Les anneaux d’Uranus peuvent-ils révéler les secrets les plus profonds de la planète ?

Réunion d'automne AGU 2021

Les planètes géantes solaires Uranus et Neptune de notre système solaire sont beaucoup plus mystérieuses que Jupiter ou Saturne et ont un grand potentiel pour de nouvelles sciences. Ce que l’on sait peu à leur sujet provient des contournements de Voyager 2 dans les années 1980 et des observations limitées qui peuvent être faites avec des télescopes au sol. On ne sait presque rien de ce qui se passe sous les nuages ​​des planètes : la chimie en profondeur, la taille du noyau, la séparation des couches atmosphériques ou l’étendue de la convection. La sismologie en anneau, une technique qui a réussi à pénétrer les profondeurs de Saturne, peut également aider à comprendre ses frères et sœurs plus jeunes.

“Nous étudions l’équivalent sismique des planètes géantes.”

“Nous étudions l’équivalent sismique des planètes géantes”, a déclaré Joseph A’Hearn, étudiant diplômé en physique à l’Université de Moscou de l’Idaho. Tester la sismologie annulaire de l’uranium et de Neptune est difficile car “nous en savons beaucoup moins sur l’intérieur des géantes de glace que sur l’intérieur des géantes gazeuses. .

Les leçons de Saturne

La gravité est responsable de l’organisation des fragments de glace et de roche en anneaux planétaires et de leur mise en forme selon leurs caprices. Par conséquent, les anneaux peuvent détecter des changements dans le champ gravitationnel à proximité et les perturber suffisamment pour être visibles par les yeux ou les caméras. Différents types de perturbations gravitationnelles – une grande planète transitoire, la lune en orbite de résonance ou une convection au plus profond de la planète elle-même – peuvent provoquer l’étirement, la flexion, la torsion ou l’ondulation des anneaux. La sismologie en anneau est la science qui utilise ces modèles d’anneaux pour inverser les causes des perturbations gravitationnelles.

Le vaisseau spatial de Cassini a trouvé deux types d’ondes dans les anneaux de Saturne, qui tournent tous deux autour de la planète et s’étirent ou se compriment comme une vague. La plupart d’entre elles sont des ondes de longueur d’onde en spirale, comme une ligne brillante au milieu, qui deviennent plus denses à mesure que vous allez au-delà de la planète. (Saturne est à droite sur cette image.) Des ondes en spirale, comme celle de droite, s’étendent au-delà de la planète. Auteur : NASA / JPL / Space Science Institute

Naturellement, l’esprit saute sur Saturne lorsqu’il s’agit des anneaux des planètes, et la sismologie des anneaux y a été largement utilisée. La mission Cassini-Huygens vers Saturne a frappé de nombreuses vagues dans les anneaux de la planète, l’une causée par le passage des mois et l’autre par le déplacement de matière à l’intérieur de la planète. “Pour Saturne”, a déclaré A’Hearn, “la sismologie en anneau a pu trouver une couche qui était en couches de manière stable à l’intérieur de celle-ci ; elle a pu découvrir que le noyau de Saturne était dispersé ;

En utilisant différents modèles internes d’Uranus, A’Hearn et son équipe ont calculé où, à l’intérieur des 13 anneaux d’uranium connus, nous pouvions nous attendre à des perturbations causées par la dynamique intérieure. Leurs calculs ont montré que les anneaux intérieurs étroits d’Uranus avaient la bonne largeur, la bonne épaisseur et la bonne distance de la planète pour capturer au moins une ou deux résonances prédites par les structures internes les plus plausibles. A’Hearn présentera ces résultats lors de la réunion AGU Fall 2021 le vendredi 17 décembre.

“Il y a clairement un grand potentiel dans la sismologie circulaire de l’uranium et de Neptune”, a déclaré Ravit Helled, astrophysicien planétaire au Centre d’astrophysique théorique et de cosmologie de l’Université de Zurich, qui n’a pas participé à l’étude. “Les intérieurs de l’uranium et de Neptune sont mal contraints, et la sismologie en anneau peut être utilisée pour détecter les oscillations internes et pour localiser les régions de convoi profond qui sont convectives et celles où la convection est inhibée.”

Qu’en est-il de Neptune ?

Le groupe d’A’Hearn n’a jusqu’à présent terminé les calculs que pour Uranus; Les résultats de Neptune sont toujours attendus. La perspective d’utiliser la sismologie en anneau sur une petite planète géante de glace est plus incertaine. “Neptune a des anneaux plus fins et légèrement plus éloignés [than Uranus], peut-être en dehors de la zone des emplacements de résonance des ondes stratifiées de manière stable de Neptune », a expliqué Nadine Nettelmann, physicienne planétaire à l’Institut d’études planétaires du Centre allemand de l’aviation à Berlin qui n’a pas participé aux travaux. Mais “Neptune a environ 10 fois le flux de chaleur, ce qui peut indiquer des mouvements convectifs plus forts. Son atmosphère est également plus riche en structures nuageuses que celle d’Uranus. Parce que la convection est considérée comme l’un des principaux moteurs des oscillations, elles peuvent être plus fortes dans amplitude et .

“Même une découverte convaincante de l’oscillation interne d’une planète dans les anneaux d’uranium constituerait une avancée significative et mériterait une recherche coordonnée”, a ajouté Richard French, astronome au Wellesley College de Wellesley, Massachusetts, qui n’a pas participé. avec ce travail. “Neptune est encore plus compliqué, en grande partie parce que nous avons des observations très limitées de ses quelques anneaux étroits.”

“Il est plus probable