New Horizons (« Nouveaux Horizons » en français) est une sonde de l'agence spatiale américaine (NASA) dont l'objectif principal est l'étude de la planète naine Pluton et de ses satellites, ce qui a été réalisé à la mi-juillet 2015. Après de légères modifications de trajectoire, elle a pu explorer (486958) Arrokoth, un autre corps de la ceinture de Kuiper, et pourrait éventuellement en étudier un autre (restant à découvrir). New Horizons est la première mission spatiale qui explore cette région du Système solaire. Du fait de leur éloignement, on dispose de très peu d'informations sur les corps célestes qui s'y trouvent, car ceux-ci sont à peine visibles avec les meilleurs télescopes. Or leurs caractéristiques sont susceptibles de fournir des informations importantes sur le processus de formation du Système solaire.
La sonde spatiale New Horizons a été conçue pour fonctionner dans les conditions hostiles de cette région, très éloignée de la Terre et du Soleil. L'architecture de l'engin spatial et le déroulement de la mission prennent ainsi en compte la faiblesse de l'ensoleillement, qui impose le recours à un générateur thermoélectrique à radioisotope et à une isolation thermique renforcée, le débit limité des télécommunications (1 kb/s), et la durée du transit vers sa cible (plus de neuf ans), qui nécessite une grande fiabilité des composants critiques.
Les sept instruments scientifiques embarqués comprennent une caméra fonctionnant en lumière visible et en infrarouge, un spectromètre imageur ultraviolet, une caméra dotée d'un téléobjectif, deux spectromètres destinés à mesurer la composition chimique des cibles, une expérience d'occultation radio et un compteur de poussières interplanétaires. Ceux-ci doivent permettre de caractériser la géologie, les structures en surface, la composition du sol et sa température, la structure et la composition de l'atmosphère des corps célestes survolés.
La sonde spatiale a été lancée le 19 janvier 2006 par une fusée de forte puissance Atlas V-551. New Horizons a survolé Jupiter le 28 février 2007, ce qui lui a permis de gagner 4 km/s grâce à l'assistance gravitationnelle de cette planète. Ce survol a également permis de calibrer les instruments, tout en faisant des observations scientifiques intéressantes sur le système de Jupiter, en particulier son atmosphère, ses satellites et son champ magnétique. New Horizons a ensuite entamé son long transit vers Pluton, durant lequel la sonde a été mise en sommeil. Elle en est sortie le 6 décembre 2014 et a commencé en janvier 2015 ses observations de Pluton, qu'elle survole le 14 juillet 2015. Elle est ensuite passée le 1er janvier 2019 à 3 500 km d'Arrokoth, un petit corps de la ceinture de Kuiper découvert à la suite d'observations astronomiques réalisées en 2014.
Les résultats de la mission New Horizons ont bouleversé les connaissances sur Pluton et ses satellites. De nombreuses données portant sur la géologie, ainsi que la composition de la surface et de l'atmosphère, ont été collectées. Elles ont démontré que Pluton, contrairement aux hypothèses courantes, est restée très active sur le plan géologique depuis sa création. La planète naine présente un éventail particulièrement riche de phénomènes atmosphériques et de formations géologiques, qui rivalisent par leur diversité avec ceux de Mars.
Pluton, la plus éloignée des planètes du système solaire — jusqu'à ce qu'elle soit officiellement recatégorisée en planète naine en 2006 — n'avait pas encore été étudiée à faible distance lorsque la mission New Horizons fut mise sur pied en 2000. Après avoir été exclue des objectifs du programme Voyager dans les années 1970, plusieurs projets de survol sont élaborés dans les années 1990 au sein de l'agence spatiale américaine (la NASA), mais leur coût, élevé du fait de l'éloignement de l'objectif, ne leur permet pas de déboucher sur une réalisation concrète. Au cours de cette décennie, on découvre de nombreux corps aux caractéristiques similaires à celles de Pluton, aux confins du système solaire. Ces objets transneptuniens, qui forment la ceinture de Kuiper, ravivent l'intérêt scientifique d'une exploration de Pluton. Finalement, en 2001, la NASA accepte de financer le développement d'une sonde spatiale, baptisée New Horizons, chargée de l'étudier in situ.
Pluton et la ceinture de Kuiper
Les corps célestes du système solaire sont regroupés en trois régions :
les planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre, Mars), caractérisées par une composition rocheuse, et situées en deçà de la ceinture d'astéroïdes ; elles se trouvent à des distances comprises entre 0,39 (Mercure) et 1,52 (Mars) unités astronomiques (ua) du Soleil (1 ua = ~150 millions de kilomètres) ;
les planètes gazeuses géantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), composées principalement d'hydrogène ; elles circulent sur des orbites comprises entre 5,2 (Jupiter) et 30,1 (Neptune) ua du Soleil ;
les objets transneptuniens, situés à une distance comprise entre 30 et ~50 ua du Soleil.
