Image composite de l'atmosphère et des anneaux d'Uranus aux longueurs d'onde radio, prise avec le réseau ALMA en décembre 2017. L'image montre l'émission thermique, ou la chaleur, des anneaux d'Uranus pour la première fois, permettant aux scientifiques de déterminer leur température :un glacial 77 Kelvin (-320 F). Les bandes sombres dans l'atmosphère d'Uranus à ces longueurs d'onde montrent la présence de molécules qui absorbent les ondes radio, en particulier le sulfure d'hydrogène gazeux. Les régions lumineuses comme la tache polaire nord (tache jaune à droite, car Uranus est incliné sur le côté) contiennent très peu de ces molécules. Crédit :image UC Berkeley par Edward Molter et Imke de Pater
Les anneaux d'Uranus sont invisibles à tous sauf aux plus grands télescopes - ils n'ont même été découverts qu'en 1977 - mais ils sont étonnamment brillants dans les nouvelles images thermiques de la planète prises par deux grands télescopes dans les hauts déserts du Chili.
La lueur thermique donne aux astronomes une autre fenêtre sur les anneaux, qui n'ont été vues que parce qu'elles réfléchissent un peu de lumière dans le visible, ou optique, gamme et dans le proche infrarouge. Les nouvelles images prises par l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) et le Very Large Telescope (VLT) ont permis pour la première fois à l'équipe de mesurer la température des anneaux :un cool 77 Kelvin, ou 77 degrés au-dessus du zéro absolu - la température d'ébullition de l'azote liquide et équivalente à 320 degrés au-dessous de zéro Fahrenheit.
Les observations confirment également que l'anneau le plus brillant et le plus dense d'Uranus, appelé l'anneau epsilon, diffère des autres systèmes d'anneaux connus dans notre système solaire, en particulier les anneaux spectaculairement beaux de Saturne.
"Les anneaux principalement glacés de Saturne sont larges, brillant et ont une gamme de tailles de particules, de la poussière de la taille d'un micron dans l'anneau en D le plus interne, à des dizaines de mètres dans les anneaux principaux, " dit Imke de Pater, un professeur d'astronomie de l'UC Berkeley. "Le petit bout manque dans les anneaux principaux d'Uranus; l'anneau le plus brillant, epsilon, est composé de roches de la taille d'une balle de golf et plus grosses."
Par comparaison, Les anneaux de Jupiter contiennent principalement de petits, particules de la taille d'un micron (un micron est un millième de millimètre). Les anneaux de Neptune sont aussi principalement de la poussière, et même Uranus a de larges couches de poussière entre ses anneaux principaux étroits.
"On sait déjà que la bague epsilon est un peu bizarre, parce que nous ne voyons pas les petites choses, " a déclaré Edward Molter, étudiant diplômé. " Quelque chose a balayé les petites choses, ou c'est tout glomming ensemble. Nous ne savons tout simplement pas. C'est une étape vers la compréhension de leur composition et si tous les anneaux proviennent du même matériau source, ou sont différents pour chaque anneau."
Les anneaux pourraient être d'anciens astéroïdes capturés par la gravité de la planète, restes de lunes qui se sont écrasées et brisées, les restes des lunes déchirées lorsqu'elles se sont approchées trop près d'Uranus, ou des débris restants depuis l'époque de la formation il y a 4,5 milliards d'années.
Image dans le proche infrarouge du système d'anneaux uranien prise avec le système d'optique adaptative sur le télescope Keck de 10 mètres à Hawaï en juillet 2004. L'image montre la lumière solaire réfléchie. Entre les anneaux principaux, qui sont composés de particules centimétriques ou plus grosses, des feuilles de poussière peuvent être vues. L'anneau epsilon vu dans les nouvelles images thermiques est en bas. Crédit :image UC Berkeley par Imke de Pater, Seran Gibbard et Heidi Hammel, 2006
Les nouvelles données ont été publiées cette semaine dans The Journal astronomique . De Pater et Molter ont dirigé les observations ALMA, tandis que Michael Roman et Leigh Fletcher de l'Université de Leicester au Royaume-Uni ont dirigé les observations du VLT.
"Les anneaux d'Uranus sont de composition différente de l'anneau principal de Saturne, en ce sens qu'en optique et infrarouge, l'albédo est beaucoup plus faible :ils sont vraiment sombres, comme le charbon de bois, " dit Molter. " Ils sont aussi extrêmement étroits par rapport aux anneaux de Saturne. Le plus large, la bague epsilon, varie de 20 à 100 kilomètres de large, alors que celles de Saturne ont des centaines ou des dizaines de milliers de kilomètres de large."
L'absence de particules de la taille de la poussière dans les anneaux principaux d'Uranus a été constatée pour la première fois lorsque Voyager 2 a survolé la planète en 1986 et les a photographiées. Le vaisseau spatial n'a pas pu mesurer la température des anneaux, toutefois.
À ce jour, les astronomes ont compté un total de 13 anneaux autour de la planète, avec quelques bandes de poussière entre les anneaux. Les anneaux diffèrent à d'autres égards de ceux de Saturne.
"C'est cool que nous puissions même le faire avec les instruments que nous avons, " dit-il. " J'essayais juste d'imaginer la planète du mieux que je pouvais et j'ai vu les anneaux. C'était incroyable."
Les observations du VLT et de l'ALMA ont été conçues pour explorer la structure de température de l'atmosphère d'Uranus, avec le VLT sondant des longueurs d'onde plus courtes qu'ALMA.
« Nous avons été étonnés de voir les anneaux ressortir clairement lorsque nous avons réduit les données pour la première fois, " a déclaré Fletcher.
Cela représente une opportunité passionnante pour le prochain télescope spatial James Webb, qui pourra fournir des contraintes spectroscopiques considérablement améliorées sur les anneaux uraniens dans la prochaine décennie.
