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Est-ce difficile de trouver la planète 9? – Notre espace – Medium

Est-ce difficile de trouver la planète 9? - Notre espace - Medium


Représentation artistique de la planète 9 en tant que géant de la glace.

Depuis le début des années 90, l’humanité a fait preuve d’une habile capacité à identifier des planètes extérieures à notre système solaire. À ce jour, nous avons confirmé l’existence de 3 946 mondes de ce type, répartis sur près de 3 000 systèmes planétaires différents. En utilisant diverses méthodes de découverte, nous avons pu déduire avec précision les rayons et les masses de plusieurs de ces objets, dont certains présentent même une ressemblance frappante avec le point bleu pâle que nous appelons chez nous. Dans notre quête de la découverte des exoplanètes, nous avons appris que les planètes de la galaxie sont plus courantes que les grains de sable sur les plages de la Terre. Avec l'ajout du télescope spatial Kepler à notre arsenal de chasseurs d'exoplanètes, il semblait qu'aucune planète résidant dans notre arrière-cour cosmique ne pouvait rester longtemps cachée à l'humanité.

Ensuite, une étude de 2016 a proposé l’existence d’une planète beaucoup plus proche de chez nous. Sur la base des orbites alignées très improbables de plusieurs objets de la ceinture de Kuiper (KBO), deux astronomes de Caltech ont conjecturé une nouvelle planète; pas un dans notre arrière-cour cosmique, mais plutôt un droit sur notre propre porte. Surnommé Planet 9, l’objet proposé nécessiterait une masse environ 10 fois supérieure à celle de la Terre, et une orbite très elliptique l’introduira dans les trajectoires que nous observons aujourd’hui. Puisqu'il faudrait des milliers de passes pour qu'une telle planète puisse propulser un grand nombre de KBO sur des orbites elliptiques, on suppose que la planète 9, si elle existe, se cache toujours dans la ceinture de Kuiper, bien au-delà de l'orbite de Pluton.

Un diagramme des orbites des KBO alignés, l’orbite proposée de Planet 9 montrée en orange.

Aussi excitant soit-il de spéculer sur l’existence d’une autre grande planète dans notre propre système solaire, une question peut-être plus prudente qui appelle une réponse est la suivante: pourquoi n’avons-nous pas encore trouvé Planet 9? La dernière planète à avoir été découverte, Neptune, l’a été il y a près de deux siècles à l’aide d’une lunette astronomique réfractaire de 4,3 mètres; un grossissement inférieur à 20. Bien que nous soyons un peu plus près de nous que la planète 9, Neptune cède tout de même un rayon similaire à celui de la nouvelle planète proposée. Il est certain que 200 ans de progrès scientifiques et technologiques nous permettraient de repérer une planète légèrement plus petite que Neptune un peu plus loin dans le système solaire, alors que donne-t-il?

Le niveau de difficulté pour la découverte de nouveaux objets du système solaire peut être principalement attribué à quatre facteurs majeurs concernant l’objet:

  1. Diamètre angulaire - Quelle taille l'objet apparaît-il de la Terre?
  2. Magnitude apparente - Luminosité de l'objet depuis la Terre
  3. Mouvement relatif - À quelle vitesse l'objet semble-t-il se déplacer depuis la Terre
  4. Caractéristiques orbitales - Où l'objet apparaît dans le ciel depuis la Terre

Dans cet article, je vais utiliser ces facteurs pour déterminer à quel point il est difficile de repérer Planet 9 à l’aide de la technologie moderne et pour expliquer pourquoi nous n’avons pas été en mesure de le trouver aussi facilement que d’autres organismes, tels que Neptune et Pluto. Cela permettra de déterminer si le monde pourrait encore se cacher aux abords de notre système solaire ou si son existence peut être entièrement écartée. Enfin, cet article est réalisé en collaboration avec Ella Alderson, une extraordinaire écrivain du moyen espace, qui a rédigé son propre article sur les dernières mises à jour sur l'état actuel de Planet 9 dans la communauté de l'astronomie. Je vous encourage vivement à consulter notre article, que je relierai en bas.

Alors, à quel point est-il difficile de trouver la planète 9?

1. Diamètre angulaire

Imaginez que vous essayez de repérer un ballon de football sur la Terre à partir d'un avion commercial à une altitude de croisière. C'est comment grand Neptune apparaît dans le ciel depuis la Terre. Neptune fait en moyenne plus de 27 fois le diamètre angulaire de Pluton, ce qui fait de Pluton l’équivalent proverbial d’un pois dans l’exemple ci-dessus.

Quelle est la taille moyenne de chaque planète depuis la Terre, avec une comparaison entre Pluton et Neptune à droite.

