Neptune (planète)

Histoire

Découverte

On pense que la première observation possible de Neptune est celle de Galilée, car ses dessins montrent Neptune près de Jupiter. Mais Galilée n'a pas été crédité de la découverte car il pensait que Neptune était une "étoile fixe" au lieu d'une planète. En raison du lent mouvement de Neptune dans le ciel, le petit télescope de Galilée n'était pas assez puissant pour détecter Neptune en tant que planète.

En 1821, Alexis Bouvard publie les tables astronomiques de l'orbite d'Uranus. Des observations ultérieures ont montré qu'Uranus se déplaçait de manière irrégulière dans son orbite, ce qui a fait penser à certains astronomes qu'un autre grand corps était à l'origine des mouvements irréguliers d'Uranus. En 1843, John Couch Adams a calculé l'orbite d'une huitième planète qui pourrait influencer l'orbite d'Uranus. Il envoya ses calculs à Sir George Airy, l'astronome royal, qui demanda à Adams une explication. Adams a commencé à faire une copie de la réponse, mais ne l'a jamais envoyée.

En 1846, Urbain Le Verrier, qui ne travaille pas avec Adams, fait ses propres calculs mais n'attire pas non plus l'attention des astronomes français. Cependant, la même année, John Herschel commence à soutenir la méthode mathématique et encourage James Challis à rechercher la planète. Après un long délai, Challis commença ses recherches malgré lui en juillet 1846. Entre-temps, Le Verrier avait convaincu Johann Gottfried Galle de rechercher la planète.

Bien que Heinrich d'Arrest soit encore étudiant à l'Observatoire de Berlin, il suggère qu'une carte du ciel nouvellement dessinée, dans la région de la zone prédite par Le Verrier, puisse être comparée au ciel actuel pour rechercher le changement de position d'une planète, par rapport à une étoile fixe. Neptune fut alors découverte cette même nuit du 23 septembre 1846, à 1° près (un degré (angle) de la zone prédite par Le Verrier) et à environ 10° de la prédiction d'Adams. Challis découvrit plus tard qu'il avait vu la planète deux fois en août, ne la reconnaissant pas en raison de son approche négligente de l'œuvre.

Crédit et dénomination

Après que la nouvelle de la découverte de Neptune se soit répandue, les Français et les Britanniques se sont également beaucoup disputés pour savoir à qui revenait le mérite de cette découverte. Plus tard, un accord international a décidé que Le Verrier et Adams méritaient tous deux d'être reconnus. Cependant, les historiens se sont penchés sur le sujet après la redécouverte en 1998 des "papiers de Neptune" (documents historiques de l'Observatoire royal de Greenwich), qui avaient apparemment été volés et conservés par l'astronome Olin Eggen pendant près de trois décennies et n'ont été redécouverts (en sa possession) que peu après sa mort. Après avoir examiné les documents, certains historiens pensent maintenant qu'Adams ne mérite pas le même crédit que Le Verrier.

Peu après sa découverte, Neptune a été temporairement appelée "la planète extérieure à Uranus" ou "la planète du Verrier". La première suggestion de nom est venue de Galle. Il proposa le nom Janus. En Angleterre, Challis a suggéré le nom Océanus. En France, Arago suggère que la nouvelle planète s'appelle Leverrier, une suggestion qui rencontre beaucoup d'opposition en dehors de la France. Les almanachs français ont rapidement réintroduit le nom Herschel pour Uranus et Leverrier pour la nouvelle planète.

Entre-temps, pour des raisons différentes, Adams a suggéré de changer le nom géorgien en Uranus, tandis que Leverrier (par l'intermédiaire du Conseil de la longitude) a suggéré Neptune pour la nouvelle planète. Struve a soutenu ce nom le 29 décembre 1846 à l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg. Bientôt, Neptune est accepté par de nombreuses personnes au niveau international et devient alors le nom officiel de la nouvelle planète. Dans la mythologie romaine, Neptune était le dieu de la mer, identifié au dieu grec Poséidon.