Pluton fait partie de ce dernier sous-ensemble, constitué de planètes naines glacées à la surface solide, mais composées essentiellement de matière gelée (eau, azote, dioxyde de carbone, méthane et monoxyde de carbone) et de matière rocheuse. Ces naines forment la ceinture de Kuiper, qui s'étend jusqu'à 50 ua du Soleil. Pluton est le plus grand objet connu de cette ceinture, avec Éris.
Pluton est découverte en 1930, par l'astronome américain Clyde Tombaugh, et à l'époque considérée comme la neuvième planète du système solaire. À la date de sa découverte, on estime que la taille de Pluton est proche de celle de la Terre, mais on découvre par la suite que la planète est plus petite que la Lune. Jusqu'au début des années 1990, aucun autre corps céleste n'est découvert au-delà de l'orbite de Pluton. En 1992, un premier objet transneptunien (TNO) est observé, puis les découvertes se multiplient, et à la date de lancement de New Horizons (2006), plus de 1 000 corps avaient été découverts, et la présence de plus de 100 000 autres, d'un diamètre supérieur à 100 km, circulant sur une orbite comprise entre 30 et 50 ua, était prédite. Les caractéristiques des objets transneptuniens découverts (distance du Soleil, inclinaison importante, composition, résonance avec Neptune, fréquence des systèmes doubles), font de Pluton un TNO caractéristique. Confronté, du fait de ces découvertes, à la multiplication de planètes potentielles dans le système solaire, l'organisme de classification officiel dans le domaine de l'astronomie (l'Union astronomique internationale), ajoute en 2006 un critère supplémentaire à la définition d'une planète : celle-ci doit avoir fait place nette dans son voisinage orbital. Ce n'est pas le cas de Pluton (comme des autres objets transneptuniens), qui perd son statut de planète et est reclassée comme planète naine, en dépit d'une forte opposition d'une partie de la communauté scientifique américaine, car il s’agissait de la seule planète découverte par un Américain. Les objets transneptuniens sont sans doute des planétésimaux, c'est-à-dire des embryons de planète, dont le processus de formation a été interrompu par le déplacement des planètes géantes gazeuses intervenu peu après la naissance du système solaire.
Du fait de son excentricité, Pluton parcourt son orbite autour du Soleil en 248 années terrestres, à une distance du Soleil qui oscille entre environ 4,4 et 7,4 milliards de kilomètres. En juillet 2015, Pluton se situe à environ 4,77 milliards de km de la Terre, soit 32 fois la distance Terre-Soleil. L'inclinaison par rapport au plan de l'écliptique, 17 degrés, est beaucoup plus élevée que celle des planètes du système solaire. Pluton s'éloigne du Soleil depuis 1989, et circulait à l'intérieur de l'orbite de Neptune de 1979 jusqu'en 1999.
Le diamètre de Pluton, évalué avant le survol à environ 2 380 km, est nettement inférieur à celui de la Lune (3 474 km). Distance et faible taille se combinent pour rendre l'étude de la planète naine depuis la Terre très difficile, avec un diamètre apparent inférieur à 1 % de celui de la planète Mars. La planète tourne sur elle-même en 6,4 jours, de manière synchrone avec son satellite principal Charon, si bien qu'elle lui présente toujours la même face. De manière très inhabituelle dans le système solaire (hormis Uranus), l'axe de rotation est incliné de 118° par rapport au nord céleste. La température moyenne à la surface est environ de −233 °C. Les observations spectrométriques depuis la Terre ont permis de déterminer que la surface de Pluton était couverte principalement de glaces d'azote, de monoxyde de carbone, de méthane et d'éthane. Elle présente des zones brillantes et sombres, les plus contrastées de toutes les planètes du système solaire. Pluton fait partie du nombre très réduit de corps du système solaire disposant d'une atmosphère perceptible. Celle-ci est très ténue (50 000 fois moins dense que celle de la Terre et 300 fois inférieure à celle de Mars), et composée essentiellement d'azote, avec des traces de méthane, de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures plus lourds. Cette atmosphère subit des variations importantes du fait de l'excentricité de l'orbite et de l'inclinaison de l'axe de rotation. La gravité à la surface de Pluton est égale à 6 % de celle de la Terre. La densité de la planète, évaluée à environ 2, indique que Pluton est composé de 35 % de glace et de 65 % de matériaux rocheux.