LA PLANèTE URANUS

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Uranus, qui tire son nom du dieu grec du ciel, est une géante gazeuse et la septième planète de notre soleil. C'est également la troisième plus grande planète de notre système solaire, derrière Jupiter et Saturne. Comme ses collègues géants du gaz, il possède de nombreuses lunes, un système d'anneaux et est principalement composé de gaz qui entoureraient un noyau solide.

Bien que cela puisse être vu à l'œil nu, la réalisation qu'Uranus est une planète était relativement récente. Bien qu'il y ait des indications qu'il a été repéré plusieurs fois au cours des deux derniers milliers d'années, ce n'est qu'au XVIIIe siècle qu'il a été reconnu pour ce qu'il était. Depuis lors, l'étendue complète des lunes, du système d'anneaux et de la nature mystérieuse de la planète est connue.

Découverte et dénomination:

Comme les cinq planètes classiques - Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne - Uranus peut être vu sans l'aide d'un télescope. Mais en raison de son obscurité et de son orbite lente, les anciens astronomes pensaient que c'était une étoile. La première observation connue a été réalisée par Hipparchos, qui l'a enregistrée comme une étoile dans son catalogue d'étoiles en 128 avant notre ère - observations qui ont ensuite été incluses dans Ptolémée. Almagest.

La première observation définitive d'Uranus a eu lieu en 1690 lorsque l'astronome anglais John Flamsteed - le premier astronome royal - l'a repéré au moins six fois et l'a catalogué comme une étoile (34 Tauri). L'astronome français Pierre Lemonnier l'a également observé au moins douze fois entre les années 1750 et 1769.

Cependant, c'est l'observation d'Uranus par Sir William Herschel le 13 mars 1781, qui a commencé le processus d'identification de cette planète. À l'époque, il l'a rapporté comme une observation de comète, mais s'est ensuite engagé dans une série d'observations à l'aide d'un télescope de sa propre conception pour mesurer sa position par rapport aux étoiles. Lorsqu'il en a rendu compte à la Royal Society, il a affirmé qu'il s'agissait d'une comète, mais l'a implicitement comparée à une planète.

Par la suite, plusieurs astronomes ont commencé à explorer la possibilité que la «comète» de Herschel soit en fait une planète. Il s'agit notamment de l'astronome russe Anders Johan Lexell, qui a été le premier à calculer son orbite presque circulaire, ce qui l'a amené à conclure que c'était une planète après tout. L'astronome berlinois Johann Elert Bode, membre de la «United Astronomical Society», a partagé cet avis après avoir fait des observations similaires sur son orbite.

Bientôt, le statut d'Uranus en tant que planète est devenu un consensus scientifique, et en 1783, Herschel lui-même l'a reconnu à la Royal Society. En reconnaissance de sa découverte, le roi George III d'Angleterre a donné à Herschel une allocation annuelle de 200 £ à condition qu'il déménage à Windsor afin que la famille royale puisse regarder à travers ses télescopes.

En l'honneur de son nouveau mécène, William Herschel a décidé de nommer son discovery Georgium Sidus ("George’s Star" ou "Georges Planet"). En dehors de la Grande-Bretagne, ce nom n'était pas populaire et des alternatives ont rapidement été proposées. Parmi eux, l'astronome français Jerome Lalande propose de l'appeler Hershel en l'honneur de sa découverte, et l'astronome suédois Erik Prosperin proposant le nom Neptune.

Johann Elert Bode a proposé le nom Uranus, la version latinisée du dieu grec du ciel, Ouranos. Ce nom semblait approprié, étant donné que Saturne a été nommé d'après le père mythique de Jupiter, donc cette nouvelle planète devrait être nommée d'après le père mythique de Saturne. En fin de compte, la suggestion de Bode est devenue la plus largement utilisée et est devenue universelle en 1850.

Taille, masse et orbite d'Uranus:

Avec un rayon moyen d'environ 25 360 km, un volume de 6,833 × 10¹³ km³, et une masse de 8,68 × 10²⁵ kg, Uranus est environ 4 fois la taille de la Terre et 63 fois son volume. Cependant, en tant que géant du gaz, sa densité (1,27 g / cm³) est nettement inférieur; par conséquent, elle n'est que 14,5 aussi massive que la Terre. Sa faible densité signifie également que bien qu'elle soit la troisième plus grande des géantes gazeuses, elle est la moins massive (derrière Neptune de 2,6 masses terrestres).

