Ch.IV. Centaures et Objects Transneptuniens

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1 Ch.IV. Centaures et Objects Transneptuniens
E.Jehin 2009

2 Pluton et Charon : prédiction de la position d’une nouvelle planète sur base des perturbations de l’orbite d’Uranus (par Urbain Le Verrier)  découverte de Neptune par J.G. Galle 5 jours + tard - Orbite d’Uranus encore perturbée par une autre planète X ? Recherches de 1906 à 1916 par Lowell, en 1915 (non reconnue) « blink comparator » (Tombaught, Flagstaff) - Headlines : noms proposés: Minerva, Cronus , Pluto (Venitia Burney 11 ans) Pluto : dieu romain des enfers, PL (Percival Lowell)  Disney, plutonium… 1978 : découverte du gros satellite Charon  masse de Pluton de 1 m (1931), 1/10 m (1948) à seulement 0.24% de la Terre  Voyager (1989) Neptune : plus besoin planète X - Origine : satellite de Neptune échappé ?  Kuiper Belt Object (KBO) 1992 Orbite causée par la migration de Neptune vers KB (modèle de Nice) capture de Triton  ~ 1000 objects comme Pluton à l’origine Clyde Tombaught q=29.3 ua Q=49.3 ua e=0.25 P=248 ans i=17° résonance 2:3 avec Neptune (~500 ans) mv ~ 15.0 (13.7 périhélie) , Ø = " Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terre Albedo = (35% var., glace de méthane) σ ~ 2.0 g/cm3 (50-70% roches + 50%-30% glace) T ~ 45 K Surface : 98% N2 ice + CH4, CO ices Fine atmosphère (ocultation) : N2, CH4, CO Rotation : 6 jours 9h 1 gros satellite : Charon (1200 km) ~planète double (barycentre en dehors de Pluton), « tidal lock » + Nix and Hydra (2005) Ø ~ km Meilleure image de Pluton (HST)

3 Spectre IR de Pluton : CH4 , N2, CO , H2O est aussi détectée
Pluton et Charon 1.N2 – 2. H2O – 3. rock Corps différencié Spectre IR de Pluton : CH4 , N2, CO , H2O est aussi détectée mv ~ 15.0 (13.7 périhélie) , Ø = " Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terre Albedo = (35% var., glace de méthane) σ ~ 2.0 g/cm3 (50-70% roches + 50%-30% glace) T ~ 45 K Surface : 98% N2 ice + CH4, CO ices Fine atmosphère (ocultation) : N2, CH4, CO Rotation : 6 jours 9h 1 gros satellite : Charon (1200 km) ~planète double (barycentre en dehors de Pluton), « tidal lock » + Nix and Hydra (2005) Ø ~ km

4 Triton, un TNO ? Plus gros satellite de Neptune :
KBO capturé ? ↔ Pluton Ø = 2704 km σ = 2.05 g/cm3 albédo = 0.7 Zones bleutées : dépots de glace Peu de cratères, surface jeune < ans Surface : glaces de N2 (~55%), H2O (~25%), CO2 (~25%) + 0.1% CH4 (rouge) Fine atmosphère de N2 geysers (cryovolcanisme N2 , CH4 liquide) Corps différencié : noyau roche/métal, manteau H2O (~liquide ? décroissance radioactive), croûte H2O etc.

5 Nouvelle classification
IAU XXVIth General Assembly 24 août 2006 «  The definition stinks, for technical reasons. » Alan Stern “ through this whole crazy circus-like procedure, somehow the right answer was stumbled on. It’s been a long time coming. Science is self-correcting eventually, even when strong emotions are involved.“ Mike Brown (découvreur de Eris) Pluton perd son statut de planète après 76 ans pour « être dégradée » au rang de planète Naine : (134340) Pluton Classification : Pluton est une planète naine, un plutoïde, un plutino, un KBO, un TNO …

6 Les centaures Astéroïdes glacés (mi-astéroïdes, mi-comètes), sur des orbites instables transitoires (temps de vie ~ < 107 ans  éjection du système solaire) entre Jupiter et Neptune (q>5.2 ua et a<30 ua) et qui croisent ou ont traversé l’orbite d’une planète géante. Origine dans la ceinture de Kuiper. - premier découvert 944 Hidalgo (1930), Chiron (1977)  famille 2060 Chiron, Echeclus, and 166P/NEAT pour q<5 ua : présence d’une coma transitoire  classification comète et astéroïde Le plus gros Chariklo ~260 km (taille moyenne des astéroïdes de la CPA), noyau bien plus gros que les comètes ~ 100 centaurs (Mars 2009) : centaures 95P/Chiron Deux groupes de « couleur » différente  composition de surface : space-weathering (ou activité cométaire) différence de composition à l’origine ? Instabilité orbite de Chiron

