Par Sabine Stanley, Ph.D., Université Johns Hopkins

Découverte des lunes d’Uranus

William Herschel, la personne qui a découvert Uranus, était aussi le premier à découvrir les lunes en orbite autour de la planète. Six ans après avoir découvert Uranus, en une seule nuit, il a trouvé les deux plus grandes lunes uraniennes: Titania et Oberon. Les deux font moins de la moitié du diamètre de la Lune terrestre.

Il a fallu encore 60 ans aux astronomes pour trouver les deux prochaines plus grosses lunes, Ariel et Umbriel, qui ne sont que le diamètre de la Lune terrestre. Ensuite, il a fallu près de 100 ans de plus pour trouver la suivante, Miranda, qui ne mesure qu’un septième du diamètre de la Lune terrestre. C’était en 1948, et le découvreur était Gerard Kuiper de la renommée de la «Ceinture de Kuiper».

Ces cinq lunes sont les seules lunes d’Uranus suffisamment grandes pour être sphériques. Le nombre est similaire à ce qu’il y a à Jupiter, qui en a quatre, et Saturne, qui en a sept. Mais Uranus a plus que ces 5 lunes. Il en a au moins 27. Les autres sont tous plus petits et non sphériques.

La mission Voyager 2 a trouvé 10 lunes lors de son survol de 1986, tandis que des télescopes basés sur la Terre après le survol du Voyager ont trouvé le reste. Toutes les lunes portent le nom d’esprits magiques et de personnages des œuvres de Shakespeare et d’Alexandre Pope.

Les lunes régulières et irrégulières d’Uranus

Les lunes d’Uranus peuvent être classées comme régulières ou irrégulières , mais contrairement à Jupiter ou Saturne, la plupart des lunes connues pour Uranus sont jusqu’à présent régulières. Les 18 lunes régulières sont sur des orbites très circulaires et se déplacent dans la même direction qu’Uranus tourne.

Cela suggère qu’elles se sont formées à partir d’un disque d’accrétion entourant Uranus. Mais comme Uranus tourne de son côté, cela signifie que ces lunes régulières ont généralement des cycles saisonniers extrêmes, tout comme Uranus.

Un hémisphère des lunes vit constamment le jour, tandis que l’autre vit la nuit, dans le étés et hivers respectifs. Depuis que Voyager 2 a survolé Uranus pendant l’été du sud, cela signifie que nous n’avons pu voir que la moitié de chaque lune.

Les neuf lunes irrégulières sont plus elliptiques, inclinées ou rétrogrades orbites, suggérant qu’elles se sont formées ailleurs, mais ont ensuite été capturées par le champ de gravité d’Uranus.

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La composition et la structure des lunes d’Uranus

Toutes les lunes d’Uranus sont un mélange de glace et de roche et ont tendance à avoir une couleur gris neutre. Les cinq grandes lunes rondes sont assez similaires en termes de composition, étant à peu près moitié roche et moitié glace. Ils ont tous des cratères d’impact et des caractéristiques tectoniques comme des canyons et des falaises.

Ils ont également tendance à être plus sombres que les lunes de Saturne, avec des matières organiques sombres mélangées aux surfaces glacées. Des surfaces plus sombres pourraient suggérer qu’elles sont plus âgées que les lunes de Saturne, car être plus âgées leur donnerait plus de temps pour polluer leurs surfaces.

La plus grande lune, Titania, a un canyon appelé Messina Chasma, qui est environ trois fois plus long que le Grand Canyon de la Terre. Sur Oberon, la plus haute montagne a une hauteur similaire à Mauna Kea sur Terre.

À Umbriel, il y a un cratère appelé cratère Wunda qui contient un étrange anneau de matériau brillant. Il peut s’agir de glace au dioxyde de carbone. L’anneau mesure environ cinq kilomètres de largeur. On ne sait pas pourquoi il est là ni comment il a pu se former. À Ariel, il y a des plaines basses et lisses qui se sont probablement formées à partir du cryovolcanisme, où une solution d’eau et d’ammoniaque a éclaté à la surface il y a moins de 100 millions d’années.

Ceci est une transcription de la série vidéo A Field Guide to the Planets. Regardez-le maintenant, sur The Great Courses Plus.

Miranda: la plus petite lune d’Uranus

La plus petite et la plus intérieure de la ronde d’Uranus lunes, Miranda, est différente des autres. Sa surface en patchwork semble avoir été cousue à partir de différentes parties. La topographie de Miranda est très variée.

Par exemple, Miranda héberge la plus grande falaise du système solaire, appelée Verona Rupes, qui s’étend 20 kilomètres de haut. Si un rocher tombait de la falaise, l’accélération gravitationnelle de Miranda étant plus de 100 fois plus petite que celle de la Terre, cela prendrait près de 12 minutes pour que le rocher atteigne le fond.

