Examiner les géantes de glace de notre système solaire – ScienceDaily

Les lointains Uranus et Neptune – les géants de glace de notre système solaire – sont aussi mystérieux que distants. Peu de temps après son lancement en 2021, le télescope spatial James Webb de la NASA changera cela en ouvrant les secrets des atmosphères des deux planètes.

Les planètes géantes froides et éloignées Uranus et Neptune sont surnommées les “géantes de glace” parce que leurs intérieurs sont différents sur le plan de la composition de Jupiter et de Saturne, qui sont plus riches en hydrogène et en hélium, et sont connus comme les “géants du gaz”. Les géantes de glace sont également beaucoup plus petites que leurs cousines gazeuses, étant de taille intermédiaire entre les planètes terrestres et les géantes gazeuses. Ils représentent la catégorie de planète la moins explorée de notre système solaire. Les scientifiques utilisant Webb prévoient d’étudier les schémas de circulation, la chimie et la météo d’Uranus et de Neptune d’une manière que seul Webb peut.

“La chose clé que Webb peut faire et qui est très, très difficile à réaliser à partir d’une autre installation est de cartographier leur température atmosphérique et leur structure chimique”, a expliqué le chef des études, Leigh Fletcher, professeur agrégé de sciences planétaires à l’Université de Leicester. au Royaume-Uni. “Nous pensons que le temps et le climat des géantes de glace vont avoir un caractère fondamentalement différent de celui des géantes de gaz. C’est en partie parce qu’ils sont si loin du Soleil, ils sont de plus petite taille et tournent plus lentement sur leur mais aussi parce que le mélange des gaz et la quantité de mélange atmosphérique sont très différents par rapport à Jupiter et Saturne. “

Tous les gaz dans les atmosphères supérieures d’Uranus et de Neptune ont des empreintes chimiques uniques que Webb peut détecter. Surtout, Webb peut distinguer un produit chimique d’un autre. Si ces produits chimiques sont produits par la lumière du soleil interagissant avec l’atmosphère, ou s’ils sont redistribués d’un endroit à l’autre par des schémas de circulation à grande échelle, Webb pourra le voir.

Ces études seront menées dans le cadre d’un programme d’observation du temps garanti (GTO) du système solaire dirigé par Heidi Hammel, scientifique planétaire et scientifique interdisciplinaire Webb. Elle est également vice-présidente des sciences à l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) à Washington, DC Le programme de Hammel démontrera les capacités de Webb pour observer les objets du système solaire et exercera certaines des techniques spécifiques de Webb pour les objets qui sont brillants et / ou se déplacent dans le ciel.

Uranus: la planète inclinée

Contrairement aux autres planètes de notre système solaire, Uranus – avec ses anneaux et ses lunes – est incliné sur le côté, tournant à un angle d’environ 90 degrés par rapport au plan de son orbite. Cela fait que la planète semble rouler comme une balle autour du Soleil. Cette orientation étrange – qui peut être le résultat d’une collision gargantuesque avec une autre protoplanète massive au début de la formation du système solaire – donne lieu à des saisons extrêmes sur Uranus.

Lorsque le vaisseau spatial Voyager 2 de la NASA a survolé Uranus en 1986, un pôle pointait directement vers le Soleil. “Peu importe combien Uranus tournerait,” expliqua Hammel, “une moitié était en plein soleil tout le temps, et l’autre était dans l’obscurité totale. C’est la chose la plus folle que vous puissiez imaginer.”

Décevant, Voyager 2 n’a vu qu’une planète lisse de boule de billard recouverte de brume, avec seulement une poignée de nuages. Mais quand Hubble a vu Uranus au début des années 2000, la planète avait parcouru un quart du chemin autour de son orbite. Maintenant, l’équateur était pointé vers le Soleil, et la planète entière était illuminée au cours d’une journée uranienne.

