Le télescope spatial James Webb a récemment visé l’étrange et mystérieux Uranus, une géante de glace à rotation latérale. Ce que Webb a découvert était un monde dynamique avec des anneaux, des lunes, des tempêtes et d’autres caractéristiques atmosphériques, y compris une calotte polaire saisonnière. Grâce à sa sensibilité exceptionnelle, Webb a capturé des images des faibles anneaux intérieurs et extérieurs d’Uranus, y compris l’insaisissable anneau Zeta, l’anneau extrêmement faible et diffus le plus proche de la planète. Il a également pris des photos de plusieurs des 27 lunes connues de la planète, observant même certaines des plus petites lunes à l’intérieur des anneaux.
Uranus
Aux longueurs d’onde visibles, Uranus apparaît comme une boule bleue calme et solide. Dans les longueurs d’onde infrarouges, Webb révèle un monde glacé étrange et dynamique rempli de caractéristiques atmosphériques fascinantes. L’un des plus frappants d’entre eux est la calotte polaire nord saisonnière de la planète. Par rapport à l’image prise plus tôt cette année, ces nouvelles images permettent de mieux voir certains détails de ce chapeau. Il s’agit notamment d’une calotte intérieure d’un blanc éclatant et d’une bande sombre au bas de la calotte polaire, vers les latitudes inférieures.
L’image s’étend sur la version bicolore publiée plus tôt cette année, ajoutant une couverture de longueur d’onde supplémentaire pour une visualisation plus détaillée. NASA/ESA/ASC
Plusieurs tempêtes brillantes peuvent également être observées près et au-dessous du bord sud de la calotte polaire. Le nombre de ces tempêtes, ainsi que leur fréquence et l’endroit où elles apparaissent dans l’atmosphère d’Uranus, peuvent être dus à une combinaison d’effets saisonniers et météorologiques. La calotte polaire devient visible lorsque le pôle de la planète fait face au Soleil, s’approche du solstice et reçoit davantage de lumière solaire. Uranus atteindra son prochain solstice en 2028 et les astronomes attendent avec impatience d’éventuels changements dans la structure de ces objets. Webb aidera à comprendre les effets saisonniers et météorologiques affectant les tempêtes d’Uranus, ce qui est essentiel à la compréhension de l’atmosphère complexe de la planète.
Grâce à la résolution et à la sensibilité infrarouges sans précédent de Webb, les astronomes voient désormais Uranus et ses caractéristiques uniques avec une clarté révolutionnaire. Ces détails, en particulier sur l’anneau immédiat, seront inestimables pour planifier d’éventuelles missions futures vers Uranus, en particulier les orbiteurs et sondes proposés. Les scientifiques souhaitent rapprocher n’importe quel vaisseau spatial le plus près possible de la planète pour mesurer le champ gravitationnel d’Uranus et mieux analyser son atmosphère. Cependant, une approche aussi rapprochée devra être soigneusement planifiée pour éviter les collisions avec d’éventuels débris provenant des anneaux de glace et de poussière.
Uranus peut également servir de référence pour l’étude de nombreuses exoplanètes lointaines de taille similaire découvertes au cours des dernières décennies. Cette « exoplanète dans notre jardin » pourrait aider les astronomes à comprendre comment fonctionnent les planètes de cette taille, leur météorologie et comment elles se sont formées. Ceci, à son tour, peut nous aider à comprendre notre système solaire dans son ensemble, en le plaçant dans un contexte plus large.
Neptune
Les astronomes ont pour la première fois identifié de manière fiable la variabilité sous-saisonnière des propriétés de la stratosphère de Neptune, en utilisant les données de 17 années d’observations de la géante de glace à l’aide de télescopes au sol et spatiaux. Il s’est avéré que pendant la moitié de l’été neptunien, la stratosphère de la planète aux latitudes moyennes et tempérées s’est progressivement refroidie et que le pôle sud s’est fortement réchauffé au cours des trois dernières années.
Neptune est la planète géante la plus éloignée du Soleil, mais elle possède une atmosphère extrêmement dynamique dans laquelle opèrent de puissants vents zonaux, et une évolution significative des phénomènes météorologiques, tels que les nuages de haute altitude, peut se produire sur une échelle de temps de plusieurs jours. De plus, des changements dans l’albédo de Neptune peuvent être observés sur plusieurs années, ainsi que l’apparition de nuages à longue durée de vie et de vortex sombres.
Une équipe d’astronomes dirigée par Michael Roman de l’Université de Leicester au Royaume-Uni a publié les résultats d’une analyse des observations de Neptune dans l’infrarouge moyen de 2003 à 2020 à l’aide de l’instrument VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed). installé sur le télescope au sol VLT, le télescope spatial Spitzer et les télescopes au sol Subaru, Keck, Gemini North et Gemini South. Le but des travaux était d’identifier les fluctuations saisonnières et à long terme de la température et de la composition chimique de l’atmosphère de Neptune.
