la planète Uranus

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Chiffres clés

Données orbitales :

• Distance par rapport au Soleil : 2,7 à 3,0 milliards de km soit 13,85 à 20,02 UA
• Période orbitale : 84 ans
• Durée d’une journée : 17 h 14 min 23 s
• Vitesse orbitale : 7,12 à 6,79 km/s
• Excentricité orbitale : 0,0047
• Inclinaison orbitale : 0,77°
• Inclinaison axiale : 97,86°
• Nombre de satellites connus : 28

Données physiques :

• Diamètre : 51 118 km, soit 400% la Terre
• Masse : 8,6810 × 10²⁵ kg soit 14,5 Terres
• Volume : 6,833 44 × 10¹³ de km ³ soit 63 Terres
• Gravité : 90,3% de la Terre
• Vitesse de libération : 21,3 km/s
• Température à la surface : -197 à -220° C
• Densité moyenne : 1,29 g/cm³

Composition atmosphérique :

• Hydrogène : 83%
• Hélium : 15%
• Méthane : 2%
• Deutérure d'hydrogène : 0,019%
• Éthane : 0,0002%

Découverte en 1781 par William Herschel

Tout juste visible à l’œil nu sous un très bon ciel pour un observateur doté d’une acuité visuelle hors pair, Uranus a forcément été vu dès l’Antiquité sans que sa nature planétaire soit découverte. Cependant, il faudra attendre 1781 pour que William Herschel pointe son télescope vers Uranus et remarque un minuscule disque qui la distingue des étoiles ponctuelles.

William Herschel (1738-1822) est un musicien anglais pratiquant l'astronomie en amateur. N'ayant pas les moyens financiers d'acheter un télescope, il polit lui-même un miroir pour construire le sien. Il découvre la planète le 13 mars 1781 lors d’une recherche systématique d’étoiles à l’aide de son télescope depuis le jardin de sa maison du 19 New King Street à Bath dans le Somerset en Angleterre (désormais le musée d'astronomie Herschel).

Caractéristiques générales

Uranus est une planète très froide et venteuse. Elle est entourée d'anneaux peu visibles et de plus de deux douzaines de petites lunes, car elle tourne à un angle de près de 90 degrés par rapport au plan de son orbite. Cette inclinaison unique donne l'impression qu'Uranus tourne sur le côté. Uranus est de couleur bleu-vert en raison de grandes quantités de méthane, qui absorbe la lumière rouge mais permet au bleu d'être réfléchi dans l'espace.

Cette géante de glace est entourée de 13 anneaux peu visibles et de 28 petites lunes. Uranus tourne à un angle de près de 90 degrés par rapport au plan de son orbite. Cette inclinaison unique donne l'impression qu'Uranus tourne sur le côté, en orbite autour du Soleil comme une boule roulante.

Uranus fut la première planète découverte à l'aide d'un télescope. Elle fut découverte en 1781 par l'astronome William Herschel, même s'il pensait au départ qu'il s'agissait soit d'une comète, soit d'une étoile. Ce n'est que deux ans plus tard que l'objet fut universellement accepté comme une nouvelle planète, en partie grâce aux observations de l'astronome Johann Elert Bode.

Avec un diamètre équatorial de 51 118 kilomètres, Uranus est quatre fois plus large que la Terre. Si la Terre avait la taille d'une pièce de cinq cents, Uranus serait à peu près aussi grosse qu'une balle de softball. À une distance moyenne de 2,9 milliards de kilomètres, Uranus se trouve à environ 19 unités astronomiques du Soleil. Une unité astronomique (abrégée en UA) correspond à la distance entre le Soleil et la Terre. À cette distance, la lumière du Soleil met 2 heures et 40 minutes pour se rendre du Soleil à Uranus.

Un seul vaisseau spatial a visité la lointaine Uranus. Après avoir parcouru plus de 3 milliards de kilomètres en neuf ans, Voyager 2 de la NASA a recueilli la plupart des informations cruciales sur cette mystérieuse planète, notamment ses anneaux et ses lunes, en seulement six heures.

Le reste de ce que nous savons sur Uranus provient d’observations effectuées par le télescope spatial Hubble et plusieurs puissants télescopes terrestres.

Structure interne et atmosphère

La masse volumique d'Uranus, 1,27 g/cm³, en fait la deuxième planète la moins dense, après Saturne. Cette valeur indique qu'elle est composée principalement de diverses glaces, telles que l'eau, l'ammoniac et le méthane, de façon similaire à Neptune.

L’atmosphère d'Uranus, comme celle de Neptune, est différente de celles trouvées sur les deux géantes gazeuses, Jupiter et Saturne. Bien que principalement composée comme elles d'hydrogène et d'hélium, elle possède en effet une plus grande proportion de substances volatiles telles que l'eau, l'ammoniac et le méthane. Par ailleurs, ce dernier ayant des bandes d'absorption proéminentes dans le visible et le proche infrarouge (IR), il est la cause de la couleur aigue-marine ou cyan de la planète.

Orbite et rotation

Une journée sur Uranus dure environ 17 heures. C'est le temps qu'il faut à Uranus pour tourner, ou faire un tour sur lui-même, autour de son axe. Uranus effectue une orbite complète autour du Soleil en environ 84 années terrestres.

Uranus est la seule planète dont l'équateur est presque perpendiculaire à son orbite, avec une inclinaison de 97,86 degrés. Cela pourrait être le résultat d'une collision avec un objet de la taille de la Terre il y a longtemps. Cette inclinaison unique fait qu'Uranus connaît les saisons les plus extrêmes du système solaire. Près du solstice, un pôle fait face au Soleil en continu et l'autre est tourné vers l'extérieur. Chaque pôle obtient donc environ 42 années d'ensoleillement continu suivies d'autant d'années d'obscurité. Seule une bande étroite autour de l'équateur connaît un cycle jour-nuit rapide, mais avec le soleil très bas à l'horizon. De l'autre côté de l'orbite d'Uranus, l'orientation des pôles vers le Soleil est inversée. Un résultat de cette orientation d'axe est que, en moyenne sur une année uranienne, les régions polaires d'Uranus reçoivent plus d'énergie solaire que ses régions équatoriales. Néanmoins, Uranus est plus chaude à son équateur qu'à ses pôles ; le mécanisme en cause de ce résultat contre-intuitif est inconnu mais pourrait être dû à un processus de distribution de la chaleur par le climat.

Près de l'équinoxe, le Soleil fait face à l'équateur d'Uranus, lui donnant pendant un temps une période

Uranus est également l'une des deux seules planètes qui tournent dans la direction opposée à celle de la plupart des planètes. Vénus est l'autre.

Calcul de son orbite et découverte de Neptune

En 1821, Alexis Bouvard publie des tables astronomiques de l'orbite d'Uranus. Cependant, avec le temps, des divergences commencent à apparaître entre les orbites prévues et observées et l'astronome français, notant ces perturbations gravitationnelles inexpliquées, conjecture qu'une huitième planète, plus lointaine, pourrait en être la cause. Les astronomes britannique John Couch Adams, en 1843, et français Urbain Le Verrier, en 1846, calculent indépendamment la position prévue de cette hypothétique planète. Grâce aux calculs de ce dernier, elle est finalement observée pour la première fois le 23 septembre 1846 par l'astronome prussien Johann Gottfried Galle, à un degré de la position prédite

Lunes

Uranus possède 28 satellites connus. Si la plupart des satellites en orbite autour d'autres planètes tirent leur nom de la mythologie grecque ou romaine, les satellites d'Uranus ont la particularité de porter le nom de personnages issus des œuvres de William Shakespeare et d'Alexander Pope.

Toutes les lunes intérieures d'Uranus semblent être composées à peu près pour moitié de glace d'eau et pour moitié de roche. La composition des lunes extérieures reste inconnue, mais il s'agit probablement d'astéroïdes capturés.

Les cinq satellites majeurs

• Titania - découvert par William Herschel en 1787
• Obéron - découvert par William Herschel en 1787
• Ariel - découvert par William Lassel en 1851
• Umbriel - découvert par William Lassel en 1851
• Miranda - découvert en 1948 par Gérard Kuiper

Ils ont une masse suffisante pour être en équilibre hydrostatique. Tous sauf Umbriel présentent à la surface des signes d'activité interne, tels que la formation de canyons ou du volcanisme.

Le plus grand satellite d'Uranus, Titania, est le huitième plus grand du Système solaire, avec un diamètre de 1 578 km, soit un peu moins de la moitié de la Lune pour une masse vingt fois inférieure. La masse combinée des cinq principaux satellites est inférieure à la moitié de celle de Triton (le plus grand satellite naturel de Neptune) seul.

Ce sont des conglomérats de glace et de roche composés d'environ 50 % de glace (ammoniac et dioxyde de carbone) et de 50 % de roche, de façon similaire aux satellites glacés de Saturne. Seule Miranda semble principalement composée de glace et possède des canyons d'une profondeur de 20 km, des plateaux et des variations chaotiques de ses caractéristiques de surface uniques dans le Système solaire.

L'activité géologique passée de Miranda aurait été entraînée par un réchauffement par effet de marée à un moment où son orbite était plus excentrique qu'actuellement, probablement en raison d'une ancienne résonance orbitale 3:1 avec Umbriel.

Les satellites intérieurs

Les satellites intérieurs sont de petits corps sombres ayant des caractéristiques et une origine communes avec les anneaux de la planète. Leur orbite est située à l'intérieur de celle de Miranda et ils sont fortement liés aux anneaux d'Uranus, certaines lunes ayant probablement causé certains anneaux par fragmentation.

Puck est le plus grand satellite intérieur d'Uranus, avec un diamètre de 162 km, et le seul pour lequel les photos prises par Voyager 2 montrent des détails.

Parmi les autres satellites intérieurs, on compte par ordre d'éloignement à la planète Cordélia, Ophélie, Bianca, Cressida, Desdémone, Juliette, Portia, Rosalinde, Cupid, Belinda, Perdita et Mab1.

Les satellites irréguliers

Ils ont des orbites elliptiques et fortement inclinées (en majorité rétrogrades), et orbitent à de grandes distances de la planète. Leur orbite se situe au-delà de celle d'Obéron, la grande lune la plus éloignée d'Uranus.

Ils ont probablement tous été capturés par Uranus peu après sa formation. Leur diamètre est compris entre 18 km pour Trinculo et 150 km pour Sycorax. Margaret est le seul satellite irrégulier d'Uranus connu ayant une orbite prograde. C'est également un des satellites du Système solaire ayant l'orbite la plus excentrique avec 0,661, bien que Néréide, une lune de Neptune, ait une excentricité moyenne plus élevée avec 0,751189. Les autres satellites irréguliers sont Francisco, Caliban, Stephano, Prospero, Setebos et Ferdinand.

Anneaux

Le système d'anneau est découvert de façon fortuite le 10 mars 1977 par James L. Elliot, Edward W. Dunham et Jessica Mink à l'aide du Kuiper Airborne Observatory. Ils prévoyaient d'utiliser l'occultation de l'étoile SAO 158687 par Uranus pour étudier son atmosphère. Lorsque de l'analyse de leurs observations, ils découvrent que l'étoile avait brièvement disparu cinq fois avant et après sa disparition derrière Uranus, les faisant conclure à l'existence d'un système d'anneaux autour d'Uranus. Il s'agit alors du deuxième système d'anneaux planétaires découvert après celui de Saturne. Deux autres anneaux sont découverts par Voyager 2 entre 1985 et 1986 par observation directe.

Les neuf anneaux connus sont tous visibles sur cette image, une exposition de 15 secondes à travers le filtre transparent de la caméra à angle étroit de Voyager. Les anneaux sont assez sombres et très étroits. Le plus proéminent et le plus extérieur des neuf, appelé epsilon, est visible en haut. Les trois suivants vers Uranus - appelés delta, gamma et eta - sont beaucoup plus pâles et plus étroits que l'anneau epsilon. Viennent ensuite les anneaux bêta et alpha et enfin le groupe le plus intérieur, connu simplement sous le nom d'anneaux 4, 5 et 6. Les trois derniers sont très pâles et se situent à la limite de détection de la caméra de Voyager. La largeur des anneaux d'Uranus varie d'environ 100 km (60 miles) dans la partie la plus large de l'anneau epsilon à seulement quelques kilomètres pour la plupart des autres. Cette image a été traitée pour mettre en valeur ces caractéristiques étroites ; les points brillants sont des imperfections sur le détecteur de la caméra. L'échelle de résolution est d'environ 50 km (30 mi). Le projet Voyager est géré pour la NASA par le Jet Propulsion Laboratory.

En décembre 2005, le télescope spatial Hubble détecte une paire d'anneaux auparavant inconnus. Le plus grand est situé deux fois plus loin d'Uranus que les anneaux précédemment connus. Ces nouveaux anneaux sont si éloignés d'Uranus qu'ils sont appelés le système d'anneaux « extérieur ».

Les distances des anneaux par rapport au centre d'Uranus vont de 39 600 km pour l’anneau ζ à environ 98 000 km pour l’anneau µ.

