Hygiea, l’astéroïde qui réveille la bataille de Pluton

Pluton, une planète naine… sans être une planète ! © Hadriabeth/Deviantart
La découverte d’une probable planète naine de seulement 430 km de diamètre relance le débat sur la définition de ces objets trop gros pour être considérés comme des astéroïdes et trop petits pour être rangés parmi les planètes. Une polémique née en 2006, avec l’exclusion de Pluton du rang des planètes.

En octobre 2019, l’équipe française de Pierre Vernazza (LAM) annonce la découverte de la forme sphérique d’Hygiea. Cet astéroïde de 430 km, situé entre Mars et Jupiter, a été observé en détail avec le Very Large Telescope au Chili. « Sur la base de ces images, Hygiea peut désormais être qualifié de “planète naine la plus petite du Système solaire” », affirme Pierre Vernazza. Un propos surprenant, car Hygiea est vraiment un « poids plume » : sa taille est la moitié de celle de Cérès, la plus petite planète naine connue, et sa masse équivaut au tiers seulement de celle de l’astéroïde Vesta.

Ces corps circulent dans la Ceinture d'astéroïdes, entre Mars et Jupiter. Sur les quatre, seules Cérès et Hygiea sont considérées comme des planètes naines.

Hygiea, planète naine par la forme

Pierre Vernazza. © ESA/ESO

Hygiea pourrait réveiller chez les astronomes un débat vieux de 2006. Cette année-là, l’assemblée générale de l’UAI (Union astronomique internationale) décide que Pluton n’est plus une planète — comme la Terre, Mars ou Jupiter — mais appartient à une nouvelle catégorie : les planètes naines. En effet, pour l’UAI, une planète répond désormais à trois conditions : c’est un astre en orbite autour du Soleil, de forme sphérique, et seul sur son orbite. Les corps qui remplissent les deux premières conditions, mais non la troisième sont désormais qualifiés de « planètes naines ». Comme Pluton.

Alors, Hygiea, une planète naine ? Son aspect semble répondre au deuxième critère, dont la formulation précise est : « Le corps céleste doit avoir une masse suffisante pour que sa gravité l’emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique, sous une forme (quasi) sphérique. » Mais sa petite taille pose la question de la limite basse pour la catégorie des planètes naines. « Ce deuxième critère correspond à une caractéristique facile à quantifier : la forme. Elle doit permettre de statuer sur Hygiea, ainsi que sur d’autres objets », note Pierre Vernazza.

« Il me semble en effet qu’Hygiea est une planète naine », estime Hal Weaver, directeur scientifique de la sonde New Horizons. Même réponse pour Alain Lecavelier des Étangs : « La définition de l’UAI ne fixe pas de limite inférieure. On peut imaginer qu’un objet ait une forme sphérique produite par sa propre gravité, mais soit plus petit ou moins massif qu’un objet non sphérique de composition différente. La définition se fonde sur la structure de l’astre, et non pas sur sa taille. Pour moi, c’est un très bon critère ; il traduit notre compréhension de la physique des objets », considère ce chercheur à l’IAP.

Une limite basse pour les planètes naines

Mark Sykes, du Planetary Science Institute en Arizona, est moins affirmatif. Il connaît bien Hygiea pour avoir proposé de lancer une mission spatiale vers lui, avant que le projet ait été modifié pour devenir la mission Dawn vers Vesta et Cérès. Il a aussi milité contre la définition de planète naine. « Hygiea ne devrait pas être classé comme planète naine. Ce qui est important dans la notion d’équilibre hydrostatique, c’est qu’il s’agit d’une limite à partir de laquelle les objets commencent à avoir une géologie active. Or, Hygiea est trop petit pour que sa forme soit due simplement à la gravité. Cette forme est due au hasard d’une collision », souligne-t-il.

En effet, l’histoire d’Hygiea est un peu particulière. L’astre est le plus gros représentant d’une famille de 7 000 objets nés d’une collision céleste. Des simulations numériques montrent que le corps parent d’Hygiea aurait été percuté par un objet de 75 à 150 km, il y a plus de 2 milliards d’années. Il se serait totalement fragmenté, avant de se recomposer en prenant une forme sphérique. L’énergie apportée par l’impact l’aurait donc aidé à s’arrondir.

« Mais rien ne nous dit qu’Hygiea n’était pas déjà rond avant cet impact », prévient Pierre Vernazza. Tout comme Cérès, il est riche en eau, donc assez malléable. « À cette taille, c’est possible, poursuit le chercheur. Par exemple, le satellite de Saturne Mimas fait environ 400 km de diamètre et il est sphérique. Et c’était le cas également pour Vesta et Pallas au départ. Ce sont les collisions qui ont modifié leur forme.  Si ces corps étaient apparus dans la Ceinture de Kuiper, où les collisions sont très rares et moins énergiques, ils seraient restés sphériques. »

Une définition toujours débattue

L’exemple d’Hygiea illustre bien la difficulté de toute classification en science. « Il me semble que c’est un cas limite par rapport à la définition choisie en 2006 », constate Gonzalo Tancredi, président de la division Astrobiologie et système planétaire de l’UAI. Les discussions à son sujet pourraient déboucher sur d’autres.

