La planète Neptune

Accueil du site

Chiffres clés

Données orbitales :

• Distance par rapport au Soleil : 4,5 à 4,4 milliards de km soit 29,75 à 30,35 UA
• Période orbitale : 165 ans
• Durée d’une journée : 16,1 heures
• Vitesse orbitale : 5,5 à 5,4 km/s
• Excentricité orbitale : 0,01
• Inclinaison orbitale : 1,77°
• Inclinaison axiale : 228,8°
• Satellites : 16 connus dont Triton, Néréide et Larrissa

Données physiques :

• Diamètre : 49 528 km, soit 388% la Terre
• Masse : 102 000 milliards de milliards de tonnes soit 11% de la Terre
• Volume : 625 000 000 millions de km³ soit 5 900% de la Terre
• Pesanteur : 113,7% de la Terre
• Vitesse de libération : 23,5 km/s
• Température à la surface : -223 à -220° C

Composition atmosphérique :

• Hydrogène : 80%
• Hélium : 19%
• Méthane : 1,5%

La découverte le 23 septembre 1846

Neptune est la seule planète du Système solaire découverte par des calculs, avant d’être confirmée par des observations. Invisible à l'œil nu, il était impossible de la voir sans télescope. L’histoire de sa découverte débute avec celle de sa jumelle, Uranus : au 19ᵉ siècle, des astronomes tentent de calculer la trajectoire d’Uranus. Cependant, leurs prédictions sont fausses, sa position observée ne correspond pas aux résultats des calculs. Comme si un autre corps céleste, inconnu, influait sur sa trajectoire… Des scientifiques émettent alors l’hypothèse de l’existence d’une 8ᵉ planète située derrière Uranus.

Deux astronomes tentent de résoudre cette problématique : Le britannique John Couch Adams et le français Urbain Le Verrier. Lorsque ce dernier calcule enfin les possibles coordonnées du nouvel astre, il demande à son ami, l'astronome prussien Johann Gottfried Galle de scruter cette zone du ciel avec son télescope. Galle observera pour la première fois Neptune le 23 septembre 1846, à un degré de la position prédite par les calculs qu' Urbain Le Verrier. John Couch Adams n'ayant pas, lui, réussi à voir Neptune, malgré ses calculs très approchants, c'est Urbain Le Verrier qui est reconnu commme le découvreur de Neptune.

Comprendre la perturbation de Neptune sur Uranus

• Uranus tourne autour du Soleil en 84 ans et Neptune en 165 ans. Donc, régulièrement, Uranus
  « double » Neptune.
• En "1" (voir ci-dessus), Neptune est « devant » Uranus. Elle attire Uranus vers elle, donc Uranus accélère sur son orbite à la vitesse v1, supérieure à sa vitesse nominale. Par action-réaction, Neptune ralentit à la vitesse v1n.
• En "2", Neptune est « derrière » Uranus. Elle attire donc Uranus vers l’arrière. Ce freinage fait ralentir Uranus à la vitesse v2, inférieure à sa vitesse nominale. Réciproquement, Neptune accélère à la vitesse v2n.

Caractéristiques générales

Neptune est la planète la plus éloignée du Soleil 2. Elle orbite autour du Soleil à une distance d'environ 30,1 au soit 4,5 milliards de kilomètres, avec une excentricité orbitale de 0,00859 (moitié moindre que celle de la Terre) et une période de révolution de 164,79 ans. C'est la troisième planète la plus massive, la quatrième plus grande par la taille et la planète géante la plus dense du Système solaire.

N'étant pas visible à l'œil nu, Neptune est le premier objet céleste et la seule des huit planètes du Système solaire à avoir été découverte par déduction plutôt que par observation empirique. Sa plus grande lune, Triton, est découverte le 10 octobre 1846 par William Lassell.

La distance de la planète à la Terre lui donnant une très faible taille apparente, son étude est difficile avec des télescopes situés sur la Terre. La connaissance de Neptune qui restait faible va s'accéler un peu à partir du millieu du XXe siècle :

• En 1949, quand Gerard Kuiper découvre sa deuxième lune : Néréide.
• Dans les années 1970 et 1980, des indices sont obtenus sur la présence probable d'anneaux planétaires ou au moins de fragments autour de Neptune et d'une magnétosphère.
• En 1981, une équipe menée par Harold Reitsema observe un troisième de ses satellites, Larissa.
• Neptune est visitée une seule fois lors de la mission Voyager 2, qui en réalise un survol le 25 août 1989.
• L'avènement du télescope spatial Hubble et des grands télescopes au sol à optique adaptative a ensuite permis des observations détaillées supplémentaires. Depuis 2024, on connaît 16 satellites naturels de Neptune.