La variation de la distance entre Uranus et le Soleil est également supérieure à celle de toute autre planète (à l'exclusion des planètes naines ou des plutoïdes). Essentiellement, la distance du géant gazier au Soleil varie de 18,28 UA (2 735 118 100 km) au périhélie à 20,09 UA (3 006 224 2400 km) à l'aphélie. À une distance moyenne de 3 milliards de kilomètres du Soleil, il faut environ 84 ans (ou 30 687 jours) à Uranus pour accomplir une seule orbite du Soleil.

La période de rotation de l'intérieur d'Uranus est de 17 heures et 14 minutes. Comme pour toutes les planètes géantes, sa haute atmosphère subit de forts vents dans le sens de rotation. À certaines latitudes, comme à environ 60 degrés au sud, les éléments visibles de l'atmosphère se déplacent beaucoup plus rapidement, effectuant une rotation complète en aussi peu que 14 heures.

Une caractéristique unique d'Uranus est qu'il tourne sur le côté. Alors que toutes les planètes du système solaire sont inclinées sur leurs axes dans une certaine mesure, Uranus a l'inclinaison axiale la plus extrême de 98 °. Cela conduit aux saisons radicales que la planète connaît, sans parler d'un cycle jour-nuit inhabituel aux pôles. À l'équateur, Uranus connaît des jours et des nuits normaux; mais aux pôles, chacun connaît 42 années terrestres de jour suivies de 42 années de nuit.

Composition d'Uranus:

Le modèle standard de la structure d'Uranus est qu'il se compose de trois couches: un noyau rocheux (silicate / fer – nickel) au centre, un manteau glacé au milieu et une enveloppe extérieure d'hydrogène gazeux et d'hélium. Tout comme Jupiter et Saturne, l'hydrogène et l'hélium représentent la majorité de l'atmosphère - environ 83% et 15% - mais seulement une petite partie de la masse globale de la planète (0,5 à 1,5 masses terrestres).

Le troisième élément le plus abondant est la glace de méthane (CH⁴), qui représente 2,3% de sa composition et qui explique la coloration aigue-marine ou cyan de la planète. Des traces de divers hydrocarbures se trouvent également dans la stratosphère d'Uranus, qui seraient produites à partir de méthane et de photolyse induite par rayonnement ultraviolent. Ils comprennent l'éthane (C₂H₆), acétylène (C₂H₂), méthylacétylène (CH₃C₂H) et diacétylène (C₂HC₂H).

De plus, la spectroscopie a découvert du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone dans la haute atmosphère d'Uranus, ainsi que la présence de nuages glacés de vapeur d'eau et d'autres substances volatiles, comme l'ammoniac et le sulfure d'hydrogène. Pour cette raison, Uranus et Neptune sont considérés comme une classe distincte de planète géante - connue sous le nom de «Géants de glace» - car ils sont composés principalement de substances volatiles plus lourdes.

Le manteau de glace n'est pas en fait composé de glace au sens conventionnel, mais d'un fluide chaud et dense constitué d'eau, d'ammoniac et d'autres substances volatiles. Ce fluide, qui a une conductivité électrique élevée, est parfois appelé océan eau-ammoniac.

Le noyau d'Uranus est relativement petit, avec une masse de seulement 0,55 masse terrestre et un rayon inférieur à 20% de la taille globale de la planète. Le manteau comprend sa masse, avec environ 13,4 masses terrestres, et la haute atmosphère est relativement insignifiante, pesant environ 0,5 masse terrestre et s'étendant sur les derniers 20% du rayon d'Uranus.

La densité centrale d'Uranus est estimée à 9 g / cm³, avec une pression au centre de 8 millions de bars (800 GPa) et une température d'environ 5000 K (comparable à la surface du Soleil).

Atmosphère d'Uranus:

Comme pour la Terre, l'atmosphère d'Uranus est divisée en couches, en fonction de la température et de la pression. Comme les autres géantes gazeuses, la planète n'a pas de surface ferme, et les scientifiques définissent la surface comme la région où la pression atmosphérique dépasse un bar (la pression trouvée sur Terre au niveau de la mer). Tout ce qui est accessible à la capacité de télédétection - qui s'étend jusqu'à environ 300 km en dessous du niveau de 1 bar - est également considéré comme l'atmosphère.