Urbain Le Verrier, le co-découvreur de Neptune.

Structure

Masse et composition

Avec ses 10,243×1025 kg, la masse de Neptune place la planète entre la Terre et les plus grands géants gazeux. Neptune a dix-sept masses terrestres mais seulement 1/18e de la masse de Jupiter. Neptune et Uranus sont souvent considérées comme faisant partie d'une sous-classe de géantes gazeuses connues sous le nom de "géantes de glace", étant donné leur taille plus petite et leurs grandes différences de composition par rapport à Jupiter et Saturne. Dans la recherche de planètes extrasolaires, Neptune a été utilisée comme référence pour déterminer la taille et la structure de la planète découverte. Certaines planètes découvertes qui ont une masse similaire à celle de Neptune sont souvent appelées "Neptunes". Tout comme les astronomes désignent divers "Jupiters" extrasolaires.

L'atmosphère de Neptune est principalement composée d'hydrogène, avec une quantité moindre d'hélium. Une infime quantité de méthane est également détectée dans l'atmosphère. D'importantes bandes d'absorption du méthane se produisent à des longueurs d'onde supérieures à 600 nm, dans la partie rouge et infrarouge du spectre. Cette absorption de la lumière rouge par le méthane atmosphérique donne à Neptune sa teinte bleue.

Parce que Neptune orbite si loin du Soleil, elle reçoit très peu de chaleur, les régions supérieures de l'atmosphère étant à -218 °C (55 K). Plus profondément dans les couches de gaz, cependant, la température augmente lentement. Comme Uranus, la source de ce réchauffement est inconnue, mais les différences sont plus importantes : Neptune est la planète la plus éloignée du Soleil, mais son énergie interne est assez forte pour créer les vents les plus rapides du système solaire. Plusieurs explications possibles ont été suggérées, notamment le réchauffement radiogénique du noyau de la planète, le rayonnement continu dans l'espace de la chaleur résiduelle produite par l'infestation de matière lors de la naissance de la planète, et les ondes de gravité se brisant au-dessus de la tropopause.

On pense que la structure de l'intérieur de Neptune est très similaire à celle de l'intérieur d'Uranus. Il est probable qu'il y ait un noyau, que l'on pense être constitué d'environ 15 masses terrestres, composé de roche et de métal en fusion, entouré d'un mélange de roche, d'eau, d'ammoniac et de méthane. Les fortes pressions maintiennent la partie glacée de ce mélange environnant sous forme de solides, malgré les températures élevées à proximité du noyau. L'atmosphère, qui s'étend sur environ 10 à 20 % du chemin vers le centre, est principalement composée d'hydrogène et d'hélium à haute altitude. On trouve davantage de mélanges de méthane, d'ammoniac et d'eau dans les zones basses de l'atmosphère. Très lentement, cette zone plus sombre et plus chaude se mélange à l'intérieur du liquide surchauffé. La pression au centre de Neptune est des millions de fois plus élevée que celle de la surface de la Terre. La comparaison de sa vitesse de rotation avec son degré d'oblitération montre qu'elle a sa masse moins concentrée vers le centre contrairement à Uranus.

Météo et champ magnétique

Une différence entre Neptune et Uranus est le niveau d'activité météorologique qui a été observé (vu ou mesuré). Lorsque le vaisseau spatial Voyager est passé près d'Uranus en 1986, on a observé que les vents sur cette planète étaient doux. Lorsque le vaisseau Voyager est passé devant Neptune en 1989, de puissants phénomènes météorologiques ont été observés. Le temps de Neptune est caractérisé par des systèmes de tempêtes extrêmement actifs. Son atmosphère présente les vitesses de vent les plus élevées du système solaire, que l'on pense être alimentée par le flux de chaleur interne. Les vents réguliers dans la région équatoriale ont une vitesse d'environ 1 200 km/h (750 mph), tandis que les vents dans les systèmes de tempêtes peuvent atteindre jusqu'à 2 100 km/h, des vitesses quasi supersoniques.

