Voyager 2 a pris cette image alors qu'il approchait de la planète Uranus le 14 janvier 1986. La couleur bleuâtre brumeuse de la planète est due au méthane dans son atmosphère, qui absorbe les longueurs d'onde rouges de la lumière. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Huit ans et demi après le début de son grand tour du système solaire, Le vaisseau spatial Voyager 2 de la NASA était prêt pour une autre rencontre. C'était le 24 janvier 1986, et bientôt il rencontrerait la mystérieuse septième planète, Uranus glacial.
Au cours des prochaines heures, Voyager 2 a volé à moins de 50, 600 milles (81, 433 kilomètres) des sommets des nuages d'Uranus, la collecte de données qui ont révélé deux nouveaux anneaux, 11 nouvelles lunes et des températures inférieures à moins 353 degrés Fahrenheit (moins 214 degrés Celsius). L'ensemble de données est toujours la seule mesure de près que nous ayons jamais faite de la planète.
Trois décennies plus tard, les scientifiques réinspectant ces données ont trouvé un autre secret.
À l'insu de toute la communauté de la physique spatiale, Il y a 34 ans, Voyager 2 survolait un plasmoïde, une bulle magnétique géante qui a peut-être transporté l'atmosphère d'Uranus dans l'espace. La découverte, signalé dans Lettres de recherche géophysique , soulève de nouvelles questions sur l'environnement magnétique unique de la planète.
Un excentrique magnétique bancal
Les atmosphères planétaires de tout le système solaire fuient dans l'espace. L'hydrogène jaillit de Vénus pour rejoindre le vent solaire, le flux continu de particules s'échappant du Soleil. Jupiter et Saturne éjectent des globes de leur air électriquement chargé. Même l'atmosphère terrestre fuit. (Ne t'inquiète pas, il durera encore un milliard d'années environ.)
Les effets sont infimes à l'échelle humaine, mais donné assez longtemps, l'évasion atmosphérique peut modifier fondamentalement le destin d'une planète. Pour un cas d'espèce, regarde Mars.
"Mars était une planète humide avec une atmosphère épaisse, " a déclaré Gina DiBraccio, physicien de l'espace au Goddard Space Flight Center de la NASA et scientifique du projet pour l'atmosphère de Mars et l'évolution volatile, ou mission MAVEN. "Elle a évolué au fil du temps" - 4 milliards d'années de fuite dans l'espace - "pour devenir la planète sèche que nous voyons aujourd'hui."
GIF animé montrant le champ magnétique d'Uranus. La flèche jaune pointe vers le Soleil, la flèche bleu clair marque l'axe magnétique d'Uranus, et la flèche bleu foncé marque l'axe de rotation d'Uranus. Crédit :NASA/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman
L'évasion atmosphérique est entraînée par le champ magnétique d'une planète, ce qui peut à la fois aider et entraver le processus. Les scientifiques pensent que les champs magnétiques peuvent protéger une planète, repousser les explosions décapantes du vent solaire. Mais ils peuvent aussi créer des opportunités d'évasion, comme les globes géants détachés de Saturne et de Jupiter lorsque les lignes de champ magnétique s'emmêlent. Dans les deux cas, comprendre comment les atmosphères changent, les scientifiques portent une attention particulière au magnétisme.
C'est une autre raison pour laquelle Uranus est un tel mystère. Le survol de Voyager 2 en 1986 a révélé à quel point la planète est magnétiquement étrange.
"La structure, la façon dont il se déplace … , " DiBraccio a dit, "Uranus est vraiment tout seul."
Contrairement à toute autre planète de notre système solaire, Uranus tourne presque parfaitement sur le côté, comme un cochon sur un rôti à la broche, accomplissant un tonneau toutes les 17 heures. Son axe de champ magnétique pointe à 60 degrés de cet axe de rotation, alors que la planète tourne, sa magnétosphère, l'espace creusé par son champ magnétique, vacille comme un ballon de football mal lancé. Les scientifiques ne savent toujours pas comment le modéliser.
Cette bizarrerie a attiré DiBraccio et son coauteur Dan Gershman, un collègue physicien de l'espace Goddard, au projet. Tous deux faisaient partie d'une équipe élaborant des plans pour une nouvelle mission vers les "géants de glace" Uranus et Neptune, et ils cherchaient des mystères à résoudre. L'étrange champ magnétique d'Uranus, dernière mesure il y a plus de 30 ans, semblait être un bon point de départ.
