Découverte d'une dixième planète, Sedna,... et remise en question de la définition d'une planète

Depuis toujours, l'Homme connaît 5 "astres errants" visibles à l'œil nu qui se déplacent sur le fond des étoiles, c'est à dire qui ne sont jamais situés dans les mêmes constellations : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne. Le mot planète vient d'ailleurs du mot grec signifiant "vagabond". On connaissait bien sûr aussi des comètes que l'on interprétait à l'époque comme des phénomènes atmosphériques. Copernic, Galilée et Kepler ont compris que ce "vagabondage" n'était que la vision, depuis la Terre, de leur rotation sur des orbites presque circulaires autour du soleil et ont donc compris que la Terre était aussi une planète, la sixième. La définition de planète est donc devenue la suivante : "corps gravitant autour du soleil sur des orbites elliptiques (mais à ellipticité faible), n'émettant pas de lumière propre et réfléchissant celle du soleil".

Au début du 18^ème siècle, Halley démontre que les comètes à courte période (comme la célèbre comète qui désormais porte son nom) sont de petits astres en orbite solaire, mais avec une orbite extrêmement elliptique. En 1781, Herschel découvre Uranus, qui fut donc la 7^ème planète. En 1801, Piazzi découvre Céres (de diamètre d'environ 1 025 km) entre Mars et Jupiter, découverte suivie par celle d'innombrables objets plus petits sur des orbites voisines, orbites à ellipticité faible. Comme ce n'était que des points sans dimensions apparentes avec les télescopes de l'époque, ces astres, tournant autour du soleil mais plus petits que les planètes, furent appelés "petites planètes", ou astéroïdes. En 1846, ce fut la découverte de Neptune et en 1930 celle de Pluton, tous deux corps de bonne taille (diamètre de 50 000 km pour Neptune, de 2 240 km pour Pluton). On avait donc en 1930 le système solaire tel qu'on l'apprend aujourd'hui dans les écoles.

En 1950, l'astronome hollandais J.H. Oort étudie les orbites d'une petite centaine de comètes à très longue période. Il en déduisit qu'elles semblaient provenir d'un "réservoir" plus ou moins sphérique, d'un cocon entourant le système solaire, cocon situé à environ 50 000 U.A. du Soleil (rappelons que l'étoile la plus proche est à 250 000 U.A. du Soleil). Ce "cocon" a été baptisé depuis "nuage de Oort". La trajectoire individuelle de chaque corps du nuage de Oort autour du soleil est une ellipse à très forte ellipticité, avec un périhélie entre 15 et 30 U.A et une aphélie à 50 000 UA . Mais à cause des lois de Kepler, un tel corps (à longue période) passe plus de 99% de son temps de révolution à plusieurs milliers d'U.A du soleil. Aucun corps de ce nuage n'a jamais encore été observé sur de telles orbites. Les comètes à longue période que l'on voit s'approchent beaucoup plus du soleil (c'est la chaleur du soleil qui est à l'origine de la naissance de leur queue). Leurs orbites "normales" ont été modifiées par le passage d'une étoile pas trop loin du nuage de Oort. Les comètes à courte période (comme la comète de Halley) ont vu leurs orbites modifiées une fois de plus lors d'un passage très près d'une des planètes géantes.

L'origine de ce nuage fut expliqué dans ces années 1950. Si "on" met en orbite autour du soleil un petit corps (petit par rapport aux planètes géantes) au delà de l'orbite de Jupiter (entre Jupiter et Neptune), les interactions gravitationnelles entre ce petits corps et les quatre planètes géantes l'expédient à des milliers d'U.A. du soleil, très souvent hors de l'écliptique. D'innombrables planétésimaux, et sans doutes de nombreux corps plus gros ont suivi ce chemin aux premiers temps du système solaire. Ces milliards de petits corps constituent donc le nuage de Oort.

Le nuage de Oort et les objets qu'ils contiennent ont donc été déduits de l'étude de l'orbite des comètes, expliqués à posteriori, mais aucun objet n'a encore jamais été observé (sauf pour les objets déviés de leur orbite classique -les comètes- et peut être le cas de Sedna, voir plus loin). Il contiendrait des milliers de milliards de petits corps glacés.

Quelques années plus tard, un autre astronome hollandais, G. Kuiper, proposa (après force calculs) que l'expulsion des petits corps au delà de Neptune puisse se faire aussi avec une autre géométrie que celle proposée par Oort, à savoir expulsion au delà de Neptune, majoritairement entre 30 et 50 U.A, en restant dans (ou au voisinage) du plan de l'écliptique, avec des orbites à ellipticité relativement faible. Kuiper est mort en 1973, sans que l'on ait jamais observé un de ces corps trans-neptuniens théoriques.

C'est en 1992 qu'on a découvert le premier objet trans-neptunien (autre que Pluton), à peu près dans le plan de l'écliptique et dans la fourchette des distances prédites par Kuiper. Depuis cette date, plus de 800 objets de diamètre compris entre 100 et 1300 km y ont été découverts. Kuiper avait donc eu raison. Et c'est en son honneur que ces objets sont maintenant rassemblés dans ce qu'on appelle aujourd'hui la "ceinture de Kuiper". Le plus gros objet de Kuiper connu à ce jour (avant Sedna et 2004 DW,voir plus loin), Quaoar, a un diamètre d'environ 1280 km. Le 17 février 2004, un dernier objet de Kuiper a encore été découvert : 2004DW. Ces caractéristiques sont encore mal déterminées, mais il serait encore plus gros que Quaoar.

Les figures 3 et 4 sont des schémas récapitulant les orbites des planètes et astéroïdes, des objets de Kuiper, de Oort et de Sedna.

Source - © 2004 http://www.solarviews.com, adapté de Donald Yeoman's (NASA/JPL) Figure 3. Ceinture de Kuiper et nuage d'Oort

Source - © 2004 NASA - Spitzer Space Telescope Figure 4. Comparaison des orbites