Une nouvelle lune de Neptune vient d’être découverte
— Actualités du 24 février 2019 —
Une nouvelle lune de Neptune est connue depuis 2013, mais il faut parfois du temps pour officialiser une découverte. Elle a été appelée Hippocampe. Cette lune est toute petite, elle ressemble donc probablement à un astéroïde. Elle peut toutefois nous apprendre des choses intéressantes sur le passé du système lunaire de Neptune.
Hippocampe orbite à seulement 12 000 kilomètres de Protée, une autre lune de 400 km de diamètre. Un immense cratère d’impact a été observé à la surface de Protée, appelé Pharos. On peut imaginer que la lune Hippocampe est né lors de cet impact. Mais c’est encore difficile d’observer ces systèmes complexes de si loin.
Une grande tache sombre apparaît sur Neptune une à deux fois par décennie
— Actualités du 24 février 2019 —
Quand la sonde spatiale Voyager 2 a survolé la planète Neptune, elle a pris des photos d’une grande tache sombre au niveau de l’équateur. Cette tâche sombre n’avait jamais pu être observé avant. A l’époque, on supposait qu’il s’agissait d’un phénomène pérenne, comme la grande tache rouge de Jupiter. Mais il était impossible d’observer l’évolution de la tâche sombre car il n’y avait pas de télescopes assez performants.
Au milieu des années 1990, après la correction du miroir du télescope spatial Hubble, on a enfin pu observer à nouveau Neptune avec précision. La grande tâche sombre détectée par Voyager 2 avait disparu. Depuis cette époque on a pu observer des taches sombres, parfois aussi grandes que la Terre, apparaître et disparaître 5 fois à la surface de Neptune. Il s’agit donc d’un phénomène récurrent qui se produirait une à deux fois par décennie.
A chaque fois, les taches sombres sont accompagnées de nuages clairs. En réalité, les nuages semblent même précéder l’arrivée des taches. Par exemple, on a commencé à observer des nuages clairs en 2015, et quelques années plus tard une nouvelle tâche sombre est apparue. On pense que ces taches sombres sont de grands vortex un peu semblables au phénomène sur Jupiter. Comme ils apparaissent et disparaissent rapidement, c’est l’occasion idéale pour comprendre comment ces structures se forment et se dissipent.
Une mission vers Neptune pourrait être lancée au début des années 2030 pour mieux la connaitre
— Actualités du 31 janvier 2019 —
On connait encore mal Neptune, qui n’a été survolé qu’une seule fois
La sonde spatiale Voyager 2 s’est approché de Neptune et Uranus à la fin des années 1980. Alors que Jupiter et Saturne ont accueilli des orbiteurs dédiés, les deux autres planètes géantes du système solaire restent quasiment inexplorées.
Neptune est une géante de glace. Son atmosphère contient de grandes quantités de matériaux volatiles, comme l’eau ou l’ammoniac. C’est cela qui donne à Neptune sa couleur bleutée unique. On ne comprend pas encore très bien l’histoire de la création des géantes de glace et les mécanismes qui les animent. Pourtant, une grande partie des exoplanètes qu’on découvre appartient à cette catégorie.
Neptune fait 17 fois la masse de la Terre et a un diamètre de 50 000 kilomètres. Les journées sur Neptune durent entre 16 et 17 heures. Avec son inclinaison de 29 degrés, Neptune est assez similaire à Mars ou à la Terre. Neptune a 14 lunes. La température moyenne de Neptune est la température la plus froide qui a été enregistrée sur une planète.
La distance est un frein important pour explorer Neptune, mais il y a des solutions
Neptune, comme Uranus, est méconnue. C’est pourtant une clé nécessaire pour comprendre l’histoire de notre système solaire et des autres. Elles sont logiquement des cibles d’exploration prioritaire. Le problème est que Neptune et Uranus sont très lointaines de la planète Terre. Elles sont quatre fois plus éloignées de la Terre que Jupiter. Les sondes spatiales Galileo et Juno ont mis environ cinq ans pour aller se mettre en orbite autour de la géante gazeuse. Avec nos moyens actuels, il est impensable d’espérer faire un tel voyage dans un délai acceptable. Sans avoir recours à des manoeuvres d’assistance gravitationnelle, on estime qu’il faudrait environ 15 ans pour atteindre Neptune.
