone, c'est-à-dire que Pluton et Charon se font continuellement face alors qu'ils tournent autour d'un centre de gravité commun, comme les deux lobes d'un haltère maintenus ensemble par un arbre de connexion. Nous verrions Charon passer par des cycles de phases complets sans jamais quitter le ciel. En tant que grande lune stationnaire, Charon apparaîtrait d'une taille impressionnante, presque dix fois plus large que notre Lune vue de la Terre, bien qu'elle soit faiblement éclairée par le Soleil lointain. Compte tenu de la faible gravité de Pluton, il est assez étonnant que cette planète ait un satellite. Si l'orbite de la Lune terrestre était à la même distance de la Terre que l'orbite de Charon est à la même distance de Pluton, la Lune ferait le tour de la Terre en quelques heures. Comme indiqué précédemment, la taille de Pluton et de Charon est si proche que l'on parle parfois d'une planète double. En fait, on ne devrait plus parler de Pluton comme d'un « il », mais d'un « ils » ! Les deux semblent avoir la même caractéristique essentielle : de grosses roches glacées. Si l'on se tenait à la surface de Pluton et que l'on regardait vers la Terre, on verrait une faible étoile de quatrième magnitude, jamais à plus de deux degrés d'un côté du Soleil, et généralement perdue dans son éblouissement. Un télescope puissant serait nécessaire pour résoudre le disque d'une demi-seconde d'arc de la Terre. Cela reviendrait à regarder un objet de l'épaisseur d'un cheveu humain à une distance de 6 mètres.
Avant 1978, Pluton était considérée comme une planète terrestre dense et sombre, qui s'était retrouvée dans les confins du système solaire. Ensuite, on l'a décrite comme une boule de neige de méthane relativement petite et de faible densité, contenant peut-être de l'ammoniac et d'autres impuretés. Sa surface est très réfléchissante mais irrégulière, avec des taches sombres que certains considèrent comme des dépressions ou peut-être même des brûlures d'explosion. La composition de la surface et de l'atmosphère de Pluton a été encore plus récemment affinée par spectroscopie pour inclure une quantité écrasante d'azote plutôt que de méthane, avec des traces de monoxyde de carbone gelé, tous deux existant sous forme de gravier de la taille d'une bille ou de feuilles fortement fracturées. La présence de glace d'eau ou de dioxyde de carbone gelé n'a pas encore été confirmée sur la surface glacée de Pluton. La sublimation de ces glaces pourrait produire l'atmosphère ténue de Pluton, dont on pense qu'elle s'épaissit pendant la saison « chaude » de Pluton, lorsque la planète est la plus proche du Soleil, bien qu'il s'agisse probablement d'un simple « brin » dont la pression de surface ne représente que 150 millionièmes de celle de la Terre. La magnitude stellaire de Pluton a été calculée comme étant 14,8 en moyenne, 15,9 au minimum et 13,7 au maximum, en fonction de sa distance. Cependant, depuis sa découverte, la planète a connu une diminution anormale de sa luminosité, ce qui est contraire à ce que l'on pourrait attendre puisqu'elle est maintenant plus proche de nous que jamais. On peut penser qu'à mesure que Pluton s'approche de la chaleur du Soleil, une partie de sa glace brillante « fond » ou se sublime, laissant apparaître des roches plus sombres.
À la fin de notre « visite » du système solaire externe, nous réalisons que, plus de 60 ans après sa découverte, Pluton est restée un mystère à la frontière du système planétaire. Sa taille, sa masse, sa densité, la composition de sa surface et son albédo, qui ont fait l'objet de spéculations et de débats pendant si longtemps, n'ont été déterminés que récemment avec un certain degré de précision. Même si ce tout petit monde n'est rien d'autre qu'un gros astéroïde transneptunien, la fascination que cet objet a exercée sur les astronomes, ou les mystères qu'il cache encore, rendent l'insaisissable Pluton encore plus paradoxale et intéressante. Même si Pluton est la seule planète qui n'a pas encore été visitée par une sonde spatiale, la vision de Triton, la lune de Neptune, par Voyager II nous a peut-être déjà donné un aperçu de ce qu'est Pluton. L'héritage de Pluton est peut-être bien plus précieux pour la science en général et l'astronomie en particulier que nous ne le pensons, alors que nous explorons les confins inexplorés du système solaire et que nous examinons les modifications traumatisantes qu'elle a apparemment subies depuis sa création. Le point d'aphélie de Pluton, à près de 50 UA, se situe dans le même domaine que l'orbite de l'hypothétique planète ''X'', prédite à l'origine de manière raisonnable, sur la base de la formule de Bode pour l'espacement systématique des planètes. Cette règle était très cohérente jusqu'à Uranus et, dans une moindre mesure, jusqu'à Neptune. Peut-être, et seulement peut-être, ces énigmatiques fragments ultra-neptuniens qui gisent dans la ceinture découverte aujourd'hui à 50 UA sont-ils les vestiges réels de cette planète sentinelle qui marquait autrefois la frontière extérieure du système solaire. Si une telle planète existait encore aujourd'hui, c'est elle, et non Pluton, qui aurait été notre « neuvième » planète. Pluton a probablement rencontré certains de ces fragments, à un moment ou à un autre, et est probablement un monde meurtri. Il est étonnant que Charon n'ait pas déjà été éjecté de son orbite par Pluton. Encore une fois, le volume de l'espace à cette distance est si vaste comparé à l'espace occupé par les astéroïdes dans le système solaire interne que la probabilité que Pluton ou sa lune soit effectivement frappée par un très gros débris est comparable à la probabilité d'une collision entre deux barques placées au hasard dans l'océan Pacifique.
