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La planète X serait l’hypothétique planète du Système solaire située au-delà de Neptune, voire même au-delà de la ceinture de Kuiper. De récentes observations concernant la perturbation orbitale d’objets transneptuniens ont conduit les astronomes à envisager sérieusement son existence. Toutefois, malgré la relative robustesse des modèles théoriques, elle n’a encore jamais été observée. Alors pour quelles raisons, si elle existe, cette planète X n’a-t-elle toujours pas été détectée ?

La notion de magnitude est essentielle. Chaque objet dispose d’une luminosité intrinsèque représentant la quantité de lumière qu’un observateur reçoit de cet objet. Pour les étoiles, cette lumière provient d’elles-mêmes, étant donné qu’elles produisent leur propre énergie et en émettent le rayonnement dans toutes les directions. Pour la plupart des autres objets, il s’agit d’une luminosité réfléchie, puisqu’ils ne font que réfléchir la lumière produite par d’autres objets.

Toutefois, d’autres paramètres entrent en jeu. Par exemple, intrinsèquement, la Lune est l’objet le plus faiblement visible à l’œil nu, de n’importe où sur Terre, en raison de sa très faible magnitude. Pourtant, elle apparaît plus lumineuse que tous les autres objets, excepté le Soleil. Cela s’explique par le fait que la Lune est proche et que sa luminosité intrinsèque est différente de sa luminosité apparente.

quantite lumiere soleil

Plus un objet est distant d’une source lumineuse, plus la lumière reçue de cet objet décroît rapidement. Crédits : BorB

Plus un objet est loin, moins il apparaît brillant. La relation b = ~ 1/r2 permet de comprendre que la luminosité d’un objet diminue avec l’inverse du carré de la distance. Ces deux paramètres déterminent globalement le type de télescope qui doit être construit ou utilisé pour observer un objet. Pour voir un objet très faiblement lumineux, il est nécessaire de collecter beaucoup de lumière ; soit en construisant un télescope plus grand, soit en observant la même portion du ciel plus longuement.

Sans les considérations techniques ou financières, construire un plus grand télescope serait toujours la meilleure option. En construisant un télescope deux fois plus grand, c’est quatre fois plus de lumière collectée et une résolution doublée. Les plus grands télescopes actuels sont capables d’observer des objets avec la plus grande résolution possible et résoudre leurs détails en un minimum de temps.

Sur le même sujet : 2015 TG387 : l’objet transneptunien conforterait l’existence d’une potentielle Planète X

Il est également nécessaire de déterminer le champ d’observation voulu : observer une petite région avec une grande précision, ou observer une plus grande région avec une précision moindre. Comme un télescope accentue sa précision en réduisant son diamètre optique, un télescope peut observer l’Univers de manière plus précise en réduisant son champ d’observation. Il existe ainsi différents télescopes pour différents objectifs. Mais l’obstacle reste toujours le même : pour observer avec une grande précision, la zone d’observation doit être petite.

hubble deep field

Le télescope spatial Hubble mène de nombreuses campagnes d’observation sur de petites portions du ciel, afin de révéler les objets les plus distants et faiblement lumineux de l’Univers. Crédits : NASA/STSCI/Caltech

Cette image est le Hubble eXtreme Deep Field. Une toute petite région de l’Univers imagée dans plusieurs longueurs d’ondes durant 23 jours. Elle contient 5500 galaxies, et les objets les plus faiblement lumineux dans cette image sont 10 milliards de fois plus faibles que la limite de luminosité perceptible à l’œil nu.  Grâce au grand diamètre de son miroir, sa position dans l’espace et son champ d’observation réduit, Hubble a révélé les galaxies les plus faibles jamais découvertes. Mais cela a un prix : l’image, qui a demandé 23 jours de pose, ne couvre que 1/32’000’000 ème du ciel.

ciel pan starrs

Cette vue compressée de tout le ciel visible de Hawaï par l’Observatoire Pan-STARRS1 est le résultat d’un demi-million d’expositions, chacune d’environ 45 secondes.

À l’opposé, il est possible d’obtenir des images comme celle-ci, prise par le télescope Pan-STARRS qui peut observer l’ensemble du ciel chaque nuit à partir de sa localisation terrestre. Sa taille est comparable à Hubble, mais il est optimisé pour l’observation à grand champ, environ 75% du ciel. Il est particulièrement utile pour détecter des changements entre des points lumineux. Il peut détecter des comètes, des astéroïdes, des objets de la ceinture de Kuiper et autre.

Cependant, il ne peut détecter que des objets des milliers de fois plus lumineux que les objets les plus faibles observés par Hubble. Il n’est donc pas possible d’observer l’ensemble du ciel en espérant y découvrir tous les objets qui s’y cachent. Un télescope pouvant simultanément couvrir une large portion du ciel tout en disposant d’une extrême précision est technologiquement impossible à construire.

Il existe de nombreux télescopes capables de détecter de très faibles objets, mais il est nécessaire de savoir où les pointer. Et il existe de nombreux télescopes capables de couvrir de larges portions du ciel, mais ils ne peuvent détecter que les objets les plus brillants. Et pour les objets du Système solaire, puisqu’ils ne font que refléter la lumière du Soleil, les plus distants ne peuvent tout simplement pas être observés. C’est le cas, si elle existe, de la planète X.

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