“La théorie nous a dit que rien ne changerait”, a déclaré Hammel, “Mais la réalité était qu’Uranus a commencé à faire germer toutes sortes de nuages ​​brillants, et une tache sombre a été découverte par Hubble. Les nuages ​​semblaient changer radicalement en réponse au changement immédiat” au soleil pendant que la planète voyageait autour du Soleil. “

Alors que la planète poursuit son lent périple orbital, elle dirigera son autre pôle vers le Soleil en 2028.

Webb donnera un aperçu des puissantes forces saisonnières qui entraînent la formation de ses nuages ​​et de la météo, et comment cela évolue avec le temps. Il aidera à déterminer comment l’énergie circule et est transportée à travers l’atmosphère uranienne. Les scientifiques veulent regarder Uranus tout au long de la vie de Webb, pour établir une chronologie de la façon dont l’atmosphère réagit aux saisons extrêmes. Cela les aidera à comprendre pourquoi l’atmosphère de cette planète semble traverser des périodes d’activité intense ponctuées de moments de calme.

Neptune: un monde de vents supersoniques

Neptune est un monde sombre et froid, mais il est fouetté par des vents supersoniques qui peuvent atteindre 1 500 miles par heure. Plus de 30 fois plus éloignée du Soleil que de la Terre, Neptune est la seule planète de notre système solaire non visible à l’œil nu. Son existence a été prédite par les mathématiques avant sa découverte en 1846. En 2011, Neptune a achevé sa première orbite de 165 ans depuis sa découverte.

Comme Uranus, l’atmosphère très profonde de ce géant des glaces est constituée d’une épaisse soupe d’eau, d’ammoniac, de sulfure d’hydrogène et de méthane sur un intérieur inconnu et inaccessible. Les couches supérieures accessibles de l’atmosphère sont constituées d’hydrogène, d’hélium et de méthane. Comme avec Uranus, le méthane donne à Neptune sa couleur bleue, mais une chimie atmosphérique encore mystérieuse rend le bleu de Neptune un peu plus frappant que celui d’Uranus.

“C’est la même question ici: comment l’énergie circule-t-elle et comment est-elle transportée à travers une atmosphère planétaire?” expliqua Fletcher. “Mais dans ce cas, contrairement à Uranus, la planète a une forte source de chaleur interne. Cette source de chaleur génère certains des vents les plus puissants et les tourbillons atmosphériques et les caractéristiques des nuages ​​les plus éphémères de n’importe où dans le système solaire. Si nous regardons Neptune de nuit en nuit, son visage est toujours en mouvement et change alors que ces nuages ​​sont étirés, tirés et manipulés par le champ de vent sous-jacent.

Après le survol de Neptune en 1989 par Voyager 2, les scientifiques ont découvert un vortex chaud et brillant – une tempête – au pôle sud de la planète. Parce que la température y est plus élevée que partout ailleurs dans l’atmosphère, cette région est probablement associée à une chimie unique. La sensibilité de Webb permettra aux scientifiques de comprendre l’environnement chimique inhabituel dans ce vortex polaire.

Juste le commencement

Fletcher conseille de se préparer à voir des phénomènes sur Uranus et Neptune qui sont totalement différents de ce que nous avons vu dans le passé. “Webb a vraiment la capacité de voir les géants de la glace sous un tout nouveau jour. Mais pour comprendre les processus atmosphériques continus qui façonnent ces planètes géantes, vous avez vraiment besoin de plus que quelques échantillons”, a-t-il déclaré. “Donc, nous comparons Jupiter à Saturne à Uranus à Neptune, et par là, nous construisons une image plus large du fonctionnement des atmosphères en général. C’est le début de comprendre comment ces mondes changent avec le temps.”

Hammel a ajouté: “Nous connaissons maintenant des centaines d’exoplanètes – des planètes autour d’autres étoiles – de la taille de nos géants de glace locaux. Uranus et Neptune nous fournissent une vérité fondamentale pour les études de ces mondes nouvellement découverts.”

Le télescope spatial James Webb sera le premier observatoire mondial des sciences spatiales lors de son lancement en 2021. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regardera au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sondera les mystérieuses structures et origines de notre univers et de notre lieu en elle. Webb est un programme international dirigé par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.

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