Structure interne

Neptune est la planète géante la plus dense du Système solaire. Cela implique qu'un plus large pourcentage de son intérieur est composé de glaces fondues et de matériaux rocheux. Ainsi, elle possède probablement un noyau solide composé de fer, de nickel et de silicates, d'une masse d'environ 1,2 fois celle de la Terre. La pression au centre serait d'environ 8 Mbar (800 GPa) — environ deux fois plus élevée qu'au centre de la Terre — et la température d'environ 8 100 K (7 826,85 °C) — soit plus que celle régnant dans le noyau interne terrestre et à la surface du Soleil. Dans ces conditions, les glaces fondent, et constituent alors une sorte de gigantesque bain brûlant d’eau, d’ammoniac et de méthane liquides

Plus on remonte les couches de Neptune, plus la température et la pression diminuent. Dans la haute atmosphère, au-dessus des nuages, le thermomètre peut chuter jusqu’à -220°C. Là, les tempêtes les plus violentes du Système solaire font rage, avec des vents pouvant souffler jusqu’à 2 100 km/h ! A titre de comparaison, les cyclones les plus puissants sur Terre ne dépassent pas les 400 km/h. Visibles depuis l’espace, ces tempêtes forment des tâches à la surface de Neptune. C’est le cas notamment de « La Grande Tache sombre », un gigantesque anticyclone de la taille de la Terre.

Raisonnance orbitales

L'orbite de Neptune a un fort impact sur la région située au-delà, connue sous le nom de ceinture de Kuiper. Celle-ci est un anneau de petits corps glacés, similaire à la ceinture d'astéroïdes mais beaucoup plus grand, s'étendant depuis l'orbite de Neptune à 30 au à environ 55 au du Soleil. De la même manière que la gravité de Jupiter domine la ceinture d'astéroïdes, façonnant sa structure, la gravité de Neptune domine la ceinture de Kuiper. Au cours de l'évolution du Système solaire, certaines régions de la ceinture de Kuiper ont été déstabilisées par la gravité de Neptune, créant des lacunes dans la structure de la ceinture de Kuiper — par exemple, dans la région entre 40 et 42 au.

Des résonances orbitales se produisent lorsque la fraction formée par la période orbitale de Neptune et celle de l'objet est un nombre rationnel, tel que 1:2 ou 3:4. La résonance la plus peuplée de la ceinture de Kuiper, comptant plus de 200 objets connus, est la résonance 2:3. Les objets dans cette résonance effectuent deux orbites autour du Soleil pour trois de Neptune et sont connus sous le nom de plutinos, car le plus grand des objets connus de la ceinture de Kuiper, Pluton, en fait partie. Bien que Pluton traverse régulièrement l'orbite de Neptune, la résonance 2:3 garantit que les deux objets ne peuvent jamais entrer en collision. Les résonances 3:4, 3:5, 4:7 et 2:5 sont moins peuplées en comparaison.

Neptune possède au moins une vingtaine de troyens occupant les deux points de Lagrange stables L4 et L5 du système Soleil-Neptune, l'un menant et l'autre traînant Neptune sur son orbite. Les astéroïdes troyens de Neptune peuvent être considérés comme étant en résonance 1:1 avec Neptune. Certains troyens sont remarquablement stables sur leurs orbites et se sont probablement formés au même moment que Neptune plutôt que capturés.

Le lien pour découvrir l'animation montrant l'orbite de six troyens au point de Lagrange L4 dans un référentiel en rotation centré sur Neptune.

Les satellites de Neptune

Neptune possède 16 satellites connus.

Triton

• Avec un diamètre d'un peu plus de 2 700 km, il est le 7e satellite naturel du Système solaire par taille décroissante, et un astre plus gros que Pluton.
• il est découvert par William Lassell 17 jours seulement après la découverte de Neptune, le 10 octobre 1846.
• Il est le 8e par distance croissante par rapport à Neptune.
• Il représente plus de 99,5 % de la masse en orbite autour de Neptune.
• Il est le seul à être suffisamment massif pour subir une compression gravitationnelle suffisante pour qu'il soit sphéroïde.
• La température de la surface de Triton, 38 kelvins, est la plus froide jamais détectée sur un corps céleste du Système solaire.
• C'est également le seul gros satellite connu du Système solaire à avoir une orbite rétrograde, c'est-à-dire inverse au sens de rotation de sa planète, ce qui suggère qu'il est une ancienne planète naine issue de la ceinture de Kuiper capturée par Neptune.
• Triton orbite autour de Neptune en 5 jours et 21 heures sur une trajectoire quasiment circulaire ayant un demi grand axe de 354 759 km1 Il est suffisamment proche de Neptune pour être verrouillé dans une rotation synchrone et tourne lentement en spirale vers l'intérieur à cause de l'accélération par effet de marée. Il finira par se disloquer dans environ 3,6 milliards d'années quand il aura atteint sa limite de Roche.

