Comment Voyager a ouvert la porte aux géants des glaces

Des geysers sur Triton, des tempêtes furieuses sur Neptune et un Uranus apparemment serein qui s'est avéré être une bizarrerie cosmique.

Par Korey Haynes  | Publication: jeudi 8 août 2019

 

 

Lorsque Voyager 2 a exploré Uranus en 1986, il a trouvé un monde fade et bleuâtre avec peu de contraste. Mais le survol s'est produit au milieu de l'été lorsque la lumière directe du soleil supprime la formation des nuages. Une décennie plus tard, Hubble a commencé à révéler des nuages ​​brillants.

NASA / JPL-Caltech

Après avoir visité Saturne, les Voyagers jumeaux se sont séparés considérablement pour la première fois. Alors que Voyager 1 sortait du système solaire, Voyager 2 a attaqué de lui-même vers les deux dernières planètes géantes non visitées: Uranus et Neptune. Plus petits et plus éloignés que Jupiter et Saturne, ces mondes géants de glace étaient mieux cachés aux yeux télescopiques indiscrets de la Terre, et donc plus mystérieux. Et, dans une certaine mesure, ils le restent. Aucun vaisseau spatial depuis que Voyager les a visités, et aucune mission n'est actuellement prévue sur l'une ou l'autre planète. Les secrets révélés par Voyager restent les vues les plus rapprochées avec lesquelles les scientifiques doivent travailler.

Voyager 2 a capturé les premières bonnes photos du système d'anneaux d'Uranus. Ces anneaux sombres et pâles brillent de fausses couleurs dans cette image améliorée par ordinateur, qui révèle les neuf anneaux connus avant l'arrivée du vaisseau spatial. (Les lignes pastel plus pâles traitent des artefacts.) Les scientifiques ont depuis découvert quatre autres anneaux.

NASA / JPL

Gros bleu 

Voyager 2 a survolé Uranus le 24 janvier 1986, plus de quatre ans après la visite de la sonde à Saturne. Suite à l'enthousiasme suscité par ce monde aux anneaux (et Jupiter avant lui), les scientifiques étaient impatients de voir ce que Voyager révélerait au système uranien plus éloigné et énigmatique.

Suzy Dodd, chef de projet pour la mission interstellaire du Voyager, a travaillé sur les équipes de séquençage pour Uranus et Neptune. Le groupe a déterminé exactement quand les instruments du Voyager devraient prendre des données afin de retourner les informations que l'équipe scientifique voulait. Cela signifiait comprendre dans les moindres détails comment les planètes et leurs lunes se déplaçaient. L'équipe de séquençage a orchestré les différents instruments pour utiliser chaque seconde des précieuses fenêtres de survol pour imaginer les cibles les plus précieuses: le membre ou le bord des planètes, les terminateurs où le jour et la nuit se rencontrent, les lunes sur leurs orbites et celles des planètes. visages larges.

Après les atmosphères riches et complexes de Jupiter et de Saturne, Uranus semblait assez fade, se souvient Dodd. «Vous n'avez pas eu toutes les grandes tempêtes que vous avez reçues sur les autres planètes», dit-elle. Au lieu de cela, Uranus «ressemblait à une balle de tennis bleue et floue».

Voyager a révélé un champ magnétique non détecté autour d'Uranus, comparable en intensité à la Terre. En raison de son inclinaison axiale de près de 90 °, Uranus roule autour de son orbite comme une balle. Et tandis que les champs orbitaux et magnétiques de la Terre sont décalés d'environ 12 °, ceux d'Uranus sont distants de 60 °. Il en résulte un champ magnétique de tire-bouchon traînant des millions de kilomètres derrière la planète.

De plus, les scientifiques ne savent toujours pas pourquoi le champ magnétique existe, car Uranus n'a pas la couche interne métallique liquide standard qui alimente ces champs sur d'autres planètes. Voyager a également révélé des ceintures de rayonnement intenses autour de la planète, similaires à celles de Saturne.

Mais les points forts, dit Dodd, étaient centrés sur les anneaux et les lunes d'Uranus. Par rapport aux anneaux de Saturne, visibles depuis les premiers jours du télescope, ceux d'Uranus étaient encore des découvertes récentes, et les scientifiques étaient impatients d'en savoir plus.