En utilisant ces points de référence, l'atmosphère d'Uranus peut être divisée en trois couches. La première est la troposphère, entre des altitudes de -300 km sous la surface et 50 km au-dessus, où les pressions varient de 100 à 0,1 bar (10 MPa à 10 kPa). La deuxième couche est la stratosphère, qui atteint entre 50 et 4000 km et subit des pressions entre 0,1 et 10^-10 bar (10 kPa à 10 µPa).

La troposphère est la couche la plus dense de l'atmosphère d'Uranus. Ici, la température varie de 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) à la base (-300 km) à 53 K (-220 ° C / -364 ° F) à 50 km, la région supérieure étant la plus froide dans le système solaire. La région de la tropopause est responsable de la grande majorité des émissions infrarouges thermiques d’Uranus, déterminant ainsi sa température effective de 59,1 ± 0,3 K.

Dans la troposphère, il y a des couches de nuages - des nuages d'eau aux pressions les plus basses, avec des nuages d'hydrosulfure d'ammonium au-dessus d'eux. Les nuages d'ammoniac et de sulfure d'hydrogène viennent ensuite. Enfin, de minces nuages de méthane gisaient au sommet.

Dans la stratosphère, les températures varient de 53 K (-220 ° C / -364 ° F) au niveau supérieur à entre 800 et 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) à la base de la thermosphère, grâce en grande partie au chauffage provoqué par le rayonnement solaire. La stratosphère contient du smog d’éthane, qui peut contribuer à l’apparence terne de la planète. L'acétylène et le méthane sont également présents, et ces brouillards aident à réchauffer la stratosphère.

La couche la plus externe, la thermosphère et la couronne, s'étendent de 4 000 km jusqu'à 50 000 km de la surface. Cette région a une température uniforme de 800 à 850 (577 ° C / 1 070 ° F), bien que les scientifiques ne sachent pas pourquoi. Parce que la distance entre Uranus et le Soleil est si grande, la quantité de chaleur qui en provient est insuffisante pour générer des températures aussi élevées.

Comme Jupiter et Saturne, le temps d'Uranus suit un modèle similaire où les systèmes sont divisés en bandes qui tournent autour de la planète, qui sont entraînées par la chaleur interne qui monte dans la haute atmosphère. En conséquence, les vents sur Uranus peuvent atteindre jusqu'à 900 km / h (560 mph), créant des tempêtes massives comme celle repérée par le télescope spatial Hubble en 2012. Semblable au grand point rouge de Jupiter, ce «point noir» était un géant vortex de nuages mesurant 1 700 kilomètres sur 3 000 kilomètres (1 100 milles sur 1 900 milles).

Les lunes d'Uranus:

Uranus possède 27 satellites connus, qui sont divisés en catégories de grosses lunes, de lunes intérieures et de lunes irrégulières (similaires à d'autres géantes gazeuses). Les plus grandes lunes d'Uranus sont, par ordre de taille, Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon et Titania. Ces lunes varient en diamètre et en masse de 472 km et 6,7 × 10¹⁹ kg pour Miranda à 1578 km et 3,5 × 10²¹ kg pour Titania. Chacune de ces lunes est particulièrement sombre, avec des albédos à faible liaison et géométriques. Ariel est le plus brillant tandis qu'Umbriel est le plus sombre.

On pense que toutes les grandes lunes d'Uranus se sont formées dans le disque d'accrétion, qui existait autour d'Uranus pendant un certain temps après sa formation, ou résultaient du grand impact subi par Uranus au début de son histoire. Chacun est composé de quantités à peu près égales de roche et de glace, à l'exception de Miranda qui est principalement constituée de glace.

Le composant de glace peut comprendre de l'ammoniac et du dioxyde de carbone, tandis que le matériau rocheux serait composé de matériaux carbonés, y compris des composés organiques (similaires aux astéroïdes et aux comètes). On pense que leurs compositions sont différenciées, avec un manteau glacé entourant un noyau rocheux.

