Lorsque le vaisseau spatial New Horizons de la NASA a accéléré par Pluton en 2015, il a révélé un monde incroyable de glace et de brume sculptée par divers processus géologiques – laissant entendre qu’un océan a peut-être joué un rôle dans l’histoire récente de la planète naine. La prime des richesses scientifiques a laissé des chercheurs travaillant à résoudre certains des mystères du petit monde une décennie après le survol du vaisseau spatial.
« Il y a encore beaucoup de questions ouvertes », a déclaré Carly Howett, scientifique planétaire de l’Université d’Oxford et membre de l’équipe des New Horizons, le mois dernier à la progression de la compréhension de la Mission Pluto: 10 ans après la conférence Flyby à Laurel, Maryland. Avec de telles questions persistantes, Howett et ses collègues ont conçu une mission de suivi dans l’espoir de résoudre enfin certains des mystères de Pluton.
Une telle mission, envoyée pour enquêter sur la périphérie du système solaire, s’étendait sur plusieurs décennies. Mais c’est loin d’être approuvé. « Cette mission pourrait fonctionner pendant plus de 50 ans, ce qui remet en question l’ingénierie, les opérations de mission et l’analyse des données d’une manière qui n’a jamais été fait auparavant », a écrit Howett dans une étude 2021 publiée dans le Planetary Science Journal détaillant le concept de mission.
Un océan souterrain?
Dans la mythologie romaine, Pluton est le dieu et le souverain des morts. Pour une mission de retour à la planète naine, Howett et ses collègues ont opté pour le nom Perséphone, après la femme de Pluton et « Queen of the Enferworld » dans la mythologie grecque.
« Étant donné que Pluton porte le nom du Dieu romain des enfers et que nous voulions qu’un nom féminin reflète notre équipe diversifiée avec de nombreuses femmes dans des rôles de leadership, ce nom semblait approprié », a écrit Howett.
Perséphone transporterait 11 instruments, tous basés sur des outils transportés sur des missions précédentes mais avec quelques modifications. La principale question à laquelle il chercherait de répondre serait de savoir si Pluton a un océan souterrain aujourd’hui.
Si cette question avait été posée avant que New Horizons ne soit passé, la plupart des scientifiques auraient dit que c’était peu probable. Bien que de nombreux mondes glacés puissent commencer par une couche aqueuse, elle gèle au fil du temps. Pour rester liquide pour la durée de vie de 4,5 milliards d’années du système solaire, cet océan doit rester au chaud.
Certaines lunes fléchissent constamment lorsqu’ils interagissent gravitationnellement avec leur planète hôte et leurs lunes voisines, empêchant leur océan de congeler. Charon, la plus grande lune de Pluton, est presque aussi massive que Pluton; Ils sont souvent appelés une «double planète» (bien que ni l’un ni l’autre ne réponde aux critères d’une planète). Charon pourrait potentiellement garder Pluton au chaud, si l’océan avait une composante non d’eau suffisamment élevée pour abaisser son point de congélation, pensent les scientifiques.
Ce n’est que lorsque New Horizons a révélé la surface remarquablement jeune et légèrement crateuse de Pluton que la plupart des scientifiques ont commencé à considérer la possibilité d’un océan (bien que certains l’ont fait avant l’arrivée du vaisseau spatial). New Horizons a étudié Pluton en profondeur pendant seulement quelques heures, bien qu’il ait continué d’observer la planète naine pendant des mois avant et après son approche la plus proche.
Perséphone, en revanche, viserait à entrer en orbite dans le petit monde pendant un peu plus de trois ans, permettant des vues rapprochées beaucoup plus longtemps. « Il n’y a pas de substitut à la proximité », a déclaré le chercheur principal de New Horizons, Alan Stern, lors de la même conférence.
Ce que Perséphone étudierait
Perséphone étudierait la forme de Pluton pour chasser les signes d’un renflement fossile révélateur – un « ventre de bière » provoqué lorsque la gravité tire la masse d’un monde. Les renflements se forment plus facilement lorsque les couches sont liquides et elles peuvent être congelées en place. De nouveaux horizons n’ont pas observé un tel empilement, mais Perséphone enverrait un instrument plus sensible qui pourrait faire un examen plus détaillé.