Les astronomes de l'Université Cornell ont découvert le système d'anneaux d'Uranus au début de 1977, juste avant le lancement du Voyager. L'observation fut un heureux accident, lorsqu'un alignement fortuit porta Uranus devant une étoile lointaine. Les scientifiques avaient prévu d'utiliser l'occultation pour étudier l'atmosphère d'Uranus, mais l'apparition et la disparition répétées de l'étoile avant qu'elle ne glisse hors de la vue derrière la planète ont fait réaliser aux astronomes qu'une série d'anneaux entouraient notre lointain voisin. Le survol a été l'occasion d'enquêter de près sur eux.

Voyager a imaginé le système d'anneaux pour la première fois, informant les astronomes de sa structure détaillée. Le vaisseau spatial a également découvert deux anneaux entièrement nouveaux. Les vues rapprochées ont confirmé que les bandes subtiles d'Uranus ne sont pas comme les anneaux glacés brillants de Saturne; ils sont sombres et reflètent peu de lumière, ce qui les rend difficiles à voir. Les scientifiques pensent que les anneaux sont probablement faits principalement de glace, comme celle de Saturne, mais recouverts de matières organiques telles que le méthane, puis cuits au noir par les ceintures de rayonnement de la planète.

Les lunes d'Uranus se camouflent aussi bien dans l'obscurité de l'espace. Lorsque le Voyager a quitté la Terre, les astronomes ne connaissaient que cinq satellites autour de la planète. D'après les observations faites lors de sa brève visite, le vaisseau spatial a triplé ce nombre, produisant 10 nouvelles lunes.
«Je pense vraiment que les satellites ont été le point culminant d'Uranus», explique Dodd. Les images du Voyager ont donné aux cinq plus grandes lunes des détails et du caractère, racontant des histoires variées de passés violents.

Deux des nouvelles lunes, Cordelia et Ophelia, ont été identifiées comme des lunes de berger. Ils orbitent de chaque côté de l'anneau externe d'Epsilon d'Uranus, et leur attraction gravitationnelle rassemble les petites particules de cet anneau le long de leur trajectoire orbitale et les empêche de se dissiper dans l'espace. Les anneaux d'Uranus sont exceptionnellement étroits; sans lunes de berger, les petites particules se disperseraient sur de longues périodes.

L'atmosphère dynamique de Neptune a surpris les scientifiques, qui s'attendaient à ce que la planète ressemble à son cousin terne, Uranus. La grande tache sombre de la taille de la Terre se trouve au centre; plusieurs orages plus petits apparaissent également.

NASA / JPL

Au fil des ans, les astronomes ont utilisé des images, principalement de Hubble, pour ajouter plus de lunes au nombre d'Uranus, qui se situe actuellement à 27. Mais Cordelia et Ophelia restent les seuls bergers observés du système d'anneaux. Les astronomes se demandent depuis longtemps si d'autres lunes se cachent ou si d'autres forces sont à l'œuvre.

L'année dernière, des astronomes de l'Université de l'Idaho ont revu les données du Voyager. Trente ans après le survol, ils ont trouvé des preuves de la présence de deux petites minuscules lune formant les anneaux d'Uranus. «Personne - ou peu de gens - n'avait étudié la question depuis très longtemps», explique Robert Chancia, qui a dirigé l'enquête. En fait, les données du Voyager ont été prises avant sa naissance. Chancia et son conseiller, Matthew Hedman, étudient généralement les anneaux de Saturne. Mais les découvertes récentes du vaisseau spatial Cassini ont grandement contribué à la compréhension des astronomes des anneaux planétaires. Chancia et Hedman ont donc décidé de réexaminer les résultats du Voyager, en appliquant de nouvelles théories aux anciennes données.

«Il y a plusieurs boucles étroites dans les anneaux de Saturne» qui fournissent des procurations raisonnables pour le système d'Uranus, explique Chancia. Donc, lui et Hedman ont adopté des techniques que le scientifique planétaire Mark Showalter a utilisées pour trouver la lunette Pan dans les observations de Voyager 2 sur le système d'anneaux de Saturne.

