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 congénères géantes gazeuses, elle possède de nombreuses lunes, un système d'anneaux et est principalement composée de gaz censés entourer un noyau solide.
Bien que cela puisse être vu à l'œil nu, la prise de conscience 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 mille dernières années, ce n'est qu'au 18ème siècle qu'il a été reconnu pour ce qu'il était. Depuis lors, l'étendue des lunes, du système d'anneaux et de la nature mystérieuse de la planète est connue.
Découverte et nommage :
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 sa pénombre et de son orbite lente, les anciens astronomes pensaient qu'il s'agissait d'une étoile. La première observation connue a été réalisée par Hipparque, qui l'a enregistrée comme une étoile dans son catalogue d'étoiles en 128 avant notre ère - observations qui ont ensuite été incluses dans le livre de Ptolémée. Almageste .
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.
Une réplique du télescope utilisé par William Herschel pour observer Uranus. Crédit : Wikipédia Commons
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 signalé 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 fait rapport à La Société Royale , il a affirmé qu'il s'agissait d'une comète, mais l'a implicitement comparé à une planète.
Par la suite, plusieurs astronomes ont commencé à explorer la possibilité que la « comète » de Herschel soit en fait une planète. Parmi eux, l'astronome russe Anders Johan Lexell, qui a été le premier à calculer son orbite presque circulaire, ce qui l'a amené à conclure qu'il s'agissait après tout d'une planète. L'astronome berlinois Johann Elert Bode, membre de la « United Astronomical Society », était d'accord avec cela après avoir fait des observations similaires de 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 sa découvertery george star('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. Il s'agit notamment de l'astronome français Jérôme Lalande proposant de l'appelerHershelen l'honneur de sa découverte, et l'astronome suédois Erik Prosperin a proposé le nom de Neptune.
Images d'Uranus capturées par le télescope spatial Hubble. Crédit image : NASA/ESA/Hubble
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 6,833×1013km3, et une masse de 8,68 × 1025kg, Uranus mesure environ 4 fois la taille de la Terre et 63 fois son volume. Cependant, en tant que géante gazeuse, sa densité (1,27 g/cm3) est nettement inférieur ; par conséquent, il n'est que 14,5 aussi massif 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 (reculée de 2,6 masses terrestres derrière Neptune).
La variation de la distance d'Uranus au Soleil est également supérieure à celle de toute autre planète (sans compter les planètes naines ou les plutoides). Essentiellement, la distance de la géante gazeuse au Soleil varie de 18,28 UA (2 735 118 100 km) au périhélie à 20,09 UA (3 006 224 700 km) à l'aphélie. À une distance moyenne de 3 milliards de km du Soleil, il faut à Uranus environ 84 ans (ou 30 687 jours) 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 des vents forts dans le sens de la rotation. À certaines latitudes, comme à environ 60 degrés au sud, les caractéristiques visibles de l'atmosphère se déplacent beaucoup plus rapidement, effectuant une rotation complète en aussi peu que 14 heures.
Comparaison des diamètres d'Uranus et de la Terre. L'échelle approximative est de 90 km/px. Crédit : NASA
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 connaît la planète, sans parler d'un cycle jour-nuit inhabituel aux pôles. A 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 masse terrestre).
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 du méthane et de la photolyse induite par le rayonnement ultraviolet. Ils comprennent l'éthane (C2H6), l'acétylène (C2H2), le méthylacétylène (CH3C2H), et le diacétylène (C2CH2H).
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 nuages glacés de vapeur d'eau et d'autres substances volatiles , tels que l'ammoniac et le sulfure d'hydrogène. Pour cette raison, Uranus et Neptune sont considérées comme une classe distincte de planètes géantes - connues sous le nom de 'Géantes de glace' - car elles sont composées principalement de substances volatiles plus lourdes.
Le manteau glaciaire n'est en effet pas composé de glace au sens conventionnel du terme, 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.
Schéma de l'intérieur d'Uranus. Crédit : domaine public
Les noyau d'Uranus est relativement petite, 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 majeure partie, avec environ 13,4 masses terrestres, et la haute atmosphère est relativement peu substantielle, pesant environ 0,5 masse terrestre et s'étendant sur les derniers 20 % du rayon d'Uranus.