Néréïde

Néréide, le deuxième satellite de Neptune est découvert en 1949 apr Gérard Kuiper, soit plus d'un siècle après Triton. Très irrégulier, il est le troisième satellite le plus massif du système neptunien et possède l'une des orbites les plus excentriques de tous les satellites du Système solaire — seulement dépassée par Bestla, un satellite de Saturne. Aussi, son excentricité orbitale de 0,751 lui donne une apoapside sept fois plus grande que sa périapside (distance minimale à Neptune). Néréide est si éloignée de Neptune qu'il lui faut 360 jours terrestres pour faire une orbite.

Les satellites découverts en 1989 par Voyager 2

• Despina est une petite lune située dans le système d'anneaux peu lumineux de Neptune. Cette lune de forme irrégulière tourne autour de Neptune toutes les huit heures, dans le même sens que la rotation de Neptune. Despina reste proche du plan équatorial de Neptune.
• Galatée est une autre des minuscules lunes de Neptune. De petite taille et de forme irrégulière comme Despina, Galatée orbite dans la même direction que Neptune et est relativement proche du plan équatorial de la géante gazeuse. On pense que la gravité de la petite lune provoque des perturbations dans le système d'anneaux de Neptune. Elle a été découverte le même mois que les scientifiques ont découvert des arcs annulaires, ou anneaux partiels, qui étaient soupçonnés d'exister autour de Neptune. Galatée tourne autour de Neptune toutes les 10 heures et 18 minutes.
• Bien qu'elle ait été initialement repérée par H. Reitsema, W. Hubbard, L. Lebofsky et D. Tholen à l'aide de télescopes terrestres en 1981, Larissa a été officiellement découverte en juillet 1989 par l'équipe scientifique de Voyager 2. Larissa est une autre des petites lunes découvertes près du système d'anneaux peu lumineux de Neptune en 1989. Comme Despina et Galatée, Larissa est de forme irrégulière et fortement cratérisée. L'orbite de Larissa est essentiellement circulaire, mais elle se déplace lentement vers l'intérieur et pourrait éventuellement impacter l'atmosphère de Neptune, ou les forces de marée de la géante gazeuse pourraient briser Larissa pour former un anneau planétaire. La lune orbite autour de Neptune en environ 13 heures et 20 minutes.
• Naïade, en forme de pomme de terre, est probablement constituée de fragments des satellites originels de Neptune, qui ont été brisés par des perturbations lorsque le géant de glace a capturé sa plus grande lune, Triton. Il est probable que Naïade n'ait pas été modifiée par des processus géologiques internes depuis sa formation. Naïade orbite à proximité de Neptune. La petite lune tourne autour de la planète toutes les sept heures et six minutes sur une orbite décroissante. Naïade pourrait éventuellement s'écraser dans l'atmosphère de Neptune ou être déchirée et former un anneau planétaire.aïade, en forme de pomme de terre, est probablement constituée de fragments des satellites originels de Neptune, qui ont été brisés par des perturbations lorsque le géant de glace a capturé sa plus grande lune, Triton. Il est probable que Naïade n'ait pas été modifiée par des processus géologiques internes depuis sa formation. Naïade orbite à proximité de Neptune. La petite lune tourne autour de la planète toutes les sept heures et six minutes sur une orbite décroissante. Naïade pourrait éventuellement s'écraser dans l'atmosphère de Neptune ou être déchirée et former un anneau planétaire.
• Protée est l'une des plus grandes lunes connues de Neptune, bien qu'elle ne soit pas aussi grosse que Triton. La lune a une forme étrange en forme de boîte et si elle avait juste un peu plus de masse, elle pourrait se transformer en sphère. Protée tourne autour de Neptune environ toutes les 27 heures.
  Protée est de forme irrégulière et fortement cratérisée, mais elle ne montre aucun signe de modification géologique. En tournant autour de la planète dans la même direction que Neptune, Protée reste proche du plan équatorial de Neptune. Protée est l'un des objets les plus sombres de notre système solaire. Comme Phoebe, la lune de Saturne, Protée ne réfléchit que 6 % de la lumière du soleil qui l'atteint.
• Thalassa, comme Naïade, s'est probablement formée à partir de fragments des lunes originelles de Neptune, qui ont été brisées par les perturbations provoquées par la capture de Triton par la géante de glace Neptune. Thalassa est inhabituelle pour une lune irrégulière car elle a à peu près la forme d'un disque.
  