Il faut cependant prendre en compte la mécanique orbitale. Les planètes externes du système solaire mettent plusieurs décennies pour boucler leur orbite. Elles ne sont donc pas souvent correctement alignées pour permettre un tel voyage, au mieux plusieurs fois chaque siècle. On imagine donc qu’un vaisseau spatial lancé vers Neptune ferait au moins une manoeuvre d’assistance gravitationnelle autour de Jupiter. Cela avait par exemple permis à New Horizons d’accélérer de 20000 km/h et de réduire de 3 ans son temps de trajet vers Pluton.
Mais il ne faut pas prendre trop de vitesse pour pouvoir mettre une sonde spatiale en orbite d’une des géants de glace, car il faut freiner à l’arrivée. Une manoeuvre d’insertion orbitale coûte plus cher en ergols quand une sonde spatiale arrive à grande vitesse. Le problème est donc qu’il faut aller vite car les voyages trop longs ont un impact sur la fiabilité des machines et sur le rendement du plutonium qui fournit l’alimentation électrique. Mais il ne faut pas aller trop vite ou alors les manoeuvres d’insertion orbitale deviennent trop coûteuses. Cette équation a été difficile à résoudre pour Cassini qui embarquait plus de trois tonnes d’ergols pour son insertion orbitale autour de Saturne, ce qui en a fait une des sondes spatiales les plus massives qui a été conçue.
La NASA envisage de lancer une mission vers Neptune et Uranus au début des années 2030
Le plus simple serait d’abandonner l’idée d’une mise en orbite et se contenter d’un survol. Il suffit alors d’accumuler autant de vitesse que possible lors de la poussée initiale et de faire différentes manoeuvres d’assistance gravitationnelle. On pourrait alors espérer rejoindre Neptune et Uranus en dix ans avec une sonde spatiale relativement légère. Les résultats scientifiques seraient cependant assez faibles puisqu’on ne ferait que reproduire le survol de la sonde Voyager 2. Il faudrait se concentrer sur Neptune en délaissant ses lunes.
Cela représente donc un délai très important par rapport aux résultat scientifiques qu’on pourrait avoir. Une telle mission reste cependant possible avec un budget d’un peu plus d’1,5 milliards de dollars. L’autre solution serait de payer beaucoup plus chère pour concevoir une sonde spatiale de 4 à 7 tonnes qui mettrait 12 à 13 ans pour rejoindre une des gérantes de glace et s’y mettre en orbite. Avec plusieurs années d’études sur place, les résultats scientifiques seraient forcément plus intéressants.
En 2010, la NASA a commandé une étude sur plusieurs scénarios. La fenêtre de tir pour bénéficier de l’assistance gravitationnelle de Jupiter et rejoindre Neptune est entre 2030 et 2034. On peut imaginer faire un lancement double de deux vaisseaux vers les deux objectifs. Ce serait possible à condition d’utiliser un lanceur lourd et d’accepter de dépenser beaucoup d’argent.
Pour conserver un rendement optimal au niveau des RTG, l’ensemble de la mission devrait s’étendre sur 15 ans maximum. Le choix de la propulsion pourrait être mixte avec la propulsion ionique pendant la première partie du voyage puis la propulsion chimique à partir de six unités astronomiques du soleil.
Les objectifs scientiques seront impactés par les choix technologiques de la NASA
La NASA a identifié 12 objectifs scientifiques majeures pour une telle mission : comprendre la structure intérieure de la planète, sa composition, mesurer les mouvements de l’atmosphère, recenser les lunes, etc. Bien entendu, tous ces objectifs nécessitent d’utiliser des instruments scientifiques différents. C’est le budget qui déterminera si on lance une telle mission avec deux orbiteurs massifs lancés simultanément vers Neptune et Uranus. Ils pourraients être équipés d’une sonde atmosphérique, dans ce cas les résultats scientifiques pourraient être énorme. Il semble plus probable que la NASA choisisse de se concentrer soit sur Neptune, soit sur Uranus à cause du coût d’un telle mission. Il est aussi possible que l’agence spatiale américaine propose aux européens de travailler avec eux.
