PLUTON (planète naine)

Composition et structure de l’atmosphère de Pluton

Lors de l'occultation d'une étoile de la constellation de la Vierge par Pluton, le 9 juin 1988, l'affaiblissement du flux lumineux stellaire a permis de mettre en évidence la présence d'une atmosphère ténue – qui avait été possiblement détectée quelques années auparavant – constituée essentiellement de diazote. Sa composition s’est précisée au cours des occultations suivantes et lors du passage de la sonde New Horizons en juillet 2015 : 90 % de diazote, un peu moins de 10 % de monoxyde de carbone et des traces de méthane et autres composés organiques.

En 2015, se trouvant à environ 32 ua du Soleil, Pluton est alors entourée d’une atmosphère de plus de 1 000 kilomètres d’épaisseur constituée de deux grandes enveloppes : la haute atmosphère, au-delà de 25 kilomètres, principalement composée de diazote et caractérisée par une température constante de l’ordre de –180 °C ; la basse atmosphère, riche en méthane, se distinguant par l’augmentation de sa température avec l’altitude, qui passe de –230 °C au sol à –170 °C à 25 kilomètres. La pression atmosphérique au contact de la surface solide de Pluton est de l’ordre de 1,2 pascal (Pa) environ.

Lorsque la sonde New Horizons est passée dans l’ombre de Pluton, lors de l’occultation du Soleil par la planète naine, elle a révélé la présence de brumes, de couleur bleutée, distribuées en une vingtaine de fines couches d’une épaisseur de quelques kilomètres et s’étendant jusqu’à 200 kilomètres d’altitude au-dessus de la surface solide.

La composition et la taille des particules constituant ces brumes font l’objet de nombreuses études, et pourraient être des composés organiques. Les brumes basses (entre 5 et 15 km au-dessus de la surface) seraient probablement issues de la condensation de produits provenant de réactions photochimiques (réactions chimiques dues au rayonnement ultraviolet). Au-delà de 15 kilomètres d’altitude, les compositions et les processus de formation des couches de brumes restent incompris car les températures sont trop élevées pour permettre la condensation des produits organiques tels que les hydrocarbures et les nitriles.

De plus, dans la basse atmosphère, les nuages de méthane se forment difficilement à cause du faible rapport de mélange atmosphérique et du fort gradient de température qui empêchent toute condensation de méthane. Cependant, lorsque la glace d’azote à la surface solide de Pluton sublime, elle enrichit l’atmosphère d’azote froid, permettant la condensation de méthane. Les givres et neiges de méthane peuvent alors recouvrir les hauts sommets des reliefs montagneux.

Le rayonnement ultraviolet interagit également avec les molécules organiques de l’atmosphère plutonienne pour générer des tholins dont les dépôts à la couleur brun-rouge sont visibles à la surface de Pluton, notamment au niveau de l’équateur. En conséquence, les transformations chimiques et physiques (sublimation- condensation) des différents composants de l’atmosphère plutonienne sont complexes, mais elles semblent contrôlées par le gradient thermique de l’atmosphère.