Ceinture de Kuiper
La ceinture de Kuiper est une zone du système solaire, s'étendant au-delà de l'orbite de Neptune, entre 30 et 50 unités astronomiques. Cette zone, en forme d'anneau, est sans doute composée de plus de 35 000 objets de plus de 100 km de diamètre, essentiellement situés dans le plan de l'écliptique. Sa masse totale est donc plusieurs centaines de fois supérieure à celle de la ceinture principale d'astéroïdes située entre Mars et Jupiter.
Il s'agit certainement des ultimes vestiges du disque d'accrétion à l'origine du système solaire. Les parties denses, à l'intérieur du disque, se sont condensées sous forme de planètes, alors que le bord externe, plus diffus, a produit un grand nombre de petits objets.
Un écrivain irlandais, astronome amateur, Kenneth E. Edgeworth avait publié des arguments similaires à ceux de Kuiper en 1943 et 1949. La ceinture est donc aussi quelquefois appelée ceinture d'Edgeworth-Kuiper en reconnaissance de sa contribution.
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Découverte
En 1992 un corps céleste, nommé (15760) 1992 QB1 est découvert au-delà des orbites de Pluton et Neptune. Dans la décennie suivante on en découvrit plusieurs centaines d'autres.
Ces objets sont un échantillon de la ceinture de Kuiper nommée ainsi en l'honneur de l'astronome Gerard Kuiper, le premier à en postuler l'existence dès 1951. Il l'avait alors décrite comme la source des comètes à courte période (celles qui tournent autour du Soleil en moins de 200 ans).
En effet les comètes perdent une partie de leur masse à chaque cycle, elles ont donc une durée de vie limitée. Par exemple la comète de Halley, qui consomme un dix millième de sa masse à chaque révolution, a une durée de vie estimée de 500 000 ans, bien inférieure à l'âge du système solaire.
Depuis les travaux de Jan Oort en 1950, on sait que les comètes à longue période de révolution proviennent d'une zone extrêmement éloignée du soleil nommée Nuage d'Oort. Cette zone est si lointaine que l'influence du soleil y est minime, la simple gravité d'une étoile passant à proximité pouvant suffire à perturber l'orbite des corpuscules qui le composent et éventuellement les transformer en comètes à longue période.
On supposait donc que les comètes à courte période étaient d'anciennes comètes à longue période dont la trajectoire avait été modifiée par l'action des planètes. Cette hypothèse n'expliquait cependant pas pourquoi les comètes à courte période avaient presque toutes une trajectoire dans le plan de l'écliptique alors que les comètes à longue période entrent dans le système solaire avec des angles quelconques.
En 1970, Paul Joss calcule que le mécanisme de modification de
l'orbite d'une comète par une planète du système solaire est hautement
improbable. Ces calculs seront confirmés par les simulations de
Martin Duncan et Scott Tremaine en 1988. Pour ces
astrophysiciens, cela revient à confirmer la théorie
de Kuiper, qui postulait que les comètes à courte période viennent d'un
anneau situé dans le système solaire externe. Notons que cela ne contredit en
rien l'existence constatée des familles de comètes à courte période : les
planètes géantes (surtout Jupiter) capturent bel et bien
des comètes - ce n'est que leur provenance qui est affectée.
Depuis la découverte de (15760) 1992 QB1, premier objet observé dans la ceinture de Kuiper, il est admis que les comètes à courte période proviennent de l'érosion progressive de cette ceinture par Neptune.
Enfin, la découverte de la ceinture a sans doute marqué la fin de la recherche de la planète X, censée suivre la neuvième planète Pluton. La présence de la ceinture explique à elle seule les anomalies orbitales de Neptune et d'Uranus. De plus le mécanisme de formation de la ceinture semble incompatible avec la concentration de matière nécessaire à la formation d'une planète.
Objets
Les objets de la ceinture de Kuiper sont notés KBO (pour Kuiper Belt Objects) ou parfois TNO (Trans-Neptunian Objects, objets transneptuniens).