Pour déterminer le diamètre angulaire de Planet 9, nous devons envisager différentes possibilités. Premièrement, bien que la masse de la planète 9 ait été estimée de manière assez fiable, déterminer le rayon du monde est un peu plus équivoque. En effet, la planète 9 se situe dans une catégorie de taille située entre Terre et Neptune, appelée «super-terres». Nous n'en savons pas encore assez sur l'évolution de cette classe étrangère d'exoplanètes, car un tel analogue n'existe pas dans notre système solaire. La planète 9 pourrait être une planète compacte et monstrueuse, ou un monde à gaz diffus, semblable à un mini Uranus ou Neptune. Cet écart permet à son rayon estimé de osciller entre 2 et 4 fois celui de la Terre; une variance remarquable quand il s’agit de repérer un monde aussi lointain que Planet 9.

Et cela nous amène à la deuxième difficulté de déterminer le diamètre angulaire de la planète 9; distance. La plupart des planètes gravitent autour d'orbites presque circulaires, leur distance par rapport au Soleil demeurant pratiquement inchangée au cours de l'année. On estime toutefois que la planète 9 s’éloigne du Soleil jusqu’à 1 200 UA, pour ensuite replonger à l’intérieur jusqu’à 200 UA. Cela signifie que la planète 9 apparaîtra 6 fois plus grande à son périhélie qu'à son aphélion. Parce que nous ne savons pas où se trouve la planète 9 sur son orbite et que nous n’avons aucun moyen de déterminer son véritable rayon, nous devrons tenir compte de toutes les possibilités pour déterminer à quel point le monde peut être difficile à détecter avec la technologie moderne.

Curieusement, la planète 9 a un diamètre angulaire moyen similaire à celui de Pluto. Du point de vue optimiste, le monde peut paraître plus de 4 fois plus grand que le diamètre de Pluton, ou aussi petit que 1/3. Il est intéressant de noter que la résolution angulaire optimale du télescope spatial Hubble ne permettrait à Planet 9 qu'une résolution maximale de quelques pixels sur sa caméra CCD. Cependant, le monde pourrait encore être confirmé s’il est assez brillant…

Les photos de Pluton de Hubble (comme celle-ci) sont en réalité une compilation de plusieurs dizaines, voire de centaines d'images empilées pour obtenir une résolution de cette qualité. En réalité, Pluto n’apparaît qu’environ 2,4 pixels sur le CCD de Hubble.

2. Magnitude apparente

Dans le domaine de l’astronomie, la taille n’est pas tout. Si quelque chose brille suffisamment, même s'il est trop petit pour être résolu, nous pouvons capturer sa lumière et en déterminer quelque chose. Pour les stars, c'est facile. Une lumière intense est émise par les surfaces des étoiles, où elle se déplace alors en grande partie non perturbée jusqu’à nos yeux ou par des télescopes que nous pouvons observer. Pour les planètes, le processus n’est pas aussi simple. La lumière qui quitte l’étoile hôte de la planète diminue de façon exponentielle avec la distance, à mesure que la lumière se propage dans l’espace. Au moment où cette lumière atteint une planète lointaine, son intensité a considérablement diminué. L’atmosphère de la planète absorbe alors une fraction de cette lumière avant que le reste ne puisse se refléter dans l’espace. La lumière est encore de manière exponentielle à son retour, avant de pouvoir enfin atteindre nos yeux et nos télescopes.

Neptune a en moyenne une magnitude apparente comparable à celle d’une ampoule de 60 W au sommet de la Willis Tower à Chicago depuis l’Empire State Building à New York (sans tenir compte du terrain). Pluton est 800 fois moins lumineux que cela, déplaçant l'ampoule susmentionnée de 60 W sur l'orbite géosynchrone, distante de plus de 30 000 kilomètres. En ce qui concerne la détection de la planète 9, un objet dont la moyenne est 18 fois plus éloignée que celle de Pluton, son ampleur apparente peut se révéler être un obstacle important.

Même en présentant son plus grand rayon possible lors de son passage le plus proche du Soleil, la planète 9 serait toujours plus sombre que Pluton. Le monde lointain aurait en moyenne moins de 1 / 700e de la luminosité de Pluton, mais ses caractéristiques les plus pessimistes lui donneraient une luminosité environ 15 000 fois inférieure à celle de la petite planète. La luminosité de ce dernier scénario est à peine supérieure à la magnitude limite du Hubble lui-même, et est en fait plus faible que 70% des toutes les étoiles dans la galaxie de la voie lactée de la Terre! Même si nous avions la chance de le capturer dans le cadre de Hubble, Planet 9 serait probablement noyé d’une image par une étoile d’arrière-plan plus brillante.