7 Phoebe (satellite de Saturne)

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9 La découverte du premier TNO (1992)
TNO = Transneptunian Object KBO = Kuiper Belt Object La découverte du premier TNO (1992)  confirmation de la « ceinture de Kuiper » prédite par les modèles de formation du Syst. Sol., sources des comètes à courte période (JFC)  KBO comme la plupart des TNO il circule entre 40 et 50 ua  famille des Cubewanos (« QB1’os ») mv > 20.0 (télescopes > 2 m), large CCD format, « blink » ~1300 TNO (mars 2009) … de >100km entre ua □ comets Δ centaurs ● plutinos 2:3 ● classical KBO (cubewanos+résonants) ● scattered-disk objects (SDO) 1992 QB1 découvert le 14 septembre 1992 par David Jewitt et Jane Luu (Hawaii) mag (1500x plus faible que Pluton) et à 41.2 ua Instantané du système solaire extérieur (4 mai 2009)

10 Les familles de TNO distribution des transneptuniens connus (jusqu’à 70 ua) Les objets sont classés en fonction de leur orbite en relation à celle de Neptune Résonance orbitale 2:3 : plutinos (Pluton), résonance 1:2 : twotinos (1:1 : troyens) (mais aussi 4:5,3:4 etc.) : en rouge - Les objets non affectés par Neptune connus sont : - les cubewanos, les plus nombreux (plus de 680), non résonants en bleu orbites ~circulaires entre 42 et 47 ua forment avec les plutinos les « objets classiques » CKBO (« cold disk » excentricité < 0.1) - les objets épars (SDO), résidant au delà de la résonance 1:2 , sur des orbites très excentriques (e>0.5) et fortement inclinées jusqu’à des distances moyennes > 500 UA en gris, forment le scattered disk (« hot disk »)

11 Les familles de TNO Excentricité (e) en fct du demi-grand axe (a)
« hot population» « Cold population» Excentricité (e) en fct du demi-grand axe (a) Les objets > 50 ua ont tous des excentricités élevées, on ne trouve pas d’objets sur orbite circulaire > 50 ua bord « net » de la ceinture de Kuiper bord du disque d’accrétion de la nébuleuse solaire ? Limite trop abrupte et pas assez de masse (0.2 m) dans un tel disque pour former des Pluton  KB 100x plus massive dans le passé ?

12 Scénario de formation de la Ceinture de Kuiper
Oort Cloud Ceintures de Kuiper extrasolaires Les TNO se forment à partir d’un disque dense aux voisinage des planètes géantes « la migration » des planètes perturbe fortement la distribution des TNO surtout à l’intérieur de l’orbite de Neptune Diffusion dans toutes les directions, orbites fortement inclinées et d’excentricité élevée (« hot population ») + formation du nuage de Oort (comètes) à ua Les TNO à l’extérieur de l’orbite de Neptune moins perturbés, ils sont repoussés et capturés dans les zones de résonances (« cold population ») troncature du disque : fin de l’influence grav. de Neptune ou perturbation par le passage d’une étoile (~1000 ua) The orbits of the planets are shown in light blue and the current location of each object is marked by large dark-blue symbols. The current location of the minor bodies of the outer solar system are shown in different colors to denote different classes of object. Unusual high-e objects are shown as cyan triangles, Centaur objects as orange triangles, Plutoids (or Plutinos, objects in 2:3 resonance with Neptune) as white circles (Pluto itself is the large white symbol), scattered-disk objects as magenta circles and "classical" or "main-belt" objects as red circles. Objects observed at only one opposition are denoted by open symbols, objects with multiple-opposition orbits are denoted by filled symbols. Numbered periodic comets are shown as filled light-blue squares. Other comets are shown as unfilled light-blue squares. Dual-status objects are shown as minor planets. Large > 50 ua narrow ~ ua

13 Instantané du Système Solaire externe
● classical KBO cubewanos ● plutinos 2:3 Corps éjecté de la ceinture de Kuiper : □ comètes JFC Δ centaures ● scattered-disk objects (SDO) The orbits of the planets are shown in light blue and the current location of each object is marked by large dark-blue symbols. The current location of the minor bodies of the outer solar system are shown in different colors to denote different classes of object. Unusual high-e objects are shown as cyan triangles, Centaur objects as orange triangles, Plutoids (or Plutinos, objects in 2:3 resonance with Neptune) as white circles (Pluto itself is the large white symbol), scattered-disk objects as magenta circles and "classical" or "main-belt" objects as red circles. Objects observed at only one opposition are denoted by open symbols, objects with multiple-opposition orbits are denoted by filled symbols. Numbered periodic comets are shown as filled light-blue squares. Other comets are shown as unfilled light-blue squares. Dual-status objects are shown as minor planets. Uranus Neptune