En 1989, la Grande Tache Sombre, un système de tempête cyclonique de la taille de l'Eurasie, a été découverte par le vaisseau spatial Voyager 2 de la NASA. La tempête ressemblait à la Grande Tache Rouge de Jupiter. Cependant, le 2 novembre 1994, le télescope spatial Hubble n'a pas vu la Grande Tache Sombre sur la planète. À la place, une nouvelle tempête similaire à la Grande Tache Sombre a été trouvée dans l'hémisphère nord de la planète. La raison pour laquelle la Grande Tache Sombre a disparu est inconnue. Une théorie possible est que le transfert de chaleur du noyau de la planète a perturbé l'équilibre atmosphérique et les schémas de circulation existants. Le scooter est une autre tempête, un groupe de nuages blancs plus au sud que la Grande Tache Sombre. Son surnom lui a été donné lorsqu'il a été remarqué pour la première fois dans les mois précédant la rencontre du Voyager en 1989 : il se déplaçait plus vite que la Grande Tache Sombre. Des images ultérieures ont montré des nuages qui se déplaçaient encore plus vite que Scooter. Le Wizard's Eye/Dark Spot 2 est une autre tempête cyclonique du sud, la deuxième plus forte tempête observée lors de la rencontre de 1989. À l'origine, il faisait complètement noir, mais à mesure que Voyager s'est rapproché de la planète, un noyau lumineux s'est développé et est visible sur la plupart des images à haute résolution.

Contrairement à d'autres géants gazeux, l'atmosphère de Neptune montre la présence de hauts nuages qui font des ombres sur un épais nuage en dessous. Bien que l'atmosphère de Neptune soit beaucoup plus active que celle d'Uranus, les deux planètes sont composées des mêmes gaz et glaces. Uranus et Neptune ne sont pas exactement les mêmes types de géants gazeux que Jupiter et Saturne, mais sont plutôt des géants de glace, ce qui signifie qu'elles ont un noyau solide plus grand et sont également faites de glace. Neptune est très froide, avec des températures aussi basses que -224 °C (-372 °F ou 49 K) enregistrées au sommet des nuages en 1989.

Neptune présente également des similitudes avec Uranus dans sa magnétosphère, avec un champ magnétique fortement incliné par rapport à son axe de rotation à 47° et décalé d'au moins 0,55 rayon (environ 13 500 kilomètres) du centre physique de la planète. En comparant les champs magnétiques des deux planètes, les scientifiques pensent que le cours extrême peut être caractéristique des flux à l'intérieur de la planète et non le résultat du mouvement de rotation latérale d'Uranus. ^[]

Les anneaux de Neptune

De très petits anneaux de couleur bleue ont été découverts autour de la planète bleue, mais ils ne sont pas aussi connus que les anneaux de Saturne. Lorsque ces anneaux ont été découverts par une équipe dirigée par Edward Guinan, on pensait à l'origine qu'il ne s'agissait peut-être pas d'anneaux complets. Mais Voyager 2 a prouvé que c'était faux. Les anneaux planétaires de Neptune ont un agencement "agglutiné" bizarre. Bien que la cause soit actuellement inconnue, certains scientifiques pensent qu'elle pourrait être due au contact gravitationnel avec les petites lunes qui orbitent près d'eux. ^[]

La preuve que les anneaux sont incomplets a commencé au milieu des années 80, lorsque l'on a constaté que l'occultation stellaire ne montrait que rarement un "clignement" supplémentaire juste avant ou après l'occultation de l'étoile par la planète. Les images de Voyager 2 en 1989 ont résolu le problème, lorsque le système d'anneaux s'est avéré avoir plusieurs anneaux faibles. L'anneau le plus éloigné, Adams, possède trois arcs célèbres, désormais appelés Liberté, Égalité et Fraternité.