La définition de planète naine (et par extension, celle de planète) reste controversée à plus d’un titre. La catégorie des planètes naines est située entre celles des planètes et des petits corps du Système solaire. Elle a été créée après des débats houleux lors l’assemblée générale de 2006. Ce vote effectué à main levée reste empreint d’amertume pour les plutophiles comme Alan Stern, responsable de la sonde New Horizons : « Je pense que l’UAI n’est pas la bonne organisation pour ça, car elle est composée principalement d’astronomes d’autres disciplines, spécialisés dans les étoiles, les trous noirs, les galaxies, mais pas les planètes. »

Les exoplanètes ne sont pas des planètes…

« La critique que j’ai le plus souvent entendue concerne le premier critère, qui dit qu’une planète “est en orbite autour du Soleil”, ce qui fait frémir un certain nombre de mes collègues comme moi spécialistes des exoplanètes, note Alain Lecavelier des Étangs. Pour ma part, je comprends cela comme un cadrage de cette définition qui s’applique aux planètes du Système solaire uniquement. »

Une limitation que regrette Dava Sobel, écrivaine scientifique. Elle faisait partie d’un comité de sept sages réunis en juin 2006 à l’observatoire de Paris pour rédiger une proposition de définition, en vue de l’AG du mois d’août. « Le but de notre comité était bien d’établir une définition qui dépasse le Système solaire, et nous y étions parvenus dans notre proposition. »

Ce comité de sept « sages » s’est réuni en juin 2006 à l’observatoire de Paris pour proposer à l’UAI une définition pour les planètes. De gauche à droite et de haut en bas : André Brahic, Iwan Williams, Junini Watanabe, Richard Binzel, Catherine Cezarsky, Dava Sobel et Owen Gingerich. © UAI.

Si l’UAI avait adopté celle-ci, Pluton serait resté une planète et Charon, Éris et Cérès auraient été ajoutés à la liste. « Lors de l’AG de 2006, des amendements liés à la mécanique céleste ont été ajoutés, poursuit Dava Sobel. Et vu qu’il est impossible de savoir si une exoplanète a fait le ménage sur son orbite, la définition initiale a changé de “un objet en orbite autour d’une étoile” à “un objet en orbite autour du Soleil”. »

Pour Alain Lecavelier des Étangs, ce choix a tout de même permis de contourner une difficulté : « Inclure les exoplanètes aurait posé la question de la taille maximale, et là, c’était une autre paire de manches. » En effet, la limite entre une étoile et une planète reste une question difficile, avec la catégorie des naines brunes entre les deux.

Les planètes font-elles vraiment le ménage ?

Mais c’est le troisième critère qui définit la planète : le corps céleste doit avoir fait le ménage sur son orbite. Cette formulation n’est pas très heureuse, car même pour Jupiter, ce n’est pas tout à fait vrai. Deux groupes d’astéroïdes troyens la suivent ou la précèdent sur sa trajectoire autour du Soleil. On pense aussi à Neptune, dont l’orbite est croisée par celle de Pluton.

« Si je devais revoir la définition de 2006, c’est plutôt ce point que je changerais en : une planète est “le corps massif dominant sur son orbite” », suggère Alain Lecavelier des Étangs. Et là encore, Thierry Montmerle, ancien secrétaire général de l’UAI, pointe une difficulté  : « Une orbite peut nous paraître “nettoyée”, alors que des objets trop petits ou sombres pour être détectés y circulent en nombre. La définition paraît rigoureuse, mais dans la pratique, elle est difficile à mettre en œuvre. »

L’équipe de Jean-Luc Margot a cherché une caractéristique moins contestable. Ces chercheurs ont évalué l’influence gravitationnelle d’un astre en fonction de sa masse et de sa distance au Soleil. Ils ont ainsi obtenu un diagramme où les planètes se détachent très nettement des planètes naines. « Du coup, ici, être une planète ou une planète naine dépend de l’endroit où le corps céleste se trouve et de sa masse », souligne Alessandro Morbidelli, de l’observatoire de la Côte d’Azur. Pour résumer, plus un astre est éloigné du Soleil, plus il doit être massif pour être considéré comme une planète (et faire le ménage sur son orbite). Sur le diagramme produit par Jean-Luc Margot et ses collègues (ci-dessous), on voit aussi que si Pluton ou Eris se situaient à la distance de Mercure, elles seraient considérées comme des planètes.