14 TNOs remarquables Plutinos (2:3) Cubewanos (CKBO)
Comparaison de taille, albédo et des couleurs des grands transneptuniens TNOs remarquables Plutinos (2:3) - Pluton (2300 km) et Charon + 2 satellites - Orcus (2004) ~ km, 1 satellite Ixion ~ km Cubewanos (CKBO) - (15760) 1992 QB1, qui a donné son nom à cubewano - Haumea (2003 EL61 , 2005), ~ km, plutoïde remarquable pour ses 2 satellites, sa taille, sa rotation très rapide (3,9 h) et sa densité élevée (2,6-3,3 g/cm³) , plutoïde - Makemake (2005 FY9, 2005), ~ km , plutoïde (planète naine) - Varuna (2001) ~ 1000 km - Quaoar (2002) ~ 1280 km, 1 satellite Objets épars (SDO) Scatered disk Objects (> 1:2) Éris (2003 UB313 , 2005), « déesse de la discorde » le plus grand transneptunien connu à ce jour (~2400 km), à ~100 ua (3x dpluton), « 10ème planète », 1 satellite (Dysnomia), plutoïde Sedna (2004), ~ km remarquable par son orbite très excentrique l’amenant à ~ 950 ua du Soleil, périhélie 76 ua (11486 ans) , très rouge  toute une population plus lointaine ? 2006 SQ372, l'astéroïde possédant la plus grande aphélie connue (~2000 ua) Orcus en bleu, Pluton en rouge, Neptune en gris ; les positions datent d'avril 2006). Orcus approche son aphélie (en 2019) pendant que Pluton a déjà passé son périhélie et descend vers l’écliptique. Eris et Dysnomia Plutoïde = planète naine transneptunienne (24/08/06)

15 Composition des TNO (photométrie et albédo)
… Et grande diversité des albédos ! Grande diversité de couleur ! … Histogramme du gradient de réflectivité spectrale (S’) Gradient – (ou +) : objet bleu (ou rouge)  Soleil (=0) Pour S’ > 25% / 1000Å = ultrared matérial du gris  rouge profond (objets les + rouges du Syst. Sol.) Les variations de couleurs des KBO ↔ variations d’albedo comètes et troyens  KBO et centaures  sublimation des glaces à l’approche de Jupiter (centaures intermédiaires ?) Pluton et Hauméa (EL61) : surface de glace fraîche. Instabilité du matériel rouge ? diversité de la composition de surface ? Mais Pq ? (40K<T°<50K) « resurfacing model » : compétition entre collisions et rayons cosmiques, mais les gros KBO devrait être plus bleus Noyaux de comètes moins rouges  activité

16 Composition des TNO (spectroscopie)
Les « Méthanoïdes » CH4 pur solide en surface, objets très brillants CH4 se sublime très vite à T° KB  très rapide pour les petits objects  methanoides = gros objets ? Sources actives (geysers) origine du CH4 ? Low T° and P  CO, CO2 . Solar nebula sous forme de clathrate (CH4 piégé dans une cage de cristaux H2O) ou chimie interne  geysers (Eris) (Makemake) Les spectres IR de Pluton, Eris et Makemake (et Triton) sont semblables et dominés par la glace de méthane (CH4)

17 Composition des TNO (spectroscopie)
Les « Méthanoïdes » CH4 pur solide en surface, objets très brillants CH4 se sublime très vite à T° KB  très rapide pour les petits objects  methanoides = gros objets ? Sources actives (geysers) origine du CH4 ? Low T° and P  CO, CO2 . Solar nebula sous forme de clathrate (CH4 piégé dans une cage de cristaux H2O) ou chimie interne  geysers (Eris) (Makemake) Les spectres IR de Pluton, Eris et Makemake (et Triton) sont semblables et dominés par la glace de méthane (CH4) « Water worlds » glace de H2O détectée à la surface de bcp de TNO et centaures (+ Charon) glace H2O stable (« bed rock ») absorption à 1.5 et 2 μm  signature H2O 1.65 μm H2O à l’état cristallin  T° ~ 100K (or T°~50K  glace amorphe par irradiation ~< 107 ans !)  pq cristallin ? cryovolcanisme, impacts de micrométéorites dégage la surface (Haumea) (Quaoar)

18 Tailles, albedo et couleurs des principaux KBO
Eris (2003 UB313) : Albédo de l’ordre de 0.6 à Diamètre de km. Surface couverte de méthane pur (+ azote ?). Période orbitale: 560 ans ( i: 44°). Makemake (2005 FY9) : Albédo d’environ 0.6. Diamètre de l’ordre de 1800 km. Surface couverte de méthane pur. Période orbitale: 307 ans (i: 29°). Haumea (2003 EL61) : Albédo supérieur à Diamètre de l’ordre de 2000 km. Surface couverte de glace d’eau cristalline. Forme allongée. Période orbitale: 285 ans (i: 28.2 °). Rotation: 4 heures. Pluton: Albédo: de l’ordre de 0.6. Diamètre: ~2350 km. Surface couverte de méthane (pur et dilué dans l’azote), azote et CO solides. Charon: Albédo de l’ordre de 0.4. Diamètre: ~1208 km. Surface couverte de glace d’eau cristalline. Neptune