Il existe cependant une autre forme de lumière que les planètes peuvent émettre; non pas la lumière réfléchie par leurs surfaces, mais plutôt la lumière générée au plus profond des planètes elles-mêmes. Les géantes gazeuses sont des mondes gigantesques dont l’intérieur est comprimé par d’énormes pressions gravitationnelles. Ceci, combiné à la nature dynamique des mondes gazeux, confère à de nombreuses planètes géantes des émissions lumineuses dans le spectre infrarouge de la lumière. La plupart des géantes de gaz et de glace de notre système solaire sont en réalité quelques fois plus lumineuses dans le spectre infrarouge que dans le spectre visible, ce qui les rend plus faciles à voir avec les télescopes à longues longueurs d'onde.

Jupiter en lumière infrarouge, de l'observatoire Gemini.

Uranus constitue une exception flagrante à cette tendance. Pour des raisons encore inconnues, Uranus semble ne présenter presque aucune chaleur interne. Il est possible que Planet 9 ressemble à Uranus, auquel cas nous devrons nous fier à la lumière visible pour la découvrir. Si cela ressemble plus aux 3 autres planètes gazeuses de notre système solaire, Planet 9 pourrait générer de la chaleur infrarouge à un taux de 500 fois supérieur à l’intensité moyenne reçue par la lumière visible du Soleil. Si cela est vrai, observer la planète 9 deviendrait beaucoup plus réalisable.

3. Mouvement relatif

Regarder des objets distants du système solaire se déplacer est une tâche fastidieuse. Il faut 3,4 minutes à Pluton pour traverser la distance relative de 1 pixel sur le CCD Hubble. Pour que les scientifiques puissent réellement vérifier le mouvement du monde minuscule, Pluton a parcouru la distance de son diamètre angulaire, en s’éloignant complètement de sa propre section transversale. Du fait que Pluton mesure environ 2,4 pixels de diamètre, il faut prendre deux photos à plus de 8 minutes d’écart pour confirmer qu’il s’agit bien d’un objet du système solaire mobile. Imaginez l'exemple d'avant de voir le pois de l'avion de ligne commercial, seulement maintenant que le pois se déplace… à un taux de 0,0000062 mètres par seconde… et vous devez le voir bouger.

Bien que similaire en taille angulaire à Pluton, la planète 9 se déplacerait beaucoup, beaucoup plus lent dans le ciel. Au périhélie (le point le plus rapide de son orbite), il faudrait encore plusieurs heures à Planet 9 pour se dégager de sa silhouette et discerner son mouvement. À Aphelion, ce même phénomène pourrait prendre plus d'une journée!

4. Caractéristiques orbitales

Une dernière difficulté à trouver Planet 9 serait ses caractéristiques orbitales atypiques. Pluton a peut-être été retrouvé par accident, mais sa découverte n'a pas été complètement fortuite. Lors de la recherche de nouveaux objets du système solaire, les scientifiques ont tendance à observer à proximité du plan orbital du système solaire, car la plupart des objets en orbite autour du Soleil le font à quelques degrés de ce plan. À la date de sa découverte, Pluton était presque exactement sur cet avion; un phénomène qui ne se produit que pour elle à peu près une fois par siècle environ. La planète 9, qui aurait également une inclinaison très élevée au-dessus du plan du système solaire, pourrait avoir une période orbitale supérieure à 18 000 ans! Cela lui donne une probabilité minuscule d'approcher de l'écliptique aujourd'hui, ce qui exclut probablement une découverte accidentelle.

Le plan orbital des planètes. Notez la proximité de Pluton avec le plan orbital en 1931; à peine 1 an après sa découverte.

Conclusion

Hélas, découvrir des objets lointains du système solaire est rigoureux, quelle que soit la façon dont vous le découpez, et Planet 9 ne ferait pas exception. Sur la base de ces chiffres, il est tout à fait possible que nous n'ayons pas découvert le monde géant, mais simplement parce que nous n'avons pas cherché aux bons endroits, ni aux bonnes longueurs d'ondes, ou que nous l'ayons manqué. entièrement. Au fur et à mesure que notre technologie d’observation grandira et évoluera, nous atteindrons éventuellement un point où l’existence de Planet 9 ne pourrait plus rester ambiguë. Ce sera à ce moment-là que nous découvrons la neuvième planète perdue de notre système solaire ou que nous dirigions nos télescopes ailleurs pour chercher le prochain grand mystère.

Comme promis, voici un lien vers l’article d’Ella! Je vous encourage fortement à le vérifier, et merci de le lire!

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