L'existence des arcs est très difficile à comprendre car les lois du mouvement prédisent que les arcs se déploient en un seul anneau en très peu de temps. On pense maintenant que les effets gravitationnels de Galatée, une lune située juste à l'intérieur de l'anneau, ont créé les arcs.

Plusieurs autres anneaux ont été découverts par les caméras du Voyager. Ainsi, l'anneau d'Adams, très fin, se trouve à environ 63 000 km du centre de Neptune, l'anneau de Leverrier à 53 000 km et l'anneau de Galle, plus large et plus petit, à 42 000 km. Une très petite extension vers l'extérieur de l'anneau de Leverrier a été nommée Lassell ; elle est entourée à son bord extérieur par l'anneau d'Arago à 57 000 km.

De nouvelles observations terrestres publiées en 2005 semblent montrer que les anneaux de Neptune sont beaucoup plus instables qu'on ne le pensait auparavant. Pour être exact, il semble que l'anneau de Liberté pourrait disparaître rapidement en moins de 100 ans. Ces nouvelles observations semblent semer la confusion dans notre compréhension des anneaux de Neptune.

Les anneaux de Neptune

Les lunes de Neptune

Neptune a un total de 14 lunes connues. Comme Neptune était le dieu romain de la mer, les lunes de la planète ont été nommées d'après des dieux ou déesses de la mer de moindre importance. La plus grande, et la seule assez grande pour avoir la forme d'une sphère est Triton, (prononcez:ˈtraɪtən) découverte par William Lassell juste 17 jours après la découverte de Neptune elle-même. Contrairement à toutes les autres grandes lunes planétaires, Triton a une orbite rétrograde, ce qui montre que la lune a probablement été capturée, et était peut-être autrefois un objet de la ceinture de Kuiper. Il est suffisamment proche de Neptune pour être enfermé dans une orbite synchrone. Il se déplace lentement dans Neptune et sera un jour déchiré lorsqu'il dépassera la limite de Roche. Triton est l'objet le plus froid qui ait été mesuré dans le système solaire, avec des températures de -235 °C (38 K, -392 °F). Son diamètre est de 2700 km, (80% de la Lune de la Terre, Luna), sa masse est de 2,15×1022 kg (30% de Luna), son diamètre orbital est de 354 800 km (90% de Luna) et sa période orbitale est de 5,877 jours (20% de Luna).

La deuxième lune connue de Neptune (par ordre de distance), la lune étrange Néréide, a l'une des orbites les plus inhabituelles de tous les satellites du système solaire.

De juillet à septembre 1989, Voyager 2 a découvert six nouvelles lunes de Neptune. Parmi celles-ci, la Proteus, de forme grumeleuse, est le plus grand objet connu qui n'a pas été façonné en sphère par sa propre gravité. Bien qu'elle soit la deuxième lune neptunienne la plus massive, elle n'a qu'un quart de un pour cent de la masse de Triton. Les quatre lunes les plus proches de Neptune, Naïade, Thalassa, Despina et Galatée, orbitent suffisamment près pour se trouver à l'intérieur des anneaux de Neptune.

Ensuite, Larissa a été découverte en 1981 après avoir occulté une étoile. On lui attribue la formation des arcs de cercle de Neptune lorsque Voyager 2 a observé Neptune en 1989. Cinq nouvelles lunes inhabituelles découvertes entre 2002 et 2003 ont été annoncées en 2004. La dernière lune a été découverte en examinant les images du télescope Hubble le 16 juillet 2013. Elle ne fait que 12 miles de diamètre, ce qui lui permet d'échapper à la détection, même par le vaisseau spatial Voyager 2.

Observation

Neptune ne peut être vue à l'œil nu uniquement, car sa luminosité normale se situe entre +7,7 et +8,0, ce qui peut être dépassé par les lunes galiléennes de Jupiter, la planète naine Cérès et les astéroïdes 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Junon et 6 Hebe. Un télescope ou des jumelles puissantes montreront Neptune sous la forme d'un petit point bleu, semblable en apparence à Uranus. La couleur bleue provient du méthane présent dans son atmosphère. Sa petite taille évidente a rendu difficile l'étude visuelle ; la plupart des données des télescopes étaient assez limitées jusqu'à l'arrivée du télescope spatial Hubble et des grands télescopes terrestres à optique adaptative.