Ce diagramme montre la limite entre planète et planète naine proposée par l’équipe de Jean-Luc Margot. Les objets sont représentés en fonction de leur masse et de leur distance au Soleil. Le groupe des planètes naines se détache nettement de celui des planètes. © Margot et al.

C’est une des raisons pour lesquelles le troisième critère ne satisfait pas certains chercheurs comme Hal Weaver : « La classification d’un objet en tant que planète doit être basée sur des paramètres géophysiques (par exemple, une masse suffisante pour avoir une forme sphérique), et non pas une définition dynamique telle que celle adoptée par l’UAI. »

Certains planétologues comme Alan Stern souhaiteraient que le terme planète soit le plus général possible et divisé en catégories (satellites, planètes naines, planètes géantes et planètes telluriques). Difficile néanmoins de convaincre la communauté scientifique, car avec une telle définition, il y aurait plus de 100 planètes dans le Système solaire !

Une planète naine… n’est pas une planète

Alan Stern. © Nasa

L’expression même de « planète naine » est contestée. « Tel que c’est formulé, une planète naine n’est pas une planète, alors que le mot “planète” est fait partie de son nom », souligne Hal Weaver. « Cette distinction entre planète et planète naine n’a aucun sens, renchérit Dava Sobel. Dans la mesure où les étoiles naines sont des étoiles, et les galaxies naines sont des galaxies, pourquoi une planète naine ne serait-elle pas une planète ? »

C’est un paradoxe : le terme planète naine a été inventé par Alan Stern, l’un des plus grands opposants à la définition de l’UAI. « Je l’ai créé en 1991, mais dans un esprit de symétrie par rapport aux notions de galaxies naines et d’étoiles naines », justifie le chercheur. La principale fracture entre les partisans de la décision de l’UAI de 2006 et ses détracteurs est donc là. Alan Stern et ses collègues ne s’opposent pas à l’idée de considérer Pluton comme une planète naine, mais ils sont contre le fait que la définition de planète exclut les planètes naines. « Celles-ci devraient être considérées comme des planètes, à l’instar des planètes géantes », insiste Hal Weaver.

Ce terme malheureux est le résultat d’une décision qui s’est faite par itération, d’amendement en amendement, lors de l’AG. D’abord, une catégorie à part a dû être définie pour les plus petits corps sphériques en orbite autour du Soleil. Gonzalo Tancredi faisait partie des chercheurs à promouvoir cette idée : « Les planètes naines ne sont pas une sous-catégorie de planète, mais un groupe distinct. Cette désignation n’est pas des plus heureuses, mais à ce moment-là, nous n’avons pas trouvé mieux », admet-il. L’idée était de l’améliorer plus tard… sauf que cela n’a jamais été fait.

Les opposants à cette résolution de l’UAI soulignent souvent qu’elle a été votée par quelque 400 personnes dans une communauté de 10 000 astronomes. Suite à l’AG, la pétition portée par Mark Sykes avait reçu plus de 300 signatures en seulement cinq jours. « Une question scientifique ne peut être tranchée de cette façon, par le vote d’autorité d’une institution », souligne l’astronome. Force est de constater que de nombreuses notions en science sont définies par l’usage, et non pas des votes, et cet usage peut varier d’une spécialité à une autre.

Des planètes naines finalement difficiles à connaître

Depuis 2006, les planètes naines officiellement reconnues sont seulement au nombre de cinq : Pluton, Éris, Cérès, Makemake et Haumea. Et six sont en attente de validation : Gonggong (1 230 km), Charon (1 214 km), Quaoar (1 100 km), Sedna (995 km), Orcus (946 km), 2002 MS4 (842 km) et depuis peu Hygiea (430 km).

Cette vue d’artiste montre à l’échelle les plus gros objets connus au-delà de Neptune (2007 OR10 a été récemment baptise Gonggong). Ils font tous plus de 800 km et sont donc probablement des planètes naines. Mais seules Pluton, Eris et Hauméa ont été classées comme telles. © Lexicon.

« En ce qui concerne les autres candidates, certaines comme Sedna sont trop loin pour que l’on détermine leur forme », souligne Thierry Montmerle. « Pour d’autres, nous aurons besoin de temps pour y parvenir, ajoute François Colas, de l’observatoire de Paris. Il nous faut pour cela des observations sous différents angles. Or, les objets transneptuniens sont par nature très lents. Si l’axe de rotation pointe plus ou moins le centre du Système solaire, on ne voit pas ses variations de luminosité. » Certains de ces objets sont par ailleurs peu lumineux et donc difficiles à observer. « Dans la pratique, ce critère de forme choisi par l’UAI est difficile à appliquer », constate Thierry Montmerle.