Par ordre croissant de distance par rapport à la planète, les anneaux sont appelés Zeta, 6, 5, 4, Alpha, Beta, Eta, Gamma, Delta, Lambda, Epsilon, Nu et Mu.

Certains des anneaux les plus grands sont entourés de ceintures de poussière fine.Si les dix premiers anneaux d’Uranus sont fins et circulaires, le onzième, l’anneau ε, est plus brillant, excentrique et plus large, s'étendant de 20 km au point le plus proche de la planète à 98 km au point le plus éloigné. Il est encadré par deux lunes « bergères », assurant sa stabilité, Cordélia et Desdémone. Les deux derniers anneaux sont très nettement plus éloignés, l’anneau μ se situant deux fois plus loin que l’anneau ε7. Ces anneaux sont très sombres. Ils sont probablement composés de glace et d'éléments organiques noircis par le rayonnement de la magnétosphère.

Au regard de l'âge du Système solaire, les anneaux d’Uranus seraient assez jeunes : environ 600 millions d’années.

Événements marquants dans la découverte d'Uranus

• 13 mars 1781 : l'astronome britannique William Herschel découvre Uranus, la première nouvelle planète découverte depuis l'Antiquité, alors qu'il recherchait des étoiles faibles.
• 1787-1851 : Quatre lunes uraniennes sont découvertes et nommées Titania, Obéron, Ariel et Umbriel.
• En 1948, Gerard Kuiper découvre Miranda, le plus petit et le dernier des cinq grands satellites sphériques — dits majeurs — d'Uranus, à l'observatoire McDonald.
• 10 mars 1977 : alors qu'ils observaient le passage d'Uranus devant une étoile lointaine (SAO 158687), les scientifiques de l'observatoire aéroporté de Kuiper et de l'observatoire de Perth en Australie étaient impatients de pouvoir observer cette planète lointaine. Les observations effectuées avant et après l'événement principal ont conduit à une découverte majeure : Uranus, comme Saturne, est entourée d'anneaux.
• 24 janvier 1986 : la sonde Voyager 2 de la NASA a effectué la première – et jusqu'à présent la seule – visite d'Uranus. La sonde s'est approchée à 81 500 kilomètres du sommet des nuages ​​de la planète. Voyager a découvert 10 nouvelles lunes, deux nouveaux anneaux et un champ magnétique plus puissant que celui de Saturne.

• 22 décembre 2005 : la NASA annonce la découverte d'une nouvelle paire d'anneaux autour d'Uranus et de deux nouvelles petites lunes (Mab et Cupidon) en orbite autour de la planète. Ces découvertes ont été faites à partir de photographies prises par le télescope spatial Hubble. Le plus grand anneau découvert par Hubble mesure deux fois le diamètre des anneaux précédemment connus de la planète.
• 2006 : Les observations effectuées à l'observatoire Keck et par le télescope spatial Hubble montrent que l'anneau extérieur d'Uranus est coloré en bleu tandis que le nouvel anneau intérieur est rougeâtre.
• Décembre 2007 : Uranus atteint l'équinoxe. L'équinoxe se produit lorsque la planète est entièrement illuminée lorsque le Soleil passe au-dessus de son équateur. L'équinoxe entraîne également un croisement du plan des anneaux, lorsque les anneaux d'Uranus semblent se rétrécir lorsqu'ils passent à travers, apparaissant de profil puis s'élargissant à nouveau vus de la Terre.
• 18 mars 2011 : le vaisseau spatial New Horizons de la NASA a croisé l'orbite d'Uranus en direction de Pluton, devenant ainsi le premier vaisseau spatial à voyager au-delà de l'orbite d'Uranus depuis Voyager 2. Le vaisseau spatial n'a pas pris d'images d'Uranus
• 19 avril 2022 : Une nouvelle mission vers Uranus était l'un des objectifs prioritaires décrits dans l' enquête décennale sur les sciences planétaires et l'astrobiologie 2023-2032 . La possibilité d'une mission phare vers Uranus sera au cœur des préoccupations de la science planétaire de la NASA dans les années à venir.
• Août 2023 : les scientifiques de la mission ont annoncé que le vaisseau spatial New Horizons de la NASA observerait Uranus et Neptune depuis son emplacement situé loin dans le système solaire extérieur pendant l'automne. L'équipe de la mission a invité la communauté mondiale des astronomes amateurs à observer les deux géantes de glace en même temps.

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