Dans le cas de Titania et d'Oberon, on pense que des océans d'eau liquide peuvent exister à la frontière cœur / manteau. Leurs surfaces sont également fortement cratérisées; mais dans chaque cas, le resurfaçage endogène a conduit à un certain renouvellement de leurs caractéristiques. Ariel semble avoir la surface la plus jeune avec le moins de cratères d'impact tandis qu'Umbriel semble être le plus ancien et le plus cratère.

Les principales lunes d'Uranus n'ont pas d'atmosphère perceptible. De plus, en raison de leur orbite autour d'Uranus, ils connaissent des cycles saisonniers extrêmes. Parce qu'Uranus tourne autour du Soleil presque de son côté et que les grosses lunes orbitent toutes autour du plan équatorial d'Uranus, les hémisphères nord et sud connaissent des périodes prolongées de jour et de nuit (42 ans à la fois).

En 2008, Uranus est connu pour posséder 13 lunes intérieures dont les orbites se trouvent à l'intérieur de celle de Miranda. Ils sont, par ordre de distance de la planète: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Cupid, Belinda, Perdita, Puck et Mab. Conformément à la dénomination des plus grandes lunes d'Uranus, toutes portent le nom de personnages de pièces shakespeariennes.

Toutes les lunes intérieures sont intimement liées au système d'anneaux d'Uranus, qui résulte probablement de la fragmentation d'une ou plusieurs petites lunes intérieures. Puck, à 162 km, est la plus grande des lunes intérieures d'Uranus - et la seule imagée par Voyager 2 dans les moindres détails - tandis que Puck et Mab sont les deux satellites intérieurs les plus externes d'Uranus.

Toutes les lunes intérieures sont des objets sombres. Ils sont faits de glace d'eau contaminée par un matériau sombre, qui est probablement un matériau organique traité par le rayonnement d'Uranus. Le système est également chaotique et apparemment instable. Des simulations informatiques estiment que des collisions pourraient se produire, en particulier entre Desdemona et Cressida ou Juliette au cours des 100 millions d'années à venir.

En 2005, Uranus est également connu pour avoir neuf lunes irrégulières, qui l'orbitent à une distance beaucoup plus grande que celle d'Oberon. Toutes les lunes irrégulières sont probablement des objets capturés qui ont été piégés par Uranus peu de temps après sa formation. Ils sont, par ordre de distance d'Uranus: Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos et Ferdinard (encore une fois, nommé d'après les personnages des pièces de Shakespeare).

Les lunes irrégulières d’Uranus varient en taille d’environ 150 km (Sycorax) à 18 km (Trinculo). À l'exception de Margaret, tous tournent autour d'Uranus sur des orbites rétrogrades (ce qui signifie qu'ils tournent en orbite autour de la planète dans la direction opposée à sa rotation).

Système d'anneaux d'Uranus:

Comme Saturne et Jupiter, Uranus a un système d'anneaux. Cependant, ces anneaux sont composés de particules extrêmement sombres dont la taille varie de micromètres à une fraction de mètre - d'où la raison pour laquelle ils ne sont pas aussi visibles que ceux de Saturne. Treize anneaux distincts sont actuellement connus, le plus brillant étant l'anneau epsilon. Et à l'exception de deux très étroits, ces anneaux mesurent généralement quelques kilomètres de largeur.

Les anneaux sont probablement assez jeunes et ne se seraient pas formés avec Uranus. La matière dans les anneaux peut avoir fait partie d'une lune (ou de lunes) qui a été brisée par des impacts à grande vitesse. De nombreux débris qui se sont formés à la suite de ces impacts, seules quelques particules ont survécu, dans des zones stables correspondant à l'emplacement des anneaux actuels.

Les premières observations connues du système d'anneaux ont eu lieu le 10 mars 1977, par James L. Elliot, Edward W. Dunham et Jessica Mink à l'aide de l'observatoire aéroporté de Kuiper. Lors d'une occultation de l'étoile SAO 158687 (également connue sous le nom de HD 128598), ils ont discerné cinq anneaux existant dans un système autour de la planète, et en ont observé quatre autres plus tard.