Ils ont trouvé des motifs distincts dans les anneaux d'Uranus cohérents avec des «réveils» sculptés par des moonlets encerclant une planète dans un système d'anneaux. Les moonlets prévus sont minuscules, seulement 2 à 9 miles (4 à 14 kilomètres) de diamètre. Et ils sont probablement sombres, comme le reste des lunes et du système d'anneaux. Confirmer les moonlets sera un défi. Mais même 30 ans plus tard, Voyager aide toujours à percer les secrets d'Uranus.

La plus grande lune de Neptune, Triton, possède certains des paysages les plus insolites du système solaire. Le «terrain cantaloup» unique dans la moitié supérieure de cette image est criblé de crevasses et de dépressions mais peu de cratères d'impact. La région polaire sud en bas montre des stries sombres déposées par d'énormes geysers qui étaient actifs pendant le survol de Voyager 2.

NASA / JPL / USGS

Dernières surprises

La dernière rencontre planétaire du Voyager a eu lieu le 24 août 1989. Loin de la "balle de tennis floue" d'Uranus, Neptune était vivant avec des tempêtes et des nuages ​​lumineux et rapides, ravissant les astronomes sans méfiance. Les nuages ​​sont non seulement apparus clairement dans les images du Voyager, mais ils ont également projeté des ombres sur des couches de nuages ​​plus profondes, permettant aux scientifiques de mesurer l'atmosphère de la planète dans les moindres détails. Le «Great Dark Spot», comme les astronomes appelaient la plus grande tempête, était aussi grand que la Terre, tourbillonnant dans l'hémisphère sud de Neptune et offrant des vitesses de vent pouvant atteindre 750 mph (1200 km / h). Au cours des décennies qui ont suivi, cette tempête est morte, tandis que de nouvelles tempêtes se sont levées à sa place.

«Ce fut une petite surprise pour moi si l'on considère que le Great Red Spot sur Jupiter existe depuis 400 ans», explique Dodd.

Plus de surprises attendaient Triton, la plus grande lune de Neptune. Triton était déjà un foyer d'intrigues; c'est de loin le plus grand satellite rétrograde du système solaire, ce qui signifie qu'il orbite dans la direction opposée à la rotation de sa planète. C'est généralement le signe d'un objet capturé, mais la plupart des autres lunes rétrogrades sont de petits astéroïdes difformes. Triton mesure les trois quarts de la taille de notre Lune et a survécu à sa capture intacte. Les scientifiques voulaient des vues rapprochées du satellite, et comme c'était la dernière cible, ils étaient libres d'ajuster la trajectoire du Voyager selon les besoins. Le vaisseau spatial a donc plongé à seulement 3075 miles (4950 km) au-dessus du pôle nord de Neptune - son approche la plus proche de tout objet pendant la mission - et s'est envolé vers sa rencontre avec Triton.

Le dernier monde Voyager 2 a rendu visite à des scientifiques stupéfaits. La lune possédait une atmosphère mince, des calottes polaires et des geysers actifs qui vomissaient des matériaux glacés à des kilomètres de hauteur. Le cryovolcanisme actif place Triton dans un groupe restreint de satellites, en compagnie d'autres lunes dynamiques comme Europa et Enceladus.

Voyager a également découvert six nouvelles lunes en orbite autour de Neptune et a livré des images claires de son système d'anneaux pour la première fois, révélant que les anneaux étaient grumeleux mais complets, contrairement à ceux d'Uranus.

Et comme à Uranus, le Voyager a découvert que le pôle magnétique de Neptune est mal aligné par rapport à son pôle de rotation, provoquant des variations extrêmes de son champ magnétique lorsque la planète tourne. De plus, les magnétosphères des deux planètes sont décalées du centre d'une grande fraction: environ un tiers du rayon de la planète pour Uranus et près d'un demi-rayon pour Neptune. Les deux planètes pourraient avoir des océans de neige fondante conductrice glacée qui effectuent le travail des noyaux métalliques liquides sur Terre et Jupiter, mais les modèles et les observations non concluants n'ont laissé aux scientifiques que peu de conjectures sur ce qui motive exactement les champs magnétiques observés par Voyager.

Voyager a également détecté des aurores sur Neptune. En raison de la nature étrange et complexe du champ magnétique de la planète, ces aurores ne se produisent pas seulement aux pôles; ils sont plutôt dispersés dans la haute atmosphère de Neptune.