  Tout comme Naïade, Thalassa tourne autour de la planète dans la même direction que Neptune et reste proche du plan équatorial de Neptune. L'orbite de Thalassa se dégrade lentement en raison de la décélération due aux marées et pourrait éventuellement s'écraser dans l'atmosphère de Neptune ou être déchirée et former un anneau planétaire.

Les autres satellites de Neptune

• Laomedia (13 août), Halimede, Sao (14 août) ont été découverts les 13, 14 août 2002 par Matthew J. Holman, John J. Kavelaars, Tommy Grav, Wesley C. Fraser et Dan Milisavljevic à l'aide d'images prises par le télescope Blanco de 4,0 mètres de l'observatoire interaméricain de Cerro Tololo au Chili et par le télescope Canada-France-Hawaï de 3,6 mètres à Hawaï. Plusieurs images ont été combinées numériquement jusqu'à ce que les étoiles apparaissent comme des traînées, tandis que les lunes apparaissent comme des points lumineux ont été découvertes grâce à des télescopes terrestres. C'était la première fois qu'une lune neptunienne était découverte par télescope depuis la découverte de Néréide en 1949 par Gerard Kuiper.
• Psamathe a été découvert par Scott S. Sheppard, David C. Jewitt et Jan T. Kleyna le 29 août 2003 à l'aide du réflecteur Subaru de 8,3 m de l'observatoire de Mauna Kea sur l'île d'Hawaï.
  Psamathe est si éloignée de Neptune qu'il lui faut près de 26 années terrestres pour effectuer une seule orbite autour de la géante de glace. L'orbite de cette lune est l'une des plus éloignées de sa planète que celle de toute autre lune connue de notre système solaire.
  La petite lune partage des paramètres orbitaux similaires avec une autre lune de Neptune, Neso. Psamathe et Neso pourraient être des fragments issus de la fragmentation d'une lune plus grande il y a des milliards d'années.
• Hippocamp a été découvert par Mark Showalter le 1er juillet 2013 à l'aide d'images du système Neptune prises par le télescope spatial Hubble entre 2004 et 2009. Showalter a analysé plus de 150 photographies d'archives du système sur lesquelles le même point blanc apparaissait encore et encore. Il a ensuite tracé une orbite circulaire pour la lune.
• Neso a été découvert en 2002 par Matthew J. Holman, John J. Kavelaars, Tommy Grav, Wesley C. Fraser et Dan Milisavljevic à l'aide du télescope Blanco de 4 m de l'observatoire Cerro Tololo au Chili. On sait très peu de choses sur Neso, une autre des lunes irrégulières extrêmement éloignées de Neptune. L'orbite excentrique de Neso l'éloigne de la géante de glace à des millions de kilomètres. L'orbite de cette lune est l'une des plus éloignées de sa planète que celle de toute autre lune connue de notre système solaire. La petite lune partage des paramètres orbitaux similaires avec une autre lune de Neptune, Psamathe. Neso et Psamathe pourraient être des fragments issus de la fragmentation d'une lune plus grande il y a des milliards d'année

Les anneaux de Neptune

Neptune possède un système d'anneaux planétaires, bien que beaucoup moins substantiel que celui de Saturne. Les anneaux sont sombres et leur composition et leur origine sont incertaines : ils peuvent être constitués de particules de glace recouvertes de silicates, de poussières ou d'un matériau à base de carbone, ce qui leur donne très probablement une teinte rougeâtre. Ce sont les images de Voyager 2, en 1989, qui permettent de révéler qu'ils sont bien « entiers » et qu'il en existe plusieurs :

• Alle à 41 900 km du centre de Neptune,
• Le Verrier à 53 200 km,
• Lassell à 55 900 km.
• Arago à 57 200 km.
• Adams à à 62 932 km,

Les anneaux Verrier, Arago et Adams sont étroits avec des largeurs d'environ 100 km maximum tandis que Galle et Lassell, en revanche sont très larges : entre 2 000 et 5 000 km. Quatre petites lunes ont des orbites à l'intérieur du système d'anneaux : Naïade et Thalassa ont leurs orbites dans l'intervalle entre les anneaux de Galle et Le Verrier. Despina est juste à l'intérieur de l'anneau Le Verrier et Galatée est vers l'intérieur de l'anneau Adams.