Les anneaux ont été directement imagés lorsque Voyager 2 passé Uranus en 1986, et la sonde a pu détecter deux anneaux faibles supplémentaires - ce qui porte le nombre d'anneaux observés à 11. En décembre 2005, le télescope spatial Hubble a détecté une paire d'anneaux auparavant inconnus, ce qui porte le total à 13. Le plus grand est situé deux fois plus loin d'Uranus que les anneaux précédemment connus, d'où la raison pour laquelle ils sont appelés le système d'anneaux «extérieur».

En avril 2006, des images des nouveaux anneaux de l'Observatoire de Keck ont révélé les couleurs des anneaux extérieurs: le plus extérieur est bleu et l'autre rouge. En revanche, les anneaux intérieurs d'Uranus apparaissent gris. Une hypothèse concernant la couleur bleue de l'anneau extérieur est qu'il est composé de minuscules particules de glace d'eau de la surface de Mab qui sont suffisamment petites pour diffuser la lumière bleue.

Exploration:

Uranus n'a été visité qu'une seule fois par un vaisseau spatial: la NASA Voyager 2 sonde spatiale, qui a survolé la planète en 1986. Le 24 janvier 1986, Voyager 2 est passé à moins de 81 500 km de la surface de la planète, renvoyant les seules photos rapprochées d'Uranus. Voyager 2 puis a continué à faire une rencontre rapprochée avec Neptune en 1989.

La possibilité d'envoyer le Cassini vaisseau spatial de Saturne à Uranus a été évalué lors d'une phase de planification d'extension de mission en 2009. Cependant, cela n'a jamais abouti, car il aurait fallu une vingtaine d'années pour Cassini pour se rendre au système uranien après avoir quitté Saturne.

Concernant les futures missions, plusieurs propositions ont été faites. Par exemple, un orbiteur et une sonde Uranus ont été recommandés par l'enquête décennale 2013-2022 sur les sciences planétaires publiée en 2011. Cette proposition envisageait un lancement entre 2020-2023 et une croisière de 13 ans à Uranus. Un New Frontiers Uranus Orbiter a été évalué et recommandé dans l'étude, Le cas d'un orbiteur d'Uranus. Cependant, cette mission est considérée comme moins prioritaire que les futures missions vers Mars et le système jovien.

Des scientifiques du Mullard Space Science Laboratory au Royaume-Uni ont proposé une mission conjointe NASA-ESA à Uranus connue sous le nom de Uranus Pathfinder. Cette mission impliquerait le lancement d'une mission de classe moyenne d'ici 2022, et estime son coût à 470 millions d'euros (~ 525 millions USD).

Une autre mission à Uranus, appelée Reconnaissance orbitale Herschel du système uranien (HORUS), a été conçu par le laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins. La proposition concerne un orbiteur à propulsion nucléaire transportant un ensemble d'instruments, dont une caméra d'imagerie, des spectromètres et un magnétomètre. La mission serait lancée en avril 2021 et arriverait à Uranus 17 ans plus tard.

En 2009, une équipe de scientifiques planétaires du Jet Propulsion Laboratory de la NASA a avancé des conceptions possibles pour un orbiteur Uranus à énergie solaire. La fenêtre de lancement la plus favorable pour une telle sonde serait en août 2018, avec une arrivée à Uranus en septembre 2030. Le paquet scientifique peut comprendre des magnétomètres, des détecteurs de particules et, éventuellement, une caméra d'imagerie.

Il suffit de dire qu'Uranus est une cible difficile en matière d'exploration, et sa distance a rendu le processus d'observation en le reconnaissant pour ce qu'il était problématique dans le passé. Et à l'avenir, la majeure partie de notre mission étant concentrée sur l'exploration de Mars, Europa et des astéroïdes géocroiseurs, la perspective d'une mission dans cette région du système solaire ne semble pas très probable.

Mais les environnements budgétaires changent, tout comme les priorités scientifiques. Et avec un intérêt pour l'explosion de la ceinture de Kuiper grâce à la découverte de nombreux objets trans-neptuniens ces dernières années, il est tout à fait possible que les scientifiques exigent qu'une mission vers le système solaire soit montée. Si et quand cela se produit, il peut être possible de faire balancer la sonde par Uranus à sa sortie, en recueillant des informations et des images pour nous aider à mieux comprendre ce «géant de glace».

Nous avons de nombreux articles intéressants sur Uranus ici à Space Magazine. Nous espérons que vous trouverez ce que vous cherchez dans la liste ci-dessous: