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Uranus

Les éléments en gras sont tirés du livre Allen’s astrophysical quantities, quatrième édition

Uranus est invisible à l’œil nu, elle n’était donc pas connue des Anciens...

Il a donc fallu la découvrir, c’est ce qu’a fait William Herschel en 1781. La nouvelle planète étant très lointaine, se déplace très lentement. Aussi, pour observer des positions suffisament éloignées pour calculer une orbite précise, il faudrait attendre très longtemps. Bode l’a compris et, immédiatement après la découverte, a recherché des observations antérieures. Ceci est assez facile, car on peut calculer une orbite approximative, puis remonter le temps, et chercher sur des photos d’archive une "étoile" anormale non repérée. Il en a trouvé sur plus d’une orbite, ce qui lui a permi de calculer des éléments orbitaux de très bonne qualité peu de temps après la découverte. La grande surprise a été de constater que la planète s’éloignait significativement de l’orbite calculée. Ce décalage pouvait provenir soit de la loi de la Gravitation Universelle, qui était quelque peu fausse, soit d’une perturbation produite par une nouvelle planète, encore plus lointaine et inconnue. L’Histoire montrera que c’est cette seconde solution qui était la bonne.

Cette planète est nettement plus petite que Jupiter et Saturne, puisqu’elle ne mesure que 52.000 km de diamètre. Etant très loin de nous, il est très difficile d’y voir des détails, même dans les grands instruments. Il a donc fallu attendre Voyager 2 en 1986 pour avoir une idée un peu précise de cette planète. Mais il reste encore beaucoup à découvrir, car les planètes géantes ont toutes une atmosphère très épaisse, et on n’en voit que la couche supérieure de nuages ; même les sondes qui se sont approchées de très près n’ont pu que détailler cette couche haute de l’atmosphère. A partir des photos, on peut obtenir une quantité impressionnante d’information, car les astronomes sont des gens très astucieux. Mais il est hasardeux d’extrapoler la composition et la dynamique de la basse atmosphère. Il faudra des sondes descendant dans l’atmosphère, comme pour Vénus, pour que les ambiguïtés soient levées.

On ne sait donc pas grand chose d’Uranus elle-même, si ce n’est la composition de l’atmosphère supérieure : hydrogène essentiellement, hélium, et autres composés comme le méthane. Les nuages les plus hauts sont en effet constitués de cristaux de méthane solide, qui donnent à la planète sa couleur bleue. La température de ces nuages est de l’ordre de -220°…

On a pu déterminer qu’Uranus tourne sur elle-même en à peu près 17 heures, mais on dit qu’elle roule sur son orbite, car l’inclinaison de son axe de rotation est de 82°, autrement dit, il est presque contenu dans le plan de l’orbite. Les anneaux étant dans le plan équatorial de la planète, sont donc perpendiculaires à l’orbite, donc en gros à l’écliptique. Dans ces conditions, selon le point de l’orbite où se trouve Uranus, nous voyons depuis la Terre ses anneaux de face, ou bien de profil, avec toutes les positions intermédiaires. Dans la période actuelle, nous les voyons de face, comme des cercles entourant la planète, car ils sont orientés vers le Soleil. Bien entendu, nous voyons de ce fait l’un des pôles d’Uranus.

Uranus et ses anneaux photo NASA, ESA, and M. Showalter (SETI Institute)

Les anneaux d’Uranus sont beaucoup plus faibles que ceux de Saturne ; on en avait cependant trouvé 9 par l’observation depuis le sol, et Voyager en a trouvé un dixième. Mais contrairement à Saturne, les anneaux ne contiennent que très peu de poussières, car celles-ci ne peuvent y séjourner très longtemps : les anneaux sont trop près de la planète, ils baignent dans les couches hautes de l’atmosphère (exosphère), et subissent un freinage qui les amène à descendre. Les grosses particules ne sont pas sensibles à ce freinage très léger.