« Aw, let Pluto be a planet »

Sur la porte de la rédaction de Ciel & Espace, un autocollant glané lors d’un reportage aux États-Unis clame : « Aw, let Pluto be a planet » (Oh, laissez Pluton être une planète). Il montre bien que les Américains n’ont pas vu d’un bon œil le déclassement de la seule planète découverte dans le Système solaire par un compatriote. « Les campagnes visant à rétablir le statut original de Pluton continuent », constate Thierry Montmerle. En 2019, l’administrateur de la Nasa Jim Bridestine a réaffirmé sur Twitter qu’il considère Pluton comme une planète. L’astrophysicien Brian May, proche des équipes de New Horizons, lui a emboîté le pas : « Pluton a été découverte et nommée planète bien avant que je sois né. À cette époque, il était admis qu’une planète fait partie d’une famille d’objets globalement sphériques en orbite autour du Soleil. Donc pour moi, Pluton est une planète classique. » Le clivage avec les partisans de la décision de l’UAI est fort. Mike Brown, découvreur d’Éris, est sûr de son fait : « Cette distinction entre planète et planète naine est si solide que l’ignorer juste par nostalgie pour Pluton ne rendrait pas service au public. »

Hasard du calendrier, la décision de l’UAI a eu lieu quelques mois seulement après le lancement de la sonde New Horizons. L’UAI a donc décidé de statuer sur Pluton sans attendre de la connaître mieux. Ne pouvait-elle pas attendre le survol de 2015 ? « Il n’y a pas eu “précipitation”, défend Alain Lecavelier des Étangs, car la question a émergé en 1992 avec la découverte des premiers objets de Kuiper au-delà de Neptune. Ce qu’il faut absolument comprendre, c’est que Pluton n’est rien d’autre qu’un gros objet de Kuiper qui a été par erreur classé parmi les planètes (tout comme Cérès lors de sa découverte au XIXe siècle). N’en déplaise à Alan Stern, les superbes découvertes de la sonde New Horizons ne remettent pas en cause celles des très nombreux objets de Kuiper, dont beaucoup sont semblables à Pluton. »

« Une bonne définition était inatteignable »

Il ressort de notre enquête de nets clivages au sein des astronomes. « J’ai néanmoins le sentiment que, même si la définition votée en 2006 ne satisfait pas tout le monde, elle est considérée par le plus grand nombre comme un bon reflet de notre compréhension des familles de corps qui constituent le Système solaire », tempère Alain Lecavelier des Étangs.

« Le but fixé par l’UAI de trouver une bonne définition était inatteignable, estime pour sa part Dava Sobel. Avant que l’UAI ne réunisse notre comité pour faire une proposition, beaucoup de spécialistes du Système solaire ont échangé des messages pendant des années dans le but de trouver une définition satisfaisante sans y parvenir. » D’où la difficulté de faire évoluer les définitions actuelles bien qu’elles soient non satisfaisantes. « Depuis, personne n’est venu proposer officiellement à l’UAI une meilleure définition d’une planète », souligne Thierry Montmerle.

Les chercheurs insatisfaits prennent la situation avec philosophie : « Nous rangeons les astres dans des catégories pour nous aider à les comparer, et il n’y a pas de raison d’être contrarié si certaines personnes ne sont pas d’accord avec la classification que vous préférez », considère Hal Weaver. Dava Sobel abonde dans son sens : « Je pense que la majorité des astronomes sont passés à autre chose et utilisent la terminologie qui leur convient le mieux en fonction du contexte. »

Recevez Ciel & Espace pour moins de 6€/mois

Et beaucoup d'autres avantages avec l'offre numérique.

Voir les offres

Nous avons sélectionné pour vous

  • Le numéro 573 de Ciel & Espace est en kiosques : Les extraterrestres sont-ils verts ?

    S’ils existent, pourquoi les extraterrestres ne sont-ils toujours pas arrivés sur Terre ? Cette question posée voici plusieurs décennies par le prix Nobel de physique Enrico Fermi a suscité plus de 70 réponses possibles. La plus récente est pour le moins étonnante : c’est parce qu’ils seraient écolos…

  • De la vie découverte sur Vénus ? Pourquoi ce n’est pas si simple

    La découverte de phosphine dans l’atmosphère de Vénus, une molécule présentée comme une « biosignature », a fait bruisser la toile pendant plusieurs jours avant l’annonce officielle de ce 14 septembre 2020. Il y a pourtant peu de chances pour que cette détection ait un quelconque rapport avec la vie extraterrestre.

  • Les pluies de la jeune Mars quantifiées pour la première fois

    Il ne pleut plus sur la planète Mars aujourd’hui, mais il a plu voici plusieurs milliards d’années. En quelle quantité ? Sous quelle forme ? Pour la première fois, des chercheurs ont quantifié ces précipitations extraterrestres.