Uranus et Neptune. Le vaisseau spatial Voyager 2 de la NASA a capturé ces vues d'Uranus (à gauche) et de Neptune (à droite) lors de ses survols des planètes dans les années 1980. Crédit :NASA/JPL-Caltech/B. Jonsson
Les observations du télescope spatial Hubble, du télescope infrarouge de la NASA et de l'observatoire Gemini révèlent qu'un excès de brume sur Uranus la rend plus pâle que Neptune et que les taches sombres sont causées par l'assombrissement d'une deuxième couche de nuage/brume plus profonde.
Les astronomes peuvent maintenant comprendre pourquoi les planètes similaires Uranus et Neptune sont de couleurs différentes. En utilisant les observations du télescope spatial Hubble, de l'installation de télescope infrarouge de la NASA et du télescope Gemini North, les chercheurs ont développé un modèle atmosphérique unique qui correspond aux observations des deux planètes. Le modèle révèle qu'un excès de brume sur Uranus s'accumule dans l'atmosphère stagnante et lente de la planète et lui donne un ton plus clair que Neptune. Le modèle révèle également la présence d'une deuxième couche plus profonde qui, lorsqu'elle est assombrie, peut rendre compte de taches sombres dans ces atmosphères, comme la fameuse Great Dark Spot (GDS) observée par Voyager 2 en 1989.
Neptune et Uranus ont beaucoup en commun - ils ont des masses, des tailles et des compositions atmosphériques similaires - mais leurs apparences sont sensiblement différentes. Aux longueurs d'onde visibles, Neptune a une couleur nettement plus bleue qu'Uranus et les astronomes ont maintenant une explication à cela.
De nouvelles recherches suggèrent qu'une couche de brume concentrée qui existe sur les deux planètes est plus épaisse sur Uranus qu'une couche similaire sur Neptune et "blanchit" l'apparence d'Uranus plus que celle de Neptune. S'il n'y avait pas de brume dans les atmosphères de Neptune et d'Uranus, les deux apparaîtraient presque également bleues.
Cette conclusion provient d'un modèle qu'une équipe internationale dirigée par Patrick Irwin, professeur de physique planétaire à l'Université d'Oxford, a développé pour décrire les couches d'aérosols dans les atmosphères de Neptune et d'Uranus. Les enquêtes précédentes sur la haute atmosphère de ces planètes s'étaient concentrées sur l'apparence de l'atmosphère à des longueurs d'onde spécifiques uniquement. Cependant, ce nouveau modèle, composé de plusieurs couches atmosphériques, correspond simultanément aux observations des deux planètes sur une large gamme de longueurs d'onde. Le nouveau modèle inclut également des particules de brume dans des couches plus profondes dont on pensait auparavant qu'elles ne contenaient que des nuages de glace de méthane et de sulfure d'hydrogène.
Schéma des atmosphères d'Uranus et de Neptune. Ce diagramme montre trois couches d'aérosols dans les atmosphères d'Uranus et de Neptune, telles que modélisées par une équipe de scientifiques dirigée par Patrick Irwin. L'échelle de hauteur sur le diagramme représente la hauteur au-dessus du niveau de 10 bars. La couche la plus profonde (la couche Aerosol-1) est épaisse et on pense qu'elle est composée d'un mélange de glace de sulfure d'hydrogène et de particules produites par l'interaction des atmosphères des planètes avec la lumière du soleil. La couche clé qui affecte les couleurs est la couche intermédiaire, qui est une couche de particules de brume (appelée dans l'article la couche Aerosol-2) qui est plus épaisse sur Uranus que sur Neptune. L'équipe soupçonne que, sur les deux planètes, la glace de méthane se condense sur les particules de cette couche, entraînant les particules plus profondément dans l'atmosphère dans une pluie de neige de méthane. Parce que Neptune a une atmosphère plus active et turbulente qu'Uranus, l'équipe pense que l'atmosphère de Neptune est plus efficace pour brasser des particules de méthane dans la couche de brume et produire cette neige. Cela supprime plus de brume et maintient la couche de brume de Neptune plus fine qu'elle ne l'est sur Uranus, ce qui signifie que la couleur bleue de Neptune semble plus forte. Au-dessus de ces deux couches se trouve une couche étendue de brume (la couche Aerosol-3) similaire à la couche en dessous mais plus ténue. Sur Neptune, de grosses particules de glace de méthane se forment également au-dessus de cette couche. Crédit :Observatoire international Gemini/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva/NASA /JPL-Caltech /B. Jonsson
"Il s'agit du premier modèle à adapter simultanément les observations de la lumière solaire réfléchie des longueurs d'onde ultraviolettes au proche infrarouge", explique le professeur Irwin, qui est l'auteur principal d'un article présentant ce résultat dans le Journal of Geophysical Research :Planets . "C'est aussi le premier à expliquer la différence de couleur visible entre Uranus et Neptune."
Le modèle de l'équipe se compose de trois couches d'aérosols à différentes hauteurs. La couche clé qui affecte les couleurs est la couche intermédiaire, qui est une couche de particules de brume (appelée dans l'article la couche Aerosol-2) qui est plus épaisse sur Uranus que sur Neptune. L'équipe soupçonne que, sur les deux planètes, la glace de méthane se condense sur les particules de cette couche, entraînant les particules plus profondément dans l'atmosphère dans une pluie de neige de méthane. Parce que Neptune a une atmosphère plus active et turbulente qu'Uranus, l'équipe pense que l'atmosphère de Neptune est plus efficace pour brasser des particules de méthane dans la couche de brume et produire cette neige. Cela enlève plus de brume et maintient la couche de brume de Neptune plus fine qu'elle ne l'est sur Uranus, rendant Neptune plus bleue qu'Uranus.
"Nous espérions que le développement de ce modèle nous aiderait à comprendre les nuages et les brumes dans les atmosphères des géantes de glace", commente Mike Wong, astronome à l'Université de Californie à Berkeley et membre de l'équipe à l'origine de ce résultat. "Expliquer la différence de couleur entre Uranus et Neptune était un bonus inattendu !"
Pour créer ce modèle, l'équipe du professeur Irwin a analysé un ensemble d'observations des planètes englobant les longueurs d'onde ultraviolettes, visibles et proches de l'infrarouge (de 0,3 à 2,5 micromètres) prises avec le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA, l'installation de télescope infrarouge de la NASA située à proximité le sommet de Maunakea à Hawai'i, et le télescope Gemini North, également situé à Hawai'i.
Le modèle permet également d'expliquer les taches sombres qui sont parfois visibles sur Neptune et plus sporadiquement sur Uranus. Alors que les astronomes étaient déjà conscients de la présence de taches sombres dans les atmosphères des deux planètes, ils ne savaient pas quelle couche d'aérosol causait ces taches sombres ni pourquoi les aérosols de ces couches étaient moins réfléchissants. Les recherches de l'équipe éclairent ces questions en montrant qu'un assombrissement des particules dans la couche la plus profonde de leur modèle produirait des taches sombres très similaires à celles observées sur Neptune et occasionnellement sur Uranus. Une explication possible de la différence des teintes bleues d'Uranus et de Neptune