En 2004, on en connaissait déjà près de 800, classés en plusieurs types :
- Les objets « classiques » (en anglais Classical Kuiper Belt Objects [CKBOs]) appelés cubewanos, dont 28978 Ixion, (47171) 1999 TC36 (qui possède un compagnon) et 50000 Quaoar (le plus gros connu, avec ~1280 km de diamètre)
- Les plutinos (en anglais Plutinos Kuiper Belt Objects ou [PKBOs]), objets en résonance 2:3 avec Neptune, dont Pluton est le plus gros
- Les objets dans d'autres résonances que les plutinos : 1:2, 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 ou 4:7
- Les objets épars (en anglais Scattered Kuiper Belt Objects [SKBOs] ou Scattered Disk Objects [SDOs]), qui ont une orbite très excentrique, avec un rayon minimal proche du bord interne de la ceinture. Il est probable que les orbites de ces objets ont été perturbées, sans qu'on puisse dire par quel objet. Depuis 1999, on connaît suffisamment d'objets de ce type pour pouvoir parler d'une classe d'objets distincts des plutinos et des « classiques ». Quelques représentants de cette famille : (15874) 1996 TL66 ou (55565) 2002 AW197 qui, avec ses 724 km, est le plus gros SKBO connu à ce jour.
- Enfin, un certain nombre d'objets ne rentrent dans aucune de ces catégories.
Hormis les comètes, d'autres objets du système solaire proviennent sans doute de cette région. On estime ainsi qu'il est probable qu'un groupe d'astéroïdes particulier, les Centaures, soit originaire de la ceinture de Kuiper. L'un d'eux, 2060 Chiron, est d'ailleurs une comète active.
Controverse sur le statut de planète de Pluton
Il est aujourd'hui généralement admis que Pluton soit le plus gros représentant de la ceinture de Kuiper. En effet, plusieurs autres corps de cette ceinture ont une orbite qui croise celle de Neptune avec une configuration stable semblable à celle de Pluton.
Par ailleurs la composition chimique de Triton, le plus gros satellite de Neptune est très proche de celle de Pluton, ce qui semble indiquer une origine commune. Il est donc possible que ces deux corps aient eu leurs orbites modifiées par la géante gazeuse. Enfin, en 2002 a été découvert dans la ceinture de Kuiper un nouvel objet, 50000 Quaoar, qui vola à l'astéroïde 1 Cérès son titre de plus gros corps du système solaire après Pluton (hormis les satellites naturels des planètes). La taille de la planète devient donc moins exceptionnelle par rapport aux composants de la ceinture.
À contrario, certain estiment que 20000 Varuna, 28978 Ixion et 50000 Quaoar devraient être classés comme planètes. Cela pose cependant un certain nombre de problèmes. Par exemple si l'on considère la taille de ces trois objets :
- Il n'existe pas de séparation nette entre ces trois corps et les autres KBO. Il existe par exemple des objets à peine plus petits que 20000 Varuna.
- Il est probable qu'à l'avenir au moins une centaine d'autre objets du même ordre de grandeur seront découverts dans la ceinture de Kuiper.
- 20000 Varuna n'est pas plus gros que l'astéroïde 1 Cérès, qui n'est pas considéré comme une planète.
Cette controverse devrait permettre à terme de préciser la définition de ce qu'on appelle une planète.
Néanmoins, même si aujourd'hui Pluton ne recevrait plus le titre de planète, il a été décidé de le garder par convention. Il est peu probable que cette convention soit sérieusement remise en question tant qu'aucun objet de la ceinture de Kuiper ne dépasse en taille la neuvième planète.
Composition
Il est difficile de connaître la composition d'objets si lointains. Néanmoins, plusieurs analyses spectroscopiques ont pu être faites. Certains objets, tel (15789) 1993 SC, semblent recouverts de méthane et d'autres hydrocarbures légers. D'autres, tel (19308) 1996 TO66, semblent avoir de la glace d'eau à leur surface.
Pour l'instant, c'est tout ce qui est connu. De futurs survols par des sondes interplanétaires pourraient permettre un élargissement de nos connaissances à leur sujet.
Limite extérieure de la ceinture de Kuiper
Depuis 1998, un net déficit est apparu dans le nombre d'objets observés au-delà de 47 ua. Cela ne semble pas être un biais de l'observation, et bien que tous les scientifiques ne soient pas d'accord, cela semble indiquer que la ceinture de Kuiper se termine vers 50 ua.
Cela ne signifie pas qu'aucun objet n'existe plus loin, ni n'exclut l'existence d'une deuxième ceinture de Kuiper plus éloignée. En fait, en 2004, la découverte de 90377 Sedna semble confirmer l'existence d'objets entre la ceinture de Kuiper et le lointain nuage d'Oort.
Liens externes
- Astrofiles : La ceinture de Kuiper
- http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/TNOs.html liste des objets de la ceinture de Kuiper
- http://www.ifa.hawaii.edu/faculty/jewitt/kb.html la page, en anglais, de l'un des deux découvreurs de (15760) 1992 QB1, le premier objet de la ceinture de Kuiper découvert (mis à part Pluton et Charon)
- http://www.obs-nice.fr/michel/CommuniqueKuiper.htm
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