Les planètes sont les étoiles itinérantes du ciel que le Tout-Puissant a créées parmi les petites lumières pour éclairer et réconforter notre monde. Les anciens les avaient nommées d'après leurs dieux, qui étaient probablement les êtres déchus qui ont commis l'atrocité décrite dans la Genèse 6:1-4, et ceux qui ont inspiré les traditions mythologiques anciennes qui ont survécu jusqu'à aujourd'hui. Le fait qu'il ait créé quelques planètes invisibles peut sembler inutile à première vue. Pourtant, il semble que ces orbes célestes du domaine planétaire aient un but plus élevé. Dans les Ecritures, il semble y avoir une relation implicite entre l'armée angélique des cieux et les luminaires célestes dans lesquels ces êtres doivent aller et venir. Que ces lieux soient habités par des anges du royaume de la gloire semble non seulement raisonnable mais probable, surtout lorsque l'Écriture déclare : « LES cieux donc et la terre furent achevés, avec toute leur armée »(Genèse 2:1). Il nous est clairement dit que la terre a été aménagée pour servir d'habitation à l'homme (Isaïe 45:18), tandis qu'il est évident que l'armée céleste habite dans les cieux étoilés et dans les royaumes invisibles de Dieu. Certes, si nous devons être comme un enfant pour entrer dans le royaume de Dieu, nous pouvons aussi, avec une foi d'enfant, croire ce que Dieu a dit au sujet de sa création et du royaume étoilé au-dessus de nos têtes. Comme le lecteur des Écritures le verra, la Parole de Dieu a beaucoup à dire sur l'astronomie et, après une étude attentive, elle se révélera, à tous égards, d'une importance stratégique pour le scientifique croyant dans sa compréhension du cosmos. Certitude, le domaine transneptunien confirme la création divine unique non seulement de la Terre, mais aussi des planètes et de l'ensemble du cosmos. Comme la révélation de Dieu touche à l'astronomie, il est possible de développer des modèles et des prédictions sensés dans cette science des plus merveilleuses.
Pluton est la seule planète qui représente un véritable défi pour l'astronome d'arrière-cour équipé d'un télescope de taille moyenne. Même au plus fort de sa luminosité, à la magnitude 13,7, Pluton est encore cent fois plus faible que Neptune et nécessite un télescope d'une ouverture d'au moins 10 pouces pour l'apercevoir comme une minuscule tache de lumière, et seulement après avoir fait l'effort difficile de la trouver. Depuis sa découverte dans la constellation des Gémeaux en 1930, et après avoir mis des années à traverser chaque constellation suivante, Pluton se déplace actuellement lentement vers l'est à travers la Vierge. Des cartes de repérage indiquant sa position parmi les étoiles sont généralement publiées dans les principales revues astronomiques. La nuit du 4 au 5 mai 1989, Pluton s'est approchée au plus près de la Terre, ce qui signifie qu'elle n'a jamais été aussi brillante, et donc aussi accessible aux télescopes amateurs. Alors qu'aujourd'hui un observateur équipé d'un télescope de 10 pouces d'ouverture peut la voir, en 2113, lorsque Pluton sera le plus éloigné à son aphélie dans la constellation de Cetus, un instrument de 20 pouces sera nécessaire pour la révéler. Cette cible télescopique insaisissable, mais très attrayante et stimulante, offre un spectacle spectaculaire si l'on sait ce que l'observateur d'arrière-cour voit réellement lorsqu'il la regarde à travers la loupe d'un télescope astronomique.