Voyager 2 a capturé un croissant Neptune alors qu'il s'éloignait de sa rencontre planétaire finale. Maintenant, 28 ans plus tard, le vaisseau spatial continue d'explorer le domaine extérieur du système solaire.

NASA / JPL

Fin d'une époque

Voyager a également fermé un chapitre controversé de l'histoire de l'astronomie en révisant la masse de Neptune à la baisse d'environ un demi pour cent - ou à peu près la masse de Mars. Cette erreur de calcul avait envoyé les astronomes dans une chasse aux oies sauvages au fil des ans alors qu'ils tentaient de comprendre les orbites d'Uranus et de Neptune, généralement en invoquant l'existence d'une mystérieuse planète X tirant sur eux deux. (Pluton a été trouvé comme résultat direct de cette chasse, mais sa petite taille n'a jamais été suffisante pour résoudre le problème initial.) Voyager a réglé le problème, car la plus petite masse de Neptune signifie cela et Uranus orbite comme ils le devraient.

Pour marquer le survol final, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA a organisé un événement spécial célébrant le voyage et les réalisations du Voyager. Les scientifiques ont partagé des images avec le public et la légende du rock'n'roll Chuck Berry, dont la musique continue de faire partie du Golden Record de Voyager, a joué dans un concert spécial.

Aux confins de notre système planétaire, à 2,73 milliards de milles (4,43 milliards de kilomètres) de la Terre, Voyager a tourné le dos à ses caméras pour un dernier regard, imaginant des clichés d'adieu d'un croissant Neptune. Dodd se souvient de sa réaction aux images: «Wow. La mission planétaire est terminée. Nous partons dans les profondeurs sombres et froides de l'espace. Qui sait combien de temps durera la mission? »

Épilogue

Quand elle a quitté son poste avec l'équipe de Neptune, Dodd dit que personne n'imaginait alors que Voyager continuerait aussi longtemps. Elle est retournée à la mission interstellaire du Voyager en 2010, 21 ans après avoir quitté le projet. À bien des égards, elle admet que le vaisseau spatial est un artefact - mémoire et puissance limitées, avec beaucoup de ses spécialistes depuis longtemps à la retraite ou décédés. Depuis le départ de Voyager de Neptune, plusieurs de ses instruments sont devenus silencieux. Il n'y a pas besoin de caméras d'imagerie dans le vide sombre de l'espace. Mais cela ne signifie pas que le projet a disparu.

Voyager continue de mesurer les champs magnétiques, les particules chargées, la densité du plasma et plus encore alors qu'il parcourt les arrière-pays du système solaire, enseignant aux scientifiques les bords subtils des limites du système solaire. Voyager 1 a dépassé la portée du vent solaire, et échantillonne ainsi des aspects de l'espace interstellaire, bien qu'il se situe toujours bien sous l'influence gravitationnelle du Soleil. Voyager 2, suivant une trajectoire plus lente à partir de son détour à deux planètes, reste derrière, échantillonnant toujours le vent solaire. De leur distance, il faut plus de 15 heures pour que leurs signaux atteignent la Terre.

Au cours de la prochaine décennie, le vaisseau spatial perdra de sa puissance et commencera à s'arrêter. L'équipe de Dodd éteindra d'abord les radiateurs des Voyagers, et un à un, les instruments scientifiques succomberont au froid de l'espace. Mais le vaisseau spatial lui-même et ses Golden Records continueront de voyager, transportant l'empreinte de l'humanité dans le cosmos.

Il faudra des années avant qu'un vaisseau spatial ne rechape le chemin du Voyager vers Uranus ou Neptune. Avec au moins un demi-siècle d'avancées technologiques, tout futur métier révolutionnera sans aucun doute notre compréhension des géants de la glace. Mais il est sûr de dire que rien ne correspondra à Voyager pour l'aventure et la portée. Des décennies après sa mission principale, le Voyager continue d'enseigner, d'inspirer et d'explorer.

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/08/the-unsolved-mysteries-of-the-ice-giants?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR1aKYMJXsdwspLdl3yp5v-q1UyfC6xuy5aaIp59f-n3ClyavGhm8lwqvoA