Avec une période orbitale (période sidérale) de 164,88 années juliennes, Neptune reviendra bientôt (pour être découverte) au même endroit du ciel où elle a été découverte en 1846. Cela se produira à trois reprises différentes, avec une quatrième fois où elle sera très proche de cette position. Il s'agit du 11 avril 2009, où il sera en mouvement de programme ; du 17 juillet 2009, où il sera en mouvement rétrograde ; et du 7 février 2010, où il sera en mouvement de programme. Il sera également très proche d'être au même point depuis la découverte de 1846 fin octobre jusqu'à début-mi novembre 2010, lorsque Neptune passera d'un mouvement rétrograde à un mouvement direct sur le degré exact de la découverte de Neptune et s'arrêtera ensuite un moment le long de l'écliptique dans les 2 minutes d'arc à ce point (le plus proche étant le 7 novembre 2010). Ce sera la dernière fois depuis environ 165 ans que Neptune se trouvera à son point de découverte.

Cela s'explique par l'idée de rétrogradation. Comme toutes les planètes et astéroïdes du système solaire au-delà de la Terre, Neptune subit une rétrogradation à certains moments de sa période synodique. En plus du début de la rétrogradation, d'autres événements de la période synodique incluent l'opposition astronomique, le retour au mouvement de programmation et la conjonction avec le Soleil.

Dans son orbite autour du Soleil, Neptune est revenue à son point de découverte initial en août 2011.

Exploration

Actuellement, un seul vaisseau spatial a visité Neptune. La sonde Voyager 2 de la NASA a fait un survol rapide de la planète, dont la rencontre la plus proche a eu lieu le 25 août 1989. C'est la dernière planète à avoir été visitée par au moins un vaisseau spatial.

L'une des découvertes importantes de Voyager 2 a été son survol très proche de Triton, où des photos de plusieurs parties de la lune ont été prises. La sonde a également découvert la Grande Tache Noire, bien qu'elle ait maintenant disparu après que le télescope spatial Hubble ait pris des photos de Neptune en 1994. On pensait à l'origine qu'il s'agissait d'un gros nuage ou d'un système de tempête cyclonique, mais on a plus tard supposé qu'il s'agissait simplement d'un trou dans le nuage visible.

Neptune s'est avérée avoir les vents les plus forts de tous les géants gazeux du système solaire. Dans les régions extérieures du système solaire, où le Soleil brille plus de 1000 fois moins que sur Terre (toujours très brillant avec une magnitude de -21), le dernier des quatre géants s'est produit comme les scientifiques l'avaient prévu. On pourrait penser que plus une planète est éloignée du Soleil, moins il y aurait d'énergie et de chaleur pour créer et faire tourner les vents très forts qui l'entourent. Les vents sur Jupiter soufflaient déjà à des centaines de kilomètres à l'heure. Plutôt que de voir des vents plus lents, les scientifiques ont trouvé des vents plus rapides (plus de 1600 km/h) sur Neptune, plus lointaine.

On peut supposer que la cause des vitesses de vent plus élevées est que si l'on produit suffisamment d'énergie, des turbulences se créent, ce qui ralentit les vents (comme ceux de Jupiter). Cependant, sur Neptune, il y a si peu d'énergie solaire qu'une fois que les vents sont amorcés, ils rencontrent très peu de résistance et sont capables de maintenir des vitesses très élevées. De toute façon, Neptune émet plus d'énergie qu'elle n'en reçoit du Soleil, et la source d'énergie interne de ces vents reste indéterminée.

Les images renvoyées sur Terre par Voyager 2 en 1989 sont devenues la base d'une émission de nuit sur PBS appelée Neptune All Night.

Voyager 2.