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Ch.IV. Centaures et Objects Transneptuniens

Ch.IV. Centaures et Objects Transneptuniens. E.Jehin 2009. - 1846 : 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

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

  2. - 1846 : 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) + 1929-1930 « blink comparator » (Tombaught, Flagstaff) Pluton et Charon • - Headlines : +1000 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 = 0.07-0.11" Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terre Albedo = 0.49-0.66 (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 ~ 80-90 km Meilleure image de Pluton (HST)

  3. 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 = 0.07-0.11" Ø = 2300 km (m=18% lune) , volume = 0.66% terre Albedo = 0.49-0.66 (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 ~ 80-90 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 < 50 106 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. IAU XXVIth General Assembly 24 août 2006 Nouvelle classification «  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. 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, 60558 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) : • http://www.cfa.harvard.edu/iau/lists/Centaurs.html Les centaures 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)

  8. TNO = Transneptunian Object KBO = Kuiper Belt Object •  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) … 70.000 de >100km entre 40-50 ua La découverte du premier TNO (1992) □ 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. 23.5 (1500x plus faible que Pluton) et à 41.2 ua Instantané du système solaire extérieur (4 mai 2009)

  9. distribution des transneptuniens connus (jusqu’à 70 ua) Les familles de TNO • 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 »)

  10. Les familles de TNO « 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 ?

  11. 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 40-100 103 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) Large > 50 ua narrow ~ 30-50 ua

  12. 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) Uranus Neptune

  13. Comparaison de taille, albédo et des couleurs des grands transneptuniens • Plutinos(2:3) • - Pluton (2300 km) et Charon + 2 satellites • - Orcus (2004) ~900-1600 km, 1 satellite • Ixion ~ 600-1060 km • Cubewanos(CKBO) • - (15760) 1992 QB1, qui a donné son nom à cubewano • - Haumea (2003 EL61 , 2005), ~2000-2500 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), ~1200-1800 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), ~1200-1700 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) TNOs remarquables 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)

  14. … Et grande diversité des albédos ! Grande diversité de couleur ! … Composition des TNO (photométrie et albédo) 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

  15. Les « Méthanoïdes » Composition des TNO (spectroscopie) • 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)

  16. 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 Composition des TNO (spectroscopie) (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)

  17. Eris (2003 UB313) : Albédo de l’ordre de 0.6 à 0.86 . Diamètre de 2400-3000 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 0.6. 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. Tailles, albedo et couleurs des principaux KBO Neptune

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