Chaque fois qu'il passe devant une étoile, Pluton fournit de précieuses informations sur son atmosphère, précieux car les occultations par Pluton sont rares. L'enquête réalisée par les chercheurs de l'Observatoire de Paris sur plusieurs décennies d'observations paraît dans la revue Astronomie et astrophysique du 10 mai, 2019. Interprétée à la lumière des données collectées en 2015 par la sonde New Horizons, il leur permet d'affiner les paramètres physiques indispensables à une meilleure compréhension du climat de Pluton et à la prédiction des futures occultations stellaires par la planète naine.

Comme la Terre, L'atmosphère de Pluton est essentiellement composée d'azote mais la comparaison s'arrête là.

Au-delà de Neptune, Pluton met 248 ans pour faire une révolution complète autour du soleil. Au cours d'une année plutonienne, sa distance au soleil varie fortement de 30 à 50 au, conduisant à des cycles saisonniers extrêmes.

Avec des températures de surface extrêmement basses, moins de -230 °C (40 °K), il existe un équilibre solide-gaz, où une atmosphère ténue composée essentiellement d'azote coexiste avec des dépôts de glace en surface. Aujourd'hui, la vapeur d'azote est estimée stabilisée à une pression autour de 1,3 pascal (alors que la pression est d'environ 100 000 Pa sur notre planète).

En raison de son obliquité (l'angle formé entre l'axe polaire et le plan orbital) à 120 degrés, Les pôles de Pluton affrontent successivement un jour permanent pendant plusieurs décennies, puis une nuit permanente. Cela conduit à un cycle complexe de redistribution de ses espèces volatiles telles que l'azote, méthane et monoxyde de carbone. Ainsi Pluton a eu son équinoxe en 1988, avant de passer au périhélie (à 30 au) en 1989. Depuis, la planète naine s'est continuellement éloignée du soleil pour atteindre 32 ua en 2016, ce qui représente une perte de 25 pour cent de son ensoleillement moyen.

Naïvement, on peut s'attendre à une chute brutale de la pression atmosphérique. En réalité, le bilan gaz-glace de l'azote impose que pour chaque degré Kelvin perdu à la surface, la pression devrait diminuer d'un facteur deux.

Mais c'est exactement le contraire qui se produit. La preuve en est fournie par l'article paru dans A&A du 10 mai, 2019, et qui analyse une dizaine d'occultations stellaires observées en près de 30 ans, au printemps dans l'hémisphère nord de Pluton :la pression atmosphérique est multipliée par trois entre 1988 et 2016.

Ce scénario paradoxal était déjà envisagé par les modèles climatiques globaux (MCG) de Pluton depuis les années 1990, mais sans certitude, comme un scénario parmi tant d'autres. Plusieurs paramètres importants du modèle restaient à contraindre par les observations.

Ces observations d'occultations stellaires depuis la Terre, couplé avec des données collectées lors du survol de Pluton de la NASA New Horizons en juillet 2015, permettent maintenant d'écrire un scénario beaucoup plus précis.

New Horizons a cartographié la distribution et la topographie de la glace à la surface de la planète naine, révélant une vaste dépression de plus de 1000 km de diamètre et 4 km de profondeur, situé près de l'équateur entre les latitudes 25° S et 50° N, et appelé Spoutnik Planitia. Cette dépression emprisonne une partie de l'azote disponible dans l'atmosphère, formant un gigantesque glacier qui est le véritable "cœur" du climat de la planète naine, puisqu'il régule la circulation atmosphérique via la sublimation de l'azote.

En outre, les occultations stellaires permettent de contraindre l'inertie thermique du sous-sol du modèle, expliquant le déphasage de trente ans entre le passage au périhélie (1989) et la montée en pression encore observée aujourd'hui (Fig. 1). Le sous-sol a stocké la chaleur et la restitue progressivement. Les occultations contraignent également la fraction d'énergie solaire renvoyée dans l'espace (bond albédo) de la glace d'azote et son émissivité.

Finalement, ces observations éliminent la possibilité de la présence d'un réservoir d'azote dans l'hémisphère sud (actuellement en nuit permanente), ce qui produirait un maximum de pression beaucoup plus tôt que ce qui est observé (courbe magenta de la Fig. 1).

Cette étude est une belle illustration de la complémentarité entre les observations au sol et spatiales. Sans le survol de New Horizons, la distribution et la topographie des glaces resteraient inconnues, et sans surveillance à long terme de l'atmosphère, Les modèles climatiques de Pluton ne pouvaient pas être contraints.

Prédiction des occultations futures

Finalement, les occultations fournissent également 19 positions de Pluton entre 1988 et 2016, avec une précision inégalée de quelques milliarcsec (mas) dans le ciel. Une telle précision, possible grâce à la Data Release 2 de la mission européenne Gaia, permet aux auteurs de calculer une éphéméride de Pluton avec cette précision équivalente pour la prochaine décennie.

Ainsi, il sera possible d'observer d'autres occultations par Pluton et de surveiller son climat... Les modèles théoriques indiquent que l'atmosphère de Pluton est actuellement proche de son expansion maximale. Des observations futures pourraient confirmer ou infirmer cette prédiction. Allons-nous voir bientôt le début de ce lent déclin, qui devrait réduire d'un facteur vingt la pression atmosphérique de Pluton à la fin, et recouvrez sa surface d'une fine couche de « givre blanc ?