Les anneaux de Neptune, comme ceux d'Uranus, sont considérés comme relativement jeunes ; leur âge est sans doute nettement inférieur à celui du Système solaire. D'autre part, comme pour Uranus, les anneaux de Neptune se sont probablement formés à la suite de la fragmentation d'anciennes lunes intérieures lors de collisions. En effet, il résulte de ces collisions la formation de ceintures de petites lunes, qui sont autant de sources de poussière pour les anneaux. Des observations terrestres, en 2005, semblent montrer que les anneaux de Neptune sont instables et les images prises à l'observatoire WM Keck en 2002 et 2003 montrent une dégradation considérable des anneaux par rapport aux images de Voyager 2.

L'observation de Neptune

La magnitude limite visuelle de l'œil nu étant 6, Neptune reste cependant toujours invisible sans instrument. Un télescope ou des jumelles puissantes montreront Neptune comme un petit disque bleu, d'apparence semblable à Uranus. La première observation scientifiquement exploitable de Neptune à partir de télescopes au sol utilisant l'optique adaptative est réalisée en 1997 à Hawaï.

Depuis la Terre, Neptune subit un mouvement rétrograde apparent tous les 367 jours, résultant en un mouvement en forme de boucle devant les étoiles fixes lors de chaque opposition. Ces boucles l'ont porté près des coordonnées de découverte de 1846 en avril et juillet 2010 et de nouveau en octobre et novembre 20112. Sa longitude de découverte est atteinte le 11 ou 12 juillet 2011, marquant sa première orbite complète depuis la première observation de Johann Galle.

L'observation de Neptune dans la bande des ondes radio montre qu'elle est une source à la fois d'émission continue et de sursauts irréguliers. Ces deux sources proviendraient de son champ magnétique rotatif. Dans la partie infrarouge du spectre, les tempêtes de Neptune apparaissent brillantes sur l'arrière-plan plus froid, ce qui permet de suivre facilement la taille et la forme de ces caractéristiques.

L'exploration par Voyager 2

• Voyager 2 est la première et unique sonde spatiale à avoir visité Neptune et source de la majorité des connaissances actuelles sur la planète.
• L’éloignement de Neptune diminue le débit théorique permis par la liaison radio. Aussi, dans les années qui précèdent le survol on renforce le réseau d’antennes à Terre, notamment l’accroissement de la taille des antennes de réception existantes, la mise en service d’une nouvelle antenne à Usuda au Japon, et le recours au Very Large Array au Nouveau-Mexique.
• Les premières observations sont effectuées à partir de mars 1989, soit 90 jours avant le passage au plus près de Neptune et près de trois ans après le survol d’Uranus.
• Elles permettent de découvrir les anneaux de Neptune, dont l’existence n’avait jusque-là jamais été prouvée.
• Un champ magnétique est détecté et mesuré.
• Cinq nouveaux satellites (6 en comptant Larissa) sont découverts. Compte tenu de l’éloignement de Voyager 2, il est difficile d’envoyer à temps de nouvelles instructions pour l’observation de ces nouveaux corps célestes. Seule Protée (400 km de diamètre) est découverte suffisamment tôt pour programmer des observations détaillées. En effet, les signaux de la sonde nécessitaient 246 minutes pour atteindre la Terre et, par conséquent, la mission de Voyager 2 reposait sur des commandes préchargées.
• Le survol de Neptune a lieu le 25 août 1989 : Voyager 2 passe à 4 950 km du pôle nord de la planète
• une dynamique atmosphérique est observée avec des manifestations comme la « Grande Tache sombre » et des nuages.
• Des vents se déplaçant à plus de 2 000 km/h sont mesurés.
• L’étude du champ magnétique permet de déterminer que la durée d’une rotation est de 16,11 heures,
• Première mesure précise de la masse de Neptune qui s'est avérée inférieure de 0,5 % à celle calculée précédemment. Cette nouvelle valeur a alors permis de réfuter l'hypothèse selon laquelle une planète X non découverte agissait sur les orbites de Neptune et d'Uranus.
• Voyager 2 passe à 39 790 km de Triton et peut recueillir des données très précises. Le diamètre de Triton est mesuré : 2 760 km. Très peu de cratères sont observés, ce qui est expliqué par le volcanisme dont des manifestations sous forme de traces laissées par des geysers sont observées aux pôles. Une atmosphère ténue (pression de 10 à 14 millibars soit 1 % à 1,4 % de celle de la Terre), résultant sans doute de cette activité, est détectée par Voyager 2. La température de la surface de Triton, 38 kelvins, est la plus froide jamais détectée sur un corps céleste du Système solaire.

Accueil - Liens utiles - Contact