Images thermiques de Neptune prises entre 2006 et 2020. ESO, NAOJ/Subaru/COMICS
C’était l’été dans l’hémisphère sud de Neptune en 2005, mais entre 2003 et 2018, la température moyenne de la stratosphère a diminué, affectant les émissions d’hydrogène moléculaire, de méthane, d’éthane et de méthane deutéré (CH3D). Le contraste méridional de température entre le pôle le plus au sud et l’équateur est passé d’environ 8 Kelvin en 2003 à 28 Kelvin en 2020. Dans le même temps, entre 2018 et 2020, un fort réchauffement de la stratosphère a été observé près du pôle sud de Neptune – la température est passée de 152 à 163 kelvins. Cela s’est traduit par une augmentation de la luminosité de la région polaire sud, tandis que les régions des latitudes moyennes et basses de la planète sont restées plus sombres que les années d’observation précédentes.
Les scientifiques ont conclu qu’ils disposaient à ce jour des preuves les plus solides que Neptune est soumise à des processus qui génèrent une variabilité atmosphérique sous-saisonnière à l’échelle mondiale et régionale. Dans le même temps, le mécanisme physique reliant les températures stratosphériques, les nuages troposphériques et les brouillards à différentes altitudes est encore inconnu, mais peut être associé au changement des saisons, aux changements météorologiques ou aux variations du flux de rayonnement solaire.
Nouveaux satellites d’Uranus et Neptune
Des scientifiques de la Carnegie Institution for Science, en collaboration avec des observatoires du monde entier, ont découvert trois nouvelles lunes dans le système solaire externe: une en orbite autour d’Uranus et deux en orbite autour de Neptune. Ces lunes sont minuscules: la plus grande des trois lunes ne mesure que 15 miles de diamètre. Ces lunes sont découvertes (dans certains cas) depuis plusieurs années et une technique d’imagerie spéciale était nécessaire pour les séparer du fond stellaire.
Trois nouvelles lunes, l’une en orbite autour d’Uranus et les deux autres en orbite autour de Neptune, ont été découvertes par des chercheurs de la Carnegie Institution for Science. Ainsi, le nombre de lunes des planètes extérieures est respectivement de 28 et 16. Parce qu’Uranus et Neptune sont plus éloignées que leurs cousines géantes gazeuses, elles sont plus difficiles à imaginer (et beaucoup plus difficiles à visiter). “Les trois lunes nouvellement découvertes sont les plus petites jamais découvertes autour de ces deux planètes géantes glacées à l’aide de télescopes au sol”, a déclaré Scott Sheppard de Carnegie Science dans un communiqué de presse. “Un traitement d’image spécial était nécessaire pour détecter de tels objets.”
Un exemple de technique d’imagerie profonde montrant la nouvelle lune d’Uranus S/2023 U1 le 4 novembre 2023 (le faible point lumineux indiqué par la flèche). D’autres sources de lumière sont des traînées provenant des étoiles d’arrière-plan.
Un nouvel ajout à la collection Uranus, qui a désormais 20 ans, est le S/2023 U1. La Lune a été découverte pour la première fois par Sheppard le 4 novembre 2023, à l’aide des télescopes Magellan de l’observatoire de Las Campanas au Chili. La lune est particulièrement petite – seulement huit kilomètres de diamètre, ce qui en fait la plus petite des lunes d’Uranus – et met 680 jours pour orbiter autour de la planète.
Les deux autres lunes de Neptune se déclinent en deux variétés: brillantes et sombres. L’étoile brillante, maintenant connue sous le nom de S/2002 N5, a un diamètre de 15 miles et orbite autour de Neptune tous les 9 ans. Le plus faible, S/2021 N1, mesure 9,3 milles de diamètre, orbite tous les 27 ans et était un peu plus difficile à repérer.
Le très grand télescope de l’Observatoire européen austral et le télescope de 8 mètres de l’observatoire Gemini avaient besoin de nuits ultra claires pour suivre l’orbite de la petite lune. Ces deux lunes ont été initialement découvertes en septembre 2021 et confirmées par des observations ultérieures au cours des années suivantes à l’aide des télescopes Magellan. Les deux nouveaux ajouts de Neptune porteront le nom des 50 déesses de la mer Néréides de la mythologie grecque.
Pour visualiser des images d’Uranus et de Neptune plus profondes que jamais, les astronomes ont utilisé des expositions de cinq minutes sur des périodes de trois à quatre heures pendant plusieurs nuits. Grâce au mouvement des planètes, cette technique a produit plus de détails que n’importe quelle étude précédente des géantes de glace.
“Comme les satellites ne se déplacent que quelques minutes par rapport aux étoiles et aux galaxies en arrière-plan, les expositions longues uniques ne sont pas idéales pour capturer des images profondes d’objets en mouvement”, a déclaré Sheppard dans un communiqué de presse. “Lorsque ces multiples expositions sont empilées, les étoiles et les galaxies apparaîtront avec des traînées derrière elles, et les objets en mouvement similaires à la planète hôte seront considérés comme des sources ponctuelles, faisant ressortir les lunes en raison du bruit de fond dans les images.”
Les orbites de ces trois lunes suggèrent qu’elles ont probablement tourné autour de ces planètes glacées peu de temps après leur formation au début du système solaire. Comprendre ces caractéristiques orbitales peut aider les astronomes à comprendre comment ces planètes lointaines ont capturé leurs lunes.