Uranus possède, comme les autres planètes géantes, beaucoup de satellites. Les plus gros d’entre eux ont été découverts par l’observation télescopique depuis la Terre, les autres par Voyager 2.

Les anneaux

Les anneaux d’Uranus ont été découverts depuis la Terre, par l’observation d’une occultation. Lorsqu’une étoile brillante passe derrière une planète, sa lumière est affectée par l’atmosphère de la planète, et son analyse spectrale permet d’obtenir des renseignements sur les gaz qui la composent. Ces expériences ont donc été très utiles pour découvrir la composition des atmosphères à distance. Les mesures de la quantité de lumière reçue donnent des indications sur la densité et la profondeur de l’atmosphère. Au cours d’une telle occultation par Uranus, la lumière de l’étoile a chuté brièvement avant que la planète ne l’occulte. Ceci s’est même produit plusieurs fois, et s’est reproduit de manière symétrique de l’autre côté de la planète. Un tel phénomène s’explique par la présence d’anneaux qui interceptent la lumière de l’étoile.

A partir du centre de la planète, ils sont désignés par des chiffres ou des lettres grecques : 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε. Cette nomenclature hétéroclite s’explique pour des raisons historiques. L’occultation a été observée par deux équipes différentes, qui ont détectés rapidement des ensembles d’anneaux différents : la première a numéroté les anneaux de 1 à 6 de l’extérieur vers l’intérieur, alors que l’autre les a nommés avec des lettres grecques, naturellement dans l’autre sens ! Ayant reconnu l’identité des anneaux 1, 2 et 3 avec ε, γ et β, on est arrivé à la liste indiquée au début.

Ces anneaux sont tellement légers, qu’aucune étude sérieuse ne pouvait être menée depuis la Terre. Voyager en a donné des images, qui permettent d’en comprendre l’essentiel. Ils sont encore différents de ceux de Jupiter et de Saturne. C’est un ensemble d’anneaux étroits, sombres, constitués de particules de glace de méthane.

Jour solaire

Supposons qu’on se trouve sur l’équateur d’Uranus. Imaginons de plus que nous ayons le soleil au zénith à midi. Le Soleil va décrire en 18 heures un tour complet dans le ciel en passant bien au-dessus de nos têtes. Il refera ce même parcours, à très peu près, pendant quelques semaines. Mais pendant ce temps-là, la planète se déplace légèrement autour du Soleil, et comme elle roule sur son orbite, le Soleil se rapproche du pôle nord. Vu de l’équateur, nous le verrons donc se déplacer de jour en jour très lentement, vers le nord. C’est un peu ce qui se passe chez nous aux latitudes tempérées au printemps, mais la différence est que sur Uranus (et à l’équateur) le Soleil se lève et se couche verticalement et non sous un angle de 45°.

Petit à petit, le Soleil se déplace vers le nord. En 21 ans, il atteindra le pôle. Et là, toujours de l’équateur, nous le verrons en permanence (Soleil de minuit), à l’horizon nord.

Puis, pendant les 21 années suivantes, il se déplacera vers le sud, pour atteindre à nouveau le zénith. Ensuite, il continuera sa course folle (mais lente) vers le sud, pour atteindre le pôle sud 21 ans plus tard… Là, on le verra en permanence à l’horizon sud pendant quelques temps. Puis ce cycle se continuera par un retour du Soleil vers le nord.

Si on se place en un autre point de la planète, au pôle nord par exemple, on verra le Soleil de minuit pendant la moitié de l’année, donc 42 ans. Supposons le Soleil d’abord au zénith (eh oui, sur Uranus, on a le Soleil au zénith au pôle…), le Soleil descendra vers l’horizon, qu’il atteindra au bout de 21 ans. Là, on plongera dans la nuit polaire, qui durera 42 ans…

Soleil de minuit à l’équateur, Soleil au zénith aux pôles, c’est décidément une bien étrange planète !

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