Astronomie et Astrophotographie a Lyon : Uranus Semi gazeuse lointaine

De magnitude de l'ordre de 6, deux fois plus lointaine que Saturne dont elle est deux fois et demie plus petite, Uranus est à la limite de la détection à l'œil nu. Un observateur expérimenté peut cependant l'apercevoir par une nuit claire ; elle apparaît alors comme une étoile très faible. Inconnue des Anciens, pour lesquels Saturne marquait la limite du système solaire, Uranus n'a été découvert que le 13 mars 1781 par le musicien et astronome amateur William Herschel qui, observant par hasard la constellation des Gémeaux à l'aide d'un télescope de 16 centimètres d'ouverture, remarqua un objet qui n'était pas ponctuel comme une étoile. Il crut avoir découvert une nouvelle comète, mais le calcul de son orbite révéla vite que cet objet était en fait une planète gravitant sur une orbite circulaire à plus de 3 milliards de kilomètres du Soleil.

Pourtant Uranus avait été porté plusieurs fois sur des cartes du ciel entre 1690 et 1780, ce qui a été très utile par la suite pour déterminer les paramètres de son orbite. Uranus est vu depuis la Terre sous un angle de 4 secondes. Son disque apparaît donc, même à l'aide de plus gros télescopes, comme une petite tache bleu verdâtre sur laquelle on ne discerne aucun détail. Depuis 1994, cependant le télescope spatial Hubble en obtient des images détaillées, sur lesquelles on distingue les grands traits de son atmosphère.

D'un diamètre quatre fois plus grand que celui de la Terre, Uranus en est quinze fois plus massif. Comme les autres planètes géantes, Uranus est composé à 99 % d'hydrogène et d'hélium. Comme Jupiter et Saturne, il possède un système complet de satellites réguliers. Comme Jupiter, Saturne et Neptune, il possède un système d'anneaux. Sa période de rotation est égale à 17 heures 14 minutes. Mais contrairement aux autres planètes, l'axe de rotation d'Uranus se trouve pratiquement dans son plan orbital ; le plan équatorial d'Uranus ainsi que le plan orbital de ses satellites connus sont quasi perpendiculaires au plan de son orbite autour du Soleil.

Découverte d'Uranus par les sondes spatiales

Le 24 janvier 1986, Uranus était survolé par Voyager-2. Ce qui, depuis deux cent cinq ans, n'était qu'un petit point de lumière bleuâtre s'est révélé en quelques heures un monde particulièrement riche avec un environnement d'anneaux surprenants et de satellites beaucoup plus actifs que prévu, en particulier l'étonnant petit Miranda.

L'essentiel des caractéristiques connues du système d'Uranus provient de cette brève rencontre ; il faut cependant faire remarquer la parfaite complémentarité des mesures effectuées depuis la Terre et par Voyager-2. Par exemple, l'étude des anneaux depuis notre planète par l'observation d'occultations stellaires a permis d'obtenir sur leur structure des résultats que n'a pu fournir la sonde. Inversement, les petites particules détectées par la sonde au sein des anneaux sont invisibles depuis la Terre.

Sept mille images du système uranien, dont deux mille au moment du passage au plus près, des milliers de spectres dans l'infrarouge et dans l'ultraviolet, des millions de mesures radio et magnétiques ont été alors transmis à la Terre.

L'atmosphère d'Uranus

Les images ont révélé la présence de nuages, de bandes parallèles à l'équateur et de couches de brume. En particulier, le pôle qui fait actuellement face au Soleil est couvert d'une calotte de brume. Le mouvement des nuages a permis de mesurer la période de rotation de l'atmosphère d'Uranus. L'atmosphère d'Uranus tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre et plus rapidement que l'intérieur de la planète ; les vents viennent tous de l'ouest. La haute atmosphère d'Uranus tourne de manière différentielle. Contrairement à ce qui se passe sur Saturne, la rotation est plus rapide vers les pôles que vers l'équateur : la période est de 17 heures vers 25 degrés de latitude et de 16 heures vers 40 degrés de latitude.

À partir des spectres dans l'infrarouge et de l'expérience d'occultation radio par l'atmosphère, on a pu estimer l'abondance de l'hélium à environ 15 %, ce qui correspond à la quantité d'hélium présente dans le Soleil. Il semblerait donc que l'atmosphère, ayant la même composition que le Soleil et que la nébuleuse primitive, soit primordiale et non le fruit d'une évolution ultérieure de la planète.

Uranus a une structure interne très différente de celles de Jupiter et de Saturne. En son centre, la température serait de l'ordre de 7000 kelvins, et la pression vaudrait environ vingt millions de fois la pression atmosphérique terrestre. En partant du centre, on trouve probablement successivement un noyau "rocheux" d'un rayon d'environ 7 500 kilomètres, chaud, solide ou liquide, composé pour l'essentiel de silicates et de fer, puis un manteau de plus de 10 000 kilomètres d'épaisseur composé de glaces d'eau, de méthane, d'ammoniac, et enfin une épaisse enveloppe gazeuse d'hydrogène et d'hélium qui forme l'atmosphère observée depuis notre planète. Cette enveloppe est environ quatre fois plus massive que la Terre.

Champ magnétique et magnétosphère d'Uranus

Avant la rencontre avec Voyager-2, on ignorait tout sur le champ magnétique d'Uranus : le rayonnement radio de Jupiter est aisément détecté depuis la Terre ; celui de Saturne avait été observé par les sondes Voyager, à une distance considérable, plus d'un an avant les rencontres ; mais, dans le cas d'Uranus, le voile n'a été levé qu'au dernier moment, quelques heures avant le passage de la sonde au plus près. Une des grandes surprises de la mission Voyager-2 est venue de la découverte que l'axe du champ magnétique n'était pas plus ou moins aligné avec l'axe de rotation de la planète, mais au contraire fortement incliné, d'environ 60 degrés, par rapport à celui-ci. Le champ magnétique est intrinsèquement cinquante fois plus fort que celui de la Terre ; ce qui, compte tenu de la plus grande taille d'Uranus, correspond à une intensité un peu plus faible en "surface". Ce champ magnétique est probablement engendré par effet dynamo au sein de l'épais manteau liquide qui contient de nombreux atomes ionisés. L'existence de ce fort champ magnétique et l'interaction avec le vent solaire entraînent l'existence de zones analogues aux ceintures de Van Allen au voisinage de la Terre.

L'atmosphère d'Uranus est à une température d'environ 50 kelvins et l'étude spectroscopique a permis d'y découvrir la présence de méthane et d'hydrogène moléculaire. La sonde Voyager a détecté une atmosphère étendue d'hydrogène moléculaire et une couronne encore plus étendue d'hydrogène atomique.

Caractéristiques

	Uranus	Terre	Ratio Uranus/Terre
Diamètre	51 118 km	12 756 km	4,01
Masse	86,8.10²¹ t	5,9.10²¹t	14,57
Densité moyenne	1,27	5,52	0,23
Période de rotation	17 h 14 min	23 h 56 min	0,72
Période de révolution	30 685 jours, soit 84 années terrestres	365 jours terrestres	84
Gravité	8,87 m/s²	9,8 m/s²	0,91
Nombre de satellites naturels	22	1	---
Système d’anneaux	Oui	Non	---
Orbite
Aphélie	3 003 millions de km	152 millions de km	19,75
Périhélie	2 741 millions de km	147 millions de km	18,65
Distance maximale de la Terre	3 157 millions de km	---	---
Distance minimale de la Terre	2 582 millions de km	---	---