La densité du noyau 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 une 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 télédétection – qui s'étend jusqu'à environ 300 km sous le 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. Le premier 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 comprises entre 0,1 et 10-dixbar (10 kPa à 10 µPa).
Profil de température de la troposphère et de la basse stratosphère uraniennes. Les couches de nuages et de brume sont également indiquées. Crédit : Wikipédia/Ruslik0
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 le plus froid du 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 se trouvent des couches de nuages - des nuages d'eau aux pressions les plus basses, avec des nuages d'hydrosulfure d'ammonium au-dessus d'eux. Viennent ensuite les nuages d'ammoniac et de sulfure d'hydrogène. Enfin, de minces nuages de méthane se trouvaient au sommet.
Dans la stratosphère, les températures vont 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 à l'échauffement causé 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 brumes aident à réchauffer la stratosphère.
La couche la plus externe, la thermosphère et la couronne, s'étend de 4 000 km 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 soient pas sûrs de la raison. 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, la météo d'Uranus suit un schéma similaire où les systèmes sont divisés en bandes qui tournent autour de la planète, qui sont entraînées par la chaleur interne s'élevant vers 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 à la grande tache rouge de Jupiter, ce ' Point noir ” était un vortex de nuage géant qui mesurait 1 700 kilomètres sur 3 000 kilomètres (1 100 milles sur 1 900 milles).
Les lunes d'Uranus :
Uranus a 27 satellites connus, qui sont divisés en catégories de lunes plus grandes, lunes intérieures et lunes irrégulières (semblables aux autres géantes gazeuses). Les plus grosses lunes d'Uranus sont, par ordre de taille, Miranda , Ariel , Ombrie , Obéron et Titania . Ces lunes ont un diamètre et une masse de 472 km et 6,7 × 1019kg pour Miranda à 1578 km et 3,5 × 10vingt-et-unkg pour Titania. Chacune de ces lunes est particulièrement sombre, avec une faible liaison et des albédos géométriques. Ariel est la plus brillante tandis qu'Umbriel est la plus sombre.
Un montage des lunes d'Uranus. Crédit image : NASA
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 composée de glace.
Le composant de glace peut inclure de l'ammoniac et du dioxyde de carbone, tandis que le matériau rocheux est censé être composé de matière carbonée , y compris les composés organiques (semblables aux astéroïdes et aux comètes). Leurs compositions seraient différenciées, avec un manteau glacial entourant un noyau rocheux.
Dans le cas de Titania et d'Oberon, on pense que des océans d'eau liquide peuvent exister à la limite noyau/manteau. Leurs surfaces sont également fortement cratérisées; mais dans chaque cas, le resurfaçage endogène a conduit à un certain renouvellement de leurs traits. Ariel semble avoir la surface la plus jeune avec le moins de cratères d'impact tandis qu'Umbriel semble être la plus ancienne et la plus cratérisée.
Les principales lunes d'Uranus n'ont pas d'atmosphère discernable. De plus, en raison de leur orbite autour d'Uranus, ils subissent des cycles saisonniers extrêmes. Comme Uranus tourne autour du Soleil presque sur le côté et que les grandes lunes tournent 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. Ce sont, par ordre de distance de la planète : Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Cupid, Belinda, Perdita, Puck et Mab. Conformément au nom des plus grandes lunes d'Uranus, tous portent le nom de personnages de pièces de Shakespeare.
Uranus et son système de Lunes. Crédit : NASA/JPL
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 tous les 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 une matière sombre, qui est probablement des matières organiques traitées par le rayonnement d'Uranus. Le système est également chaotique et apparemment instable. Les simulations informatiques estiment que des collisions peuvent se produire, en particulier entre Desdémone et Cressida ou Juliette dans les 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'Obéron. Toutes les lunes irrégulières sont probablement des objets capturés qui ont été piégés par Uranus peu après sa formation. Ils sont, par ordre de distance d'Uranus : Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos et Ferdinard (encore une fois, du nom de personnages de 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 entourent Uranus sur des orbites rétrogrades (ce qui signifie qu'ils orbitent autour de la planète dans le sens opposé de 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 du micromètre à une fraction de mètre – c'est pourquoi elles ne sont pas aussi discernables que celles 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 large.