Ils ont donc téléchargé les lectures du magnétomètre de Voyager 2, qui surveillait la force et la direction des champs magnétiques près d'Uranus pendant que le vaisseau spatial passait. Sans aucune idée de ce qu'ils allaient trouver, ils ont zoomé plus près que les études précédentes, tracer un nouveau point de données toutes les 1,92 secondes. Les lignes lisses ont cédé la place à des pointes et des creux déchiquetés. Et c'est là qu'ils l'ont vu :un petit zigzag avec une grande histoire.
« Penses-tu que cela pourrait être… un plasmoïde ? » Gershman a demandé à DiBraccio, apercevoir le gribouillis.
Peu connu au moment du survol de Voyager 2, les plasmoïdes sont depuis devenus reconnus comme un moyen important pour les planètes de perdre de la masse. Ces bulles géantes de plasma, ou gaz électrifié, pincer de l'extrémité de la queue magnétique d'une planète, la partie de son champ magnétique renvoyée par le Soleil comme une manche à air. Avec assez de temps, les plasmoïdes qui s'échappent peuvent drainer les ions de l'atmosphère d'une planète, changer fondamentalement sa composition. Ils avaient été observés sur la Terre et d'autres planètes, mais personne n'avait encore détecté de plasmoïdes à Uranus.
DiBraccio a fait passer les données dans son pipeline de traitement et les résultats sont revenus nets. "Je pense que c'est certainement le cas, " elle a dit.
Données du magnétomètre du survol d'Uranus par Voyager 2 en 1986. La ligne rouge montre les données moyennées sur des périodes de 8 minutes, une cadence de temps utilisée par plusieurs études précédentes de Voyager 2. En noir, les mêmes données sont tracées à une résolution temporelle plus élevée de 1,92 seconde, révélant la signature en zigzag d'un plasmoïde. Crédit :NASA/Dan Gershman
La bulle s'échappe
Le plasmoïde que DiBraccio et Gershman ont trouvé occupait à peine 60 secondes du vol de 45 heures de Voyager 2 par Uranus. Il est apparu comme un saut rapide de haut en bas dans les données du magnétomètre. "Mais si vous l'avez tracé en 3-D, ça ressemblerait à un cylindre, " a déclaré Gershman.
En comparant leurs résultats aux plasmoïdes observés à Jupiter, Saturne et Mercure, ils ont estimé une forme cylindrique à au moins 127, 000 milles (204, 000 kilomètres) de long, et jusqu'à environ 250, 000 milles (400, 000 kilomètres) à travers. Comme tous les plasmoïdes planétaires, il était plein de particules chargées, principalement de l'hydrogène ionisé, croient les auteurs.
Les lectures de l'intérieur du plasmoïde - alors que Voyager 2 le survolait - laissaient présager ses origines. Alors que certains plasmoïdes ont un champ magnétique interne tordu, DiBraccio et Gershman ont observé en douceur, boucles magnétiques fermées. De tels plasmoïdes en forme de boucle sont généralement formés lorsqu'une planète en rotation projette des morceaux de son atmosphère dans l'espace. "Les forces centrifuges prennent le relais, et le plasmoïde se pince, " a déclaré Gershman. Selon leurs estimations, des plasmoïdes comme celui-là pourraient représenter entre 15 et 55% de la perte de masse atmosphérique à Uranus, une plus grande proportion que Jupiter ou Saturne. C'est peut-être la manière dominante dont Uranus diffuse son atmosphère dans l'espace.
Comment l'évasion plasmoïde a-t-elle changé Uranus au fil du temps ? Avec un seul ensemble d'observations, c'est difficile à dire.
"Imaginez si un vaisseau spatial venait de survoler cette pièce et essayait de caractériser la Terre entière, " a déclaré DiBraccio. "Évidemment, cela ne vous montrera rien sur ce qu'est le Sahara ou l'Antarctique."
Mais les résultats aident à poser de nouvelles questions sur la planète. Le mystère restant fait partie du tirage au sort. "C'est pourquoi j'aime la science planétaire, " dit DiBraccio. " Tu vas toujours quelque part que tu ne connais pas vraiment. "