« Cette mission devrait être en mesure d’imaginer l’ensemble de Pluton », a déclaré Howett lors de la conférence. « Cela devrait être phénoménal. »
Perséphone chercherait également à déterminer la composition de Pluton et Charon, en utilisant des mesures de gravité et de topographie similaires à celles prises de la lune de Saturne, et de calculer potentiellement l’épaisseur des couches de glace internes.
Pluton souffre d’un hiver d’un siècle, et Perséphone arriverait au cœur. Une grande partie de la planète naine serait protégée dans l’obscurité, donc la mission nécessiterait des instruments capables de regarder dans le voile. Les caméras cartographiaient la surface du monde entier plus en profondeur et dans des longueurs d’onde variables, y compris la moitié qui a été enveloppée lorsque de nouveaux horizons ont passé. Ils rechercheraient des points chauds, des signes d’activité en cours et des éruptions qui pourraient indiquer un intérieur chaud, ainsi que de rechercher des indications que la surface a changé depuis les observations de 2015. Ils fourniraient également un nombre de cratères plus détaillé sur Pluton et Charon, ce qui aiderait les scientifiques à mieux comprendre à quel point la ceinture de Kuiper a été active au fil des ans.
Bien que les mondes glacés abondent dans le système solaire, Pluton et Charon ont des caractéristiques de surface inhabituelles. Dans la région de Tartarus Dorsa de Pluton, des lames de glace au méthane couvrent la surface. Les scientifiques soupçonnent que ces pointes se sont formées par la sublimation alors que le méthane passait instantanément du solide au gaz, mais ce n’est pas définitif. Et Charon a une étrange montagne de glace immergée dans un fossé gelé – une caractéristique unique parmi les pics glacés. Les deux surfaces sont recouvertes d’ICS exotiques, et une compréhension de leurs propriétés aux températures glaciales sur Pluton serait un élément clé de la mission.
En 1988, les astronomes ont repéré une atmosphère vaporisée autour de Pluton, mais sa composition les a échappés. New Horizons a répondu aux questions alors qu’elle soulevait davantage. Curieusement, il apparaît que Pluton perd lentement une partie de son atmosphère sur Charon, créant un poteau rouge distinctif qui peut déplacer des hémisphères au fil du temps. L’un des objectifs clés de Perséphone serait d’effectuer une détection directe de la composition de l’atmosphère par spectrométrie de masse.
Perséphone étudierait également l’espace autour du petit monde. Pluton est si loin que la lumière du soleil prend un peu plus de 5,5 heures pour l’atteindre. De Pluton, le soleil est un endroit ponctuel dans le ciel.
Charon ne serait pas la seule lune ciblée par la mission. Le temps de lancement de Persephone déterminerait le nombre de plus petites lunes qu’il pourrait observer, mais cela aurait probablement un bon aperçu des quatre autres satellites.
De nouveaux horizons ont révélé des bandes de glace d’eau sur Nix, Hydra et Kerberos, ainsi que des indices d’ammoniac sur Nix et Hydra. Perséphone prendrait un spectre plus détaillé pour ces trois, ainsi que Styx, et essaierait de déterminer la part de leurs surfaces, ainsi que de Charon, est jonché de débris de la collision qui les a probablement formés. Bien que les meilleures observations des petits satellites soient très probablement du styx de la lune en orbite étroite et le pire de la lune la plus externe de Pluton, Hydra, un survol de Kerberos ou Hydra pourrait être possible, selon le moment où la mission est lancée et arrivée à Pluton.
Perséphone resterait à Pluton pendant un peu plus de trois ans de Terre. Pendant ce temps, le vaisseau spatial pourrait utiliser des orbites autour du système binaire pour finalement la jeter de la paire.