Quelque que soit l’option retenue, une mission vers Neptune ou Uranus nécessitera de faire des choix technologiques. Le double système de propulsion nécessiterait une double alimentation électrique, des panneaux solaires et un RTG par exemple. Les solutions mises en avant dans l’étude commandée par la NASA nécessitent peu de nouveaux développements technologiques, ce qui permettra peut-être à la NASA de les valider dans un futur assez proche.
Au début de l’année 2021, les priorités de recherche de la NASA seront fixés pour les 10 prochaines années. Si l’exploration des géantes de glace est dans les priorités de la NASA, alors une telle mission pourrait avoir un budget important, ce qui permettrait d’envisager d’envoyer un ou deux orbiteurs vers Neptune et Uranus.
Sur Neptune et Uranus, il pleut des diamants comme il pleut de l’eau sur Terre
— Actualités du 29 août 2017 —
Sur Terre, il pleut de l’eau. Sur Titan, il pleut du méthane liquide. Et sur Uranus et Neptune, il pleut des diamants. On suppose que des diamants se forment dans l’atmosphère de ces géantes gazeuses. Mais pour la première fois, les conditions atmosphériques extrêmes de ces environnements ont pu être recréées sur Terre.
Des chercheurs de l’université Standford sont à l’origine de l’expérience. Pour parvenir à simuler la pression de l’atmosphère d’une géante gazeuse, ils ont utilisé des impulsions lasers ultracourtes.
La cible de ces lasers était un polystyrène qui contenait de l’hydrogène et du carbone. La théorie est que ces deux éléments, lorsqu’ils sont mis à une température et une pression suffisante, peuvent former du diamant. C’est effectivement ce qu ont observé les chercheurs en charge de l’expérience. Sur Uranus et Neptune, les conditions pour la formation de diamants se produirait aux alentours de 8000 kilomètres de la frontière externe de l’atmosphère. Les diamants se formeraient en quelques milliers d’années et pourraient atteindre un poids de plusieurs millions de carats. Ils couleraient alors vers le centre de la planète. On imagine donc que c’est un sacré trésor que doit abriter le coeur de ces géantes gazeuses. Malheureusement, c’est un trésor qui restera à jamais inaccessible car les conditions de pression et de température qui règnent dans ces régions écraseraient les imprudents qui s’approcheraient.
La méthode utilisée par les chercheurs de l’université Stanford a par contre le mérite de pouvoir servir à la synthétisation de diamants artificiels. On ne pourra jamais observer ces diamants cachés, mais comprendre comment ils se forment permet de mieux comprendre le fonctionnement des géantes gazeuses. Il reste par exemple à découvrir ce que deviennent ces diamants dans les couches plus profondes des planètes. Il y aurait sur Uranus un cycle de diamants comparable au cycle de l’eau sur Terre.
Notre propre système solaire nous réserve encore bien des surprises. Cela nous rappelle aussi qu’Uranus et Neptune sont des mondes encore très inconnus. Seule la sonde spatiale Voyager 2 les a survolé. On en connaît aussi très peu sur leurs lunes. C’est dommage de laisser ces mondes aussi fantastiques sans aucune sonde pour nous renseigner. Aucune mission n’est pour le moment prévue à destination d’Uranus ou de Neptune. Il faut donc se contenter d’observations à l’aide de télescopes. Espérons qu’un jour une agence spatiale prendra la peine de mettre une sonde spatiale en orbite autour d’un de ces deux mondes.
Neptune : l’essentiel
Neptune est la huitième planète du système solaire. Elle est tellement éloignée du soleil qu’il lui faut presque 165 ans pour faire le tour du soleil. Neptune est accompagnée d’au moins quatorze lunes. On en découvrira peut-être d’autres mais tout comme Uranus, Neptune n’a pour le moment été explorée que de manière très sommaire. L’atmosphère de Neptune est très active. Elle est balayée par des tempêtes régulières et des vents puissants. C’est la seule planète qui a été découverte en théorie avant d’être découverte en pratique, ce qui est un témoignage puissant de l’efficacité de la mécanique newtonienne.
Image by NASA/Voyager 2 Team [Public domain], via Wikimedia Commons
Sources