En plus des falaises imposantes, Miranda comporte également des caractéristiques ovales et en forme de chevron rainurées appelées coronae. Il y en a trois dans l’hémisphère que nous avons pu imaginer. Ce sont ces coronae qui donnent à Miranda son apparence de patchwork.

Il y a peut-être longtemps, Miranda a été brisée par un impact catastrophique, mais les morceaux se sont ensuite rapprochés gravitationnellement, mais dans un ordre mélangé. La couronne rainurée se serait alors formée lorsque les parties les plus lourdes et rocheuses de la lune descendaient vers l’intérieur et que les parties les plus flottantes et riches en glace remontaient à la surface.

Cependant, il est peu probable qu’un impact aussi puissant aurait laissé les morceaux suffisamment proches pour se regrouper. Il est donc plus probable que ces coronae soient en fait le résultat des forces de marée agissant sur Miranda, un peu comme ce que Jupiter fait à Io.

Les forces de marée d’Uranus auraient fléchi et pressé à plusieurs reprises Miranda, provoquant suffisamment de chaleur pour que le matériau glacé de la lune se déplace facilement. Des intrusions croissantes de glace chaude appelées diapirs auraient poussé à la surface de Miranda, provoquant le terrain rainuré que l’on voit. Il est possible qu’un mécanisme similaire soit responsable de la couronne sur Vénus, sauf que Vénus a des diapirs ascendants de roche chaude, pas de glace, qui créent les caractéristiques de surface ovales en forme de couronne.

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Les anneaux d’Uranus

En plus des lunes, Uranus a aussi des anneaux – 13 d’entre eux. Cela semble beaucoup, mais les anneaux sont très fins et sombres, avec de larges séparations. Ils sont sombres comme les anneaux de Jupiter, mais ils ne sont pas poussiéreux comme eux.

Les particules dans les anneaux d’Uranus sont en fait assez grosses, allant généralement des ballons de basket aux grandes maisons. Saturne a des particules annulaires qui sont grosses, mais les particules des anneaux de Saturne sont beaucoup plus brillantes car elles sont plus riches en glace. Bien que l’on ne sache pas pourquoi les particules annulaires d’Uranus sont si sombres, c’est peut-être parce qu’elles sont plus riches en matières organiques que les anneaux de Saturne.

Ces anneaux ont été découverts accidentellement en 1977. Les scientifiques étaient intéressés par l’étude de l’atmosphère d’Uranus, et ils prévoyaient de le faire en regardant des étoiles lointaines à travers l’atmosphère. C’est ce qu’on appelle une étude d’occultation.

Dans ce style d’étude, on attend que le moment soit propice, de sorte qu’en regardant de la Terre, la planète à étudier passe devant une étoile fixe lointaine . Alors que la planète commence à passer devant l’étoile, l’atmosphère de la planète recouvre une partie de la lumière de l’étoile.

Cela fait paraître l’étoile plus pâle. Mais plus important encore, l’atmosphère absorbe certaines fréquences de lumière de cette étoile en fonction de la composition de l’atmosphère.

La chose surprenante qui s’est produite à Uranus était que même avant d’atteindre l’étoile, l’étoile a disparu et réapparut plusieurs fois. Quelque chose bloquait la vue de l’étoile, et ce n’était pas la planète. Le même acte de disparition s’est produit dans l’ordre inverse lorsque l’étoile a émergé de l’autre côté d’Uranus.

Cette symétrie signifiait que ce qui était vu n’était pas des lunes individuelles, mais plutôt des anneaux. Cette découverte initiale a trouvé cinq anneaux, et bientôt d’autres ont suivi. Les anneaux ont finalement été imagés par Voyager 2.

Bien que l’on ne sache pas de quoi sont faits les anneaux, ils sont probablement un mélange de roche et de glace. Ils peuvent s’être formés à partir de collisions de lunes précédentes entourant la planète.

Leur étroitesse suggère que soit les anneaux sont extrêmement jeunes, comme 1 million d’années, soit ils doivent avoir des lunes de berger comme celles de Saturne pour certaines de ses anneaux minces.

Des lunes de berger ont été découvertes pour Uranus. Par exemple, les petites lunes Cordélia et Ophélie berger l’un des anneaux. En fait, la minceur des anneaux inspire les recherches de nouvelles lunes de berger entourant les autres anneaux.

Le survol du Voyager 2 était la seule mission jamais envoyée à Uranus. Et il n’a passé que quelques minutes près de la planète, collectant des données pour révéler une grande partie de ce que nous savons sur le fonctionnement de cette planète latérale et son système également incliné de lunes et d’anneaux.

Questions courantes sur les lunes et les anneaux d’Uranus