L’extension de la mission d’un an permettrait au vaisseau spatial de visiter un autre objet de la ceinture de Kuiper, tout comme New Horizons visitait Arrokoth après le flyby de Pluton. Une telle extension dépendrait du lancement et de l’arrivée de la mission, mais il pourrait fournir des informations importantes sur les débris laissés de la formation du système solaire. Cela fournirait un grand retour scientifique, car la distance des objets de la ceinture de Kuiper les rend difficiles à étudier de la Terre.
Pluton: la prochaine génération
Un retour à Pluton ne serait pas une entreprise décontractée. Bien qu’il ait pris de nouveaux horizons moins d’une décennie pour effectuer le voyage d’origine, les changements d’alignement planétaire feraient que le vol de la prochaine visite prendrait à lui seul un peu plus de 27,5 ans et nécessiterait cinq générateurs thermoélectriques de radio-isotope de nouvelle génération (NGRTG), les batteries nucléaires qui utilisent la désintégration des matières radioactives pour alimenter le spatial. La vie étendue du voyage nécessiterait plusieurs NGRTG pour garder les choses au chaud dans les températures glaciales de l’espace. C’est une grande demande à une époque où le plutonium pour le vol spatial est toujours à une hauteur. Actuellement, l’objectif de la NASA est de créer 1,5 kilogramme de plutonium par an; Les RTG actuels utilisent 4,8 kilogrammes.
Cela nécessiterait un investissement important dans le plutonium pour l’exploration de planètes externes. Il faudrait également un investissement financier. Le prix estimé pour la mission Persephone est de 3 milliards de dollars, a déclaré Howett dans sa présentation.
Avec le potentiel d’une mission du demi-siècle, le vaisseau spatial transporte plusieurs systèmes de sauvegarde. Mais Stern a souligné que, bien que l’échelle de temps soit longue, ce n’est pas inconnu. Le télescope spatial Hubble de la NASA fonctionne toujours après 35 ans, tout comme le vaisseau spatial Voyager 1 et 2 de la NASA, qui a lancé il y a 48 ans.
Un autre défi pour la mission Perséphone concerne les personnes qui y travaillent. Avec le potentiel d’une mission de 50 ans, les chercheurs estiment que Perséphone serait une mission de trois génération qui parcourirait trois ensembles de scientifiques au cours de leur vie de carrière. Les informations et la formation devraient être transmises d’une génération à l’autre. En fait, Stern a déclaré que l’engagement retardé était l’une des parties les plus difficiles de la planification de la mission New Horizons.
« Nous savons comment faire ces choses », a déclaré Stern. « Vous devez être patient et vous devez planifier cela. »
Les opportunités de lancement pour le vaisseau spatial sont disponibles chaque année de 2029 à 2032. Après cela, l’orbite de Jupiter empêche les opportunités ultérieures pour une décennie complète.
Perséphone faisait partie de l’étude du concept de mission planétaire de la NASA, qui finance une gamme de projets pour permettre à l’étude décennale de prendre des décisions éclairées sur les futures missions potentielles.
« Bien que je pense que toute mission ayant besoin de plus d’un RTG va avoir du mal à se faire sélectionner pour le moment, je pense que le processus de réalisation de la proposition de mission a été utile », a déclaré Howett. Non seulement la proposition a montré qu’une telle mission est valable, des parties de celui-ci, comme la tournée orbitale, pouvaient être utilisées par d’autres missions.
Mais ne cherchez pas Perséphone pour voler dans un avenir proche: la demande de puissance seule peut le garder hors des livres officiels. La proposition de mission de Howett a été l’une des nombreuses personnes demandées pour aider à informer l’enquête décadale de la NASA sur les priorités et les victibilités des futures missions.
Mais l’agence spatiale continue de travailler pour améliorer les RTG et sa technologie de soutien. Howett espère que les développements technologiques en cours amélioreront les cotes de la mission.
« L’une des choses que Perséphone a montré était que le retour à Pluton en orbite était possible, mais ce n’était pas bon marché », a-t-elle déclaré. « Il faudrait que ce soit une mission phare. »