Uranus vu dans le spectre infrarouge, révélant son échauffement interne et son système d'anneaux. Crédit : Lawrence Sromovsky (Univ. Wisconsin-Madison)/Observatoire Keck
Les anneaux sont probablement assez jeunes et on ne pense pas qu'ils se soient formés avec Uranus. La matière dans les anneaux peut autrefois avoir fait partie d'une lune (ou des lunes) qui a été brisée par des impacts à grande vitesse. Des nombreux débris qui se sont formés à la suite de ces impacts, seules quelques particules ont survécu, dans des zones stables correspondant aux emplacements 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 en utilisant le 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 au sein d'un système autour de la planète, et en ont observé quatre autres plus tard.
Les anneaux ont été directement imagés lorsqueVoyager 2passé Uranus en 1986, et la sonde a pu détecter deux anneaux faibles supplémentaires - portant le nombre d'anneaux observés à 11. En décembre 2005, le Le télescope spatial Hubble a détecté une paire d'anneaux auparavant inconnus, portant 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 nouvelles bagues de la Observatoire de Keck a donné les couleurs des anneaux extérieurs : le plus extérieur est bleu et l'autre rouge. En revanche, les anneaux intérieurs d'Uranus apparaissent en gris. Une hypothèse concernant la couleur bleue de l'anneau extérieur est qu'il est composé de minuscules particules de glace d'eau provenant de la surface du 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 NASAVoyager 2sonde spatiale, qui a survolé la planète en 1986. Le 24 janvier 1986,Voyager 2passé à moins de 81 500 km de la surface de la planète, renvoyant les seules photos rapprochées jamais prises d'Uranus.Voyager 2puis a continué à faire une rencontre rapprochée avec Neptune en 1989.
Ces deux images d'Uranus - l'une en vraies couleurs (à gauche) et l'autre en fausses couleurs - ont été compilées à partir d'images renvoyées le 17 janvier 1986 par la caméra à angle étroit de Voyager 2. Crédit : NASA/JPL
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 pourCassinipour se rendre dans le système uranien après avoir quitté Saturne.
En termes de missions futures, de multiples propositions ont été faites. Par exemple, un orbiteur et une sonde Uranus ont été recommandés par le 2013-2022 Enquête décennale des sciences planétaires publié en 2011. Cette proposition prévoyait un lancement entre 2020 et 2023 et une croisière de 13 ans vers Uranus. Un New Frontiers Uranus Orbiter a été évalué et a été recommandé dans l'étude, Le cas d'un orbiteur Uranus . Cependant, cette mission est considérée comme moins prioritaire que les futures missions vers Mars et le système jovien.
Des scientifiques de la Laboratoire des sciences spatiales Mullard au Royaume-Uni ont proposé une mission conjointe NASA-ESA vers Uranus connue sous le nom de Éclaireur d'Uranus . Cette mission impliquerait le lancement d'une mission de classe moyenne d'ici 2022, et les estimations placent son coût à 470 millions d'euros (~ 525 millions de dollars US).
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, notamment une caméra d'imagerie, des spectromètres et un magnétomètre. La mission serait lancée en avril 2021 et arriverait à Uranus 17 ans plus tard.
Uranus, photographié par le télescope spatial Hubble. Crédit image : NASA/Hubble
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 package scientifique peut inclure des magnétomètres, des détecteurs de particules et, éventuellement, une caméra d'imagerie.
Qu'il suffise de dire qu'Uranus est une cible difficile en matière d'exploration, et sa distance a rendu le processus d'observation le reconnaissant pour ce qu'il était problématique dans le passé. Et à l'avenir, avec la majeure partie de notre mission axée sur l'exploration de Mars, d'Europe et d'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 l'intérêt pour l'explosion de la ceinture de Kuiper grâce à la découverte de nombreux objets transneptuniens ces dernières années, il est tout à fait possible que les scientifiques exigent qu'une mission vers l'extérieur du système solaire soit montée. Si et quand cela se produit, il est possible que la sonde passe près d'Uranus sur son chemin, recueillant des informations et des images pour aider à faire progresser notre compréhension de ce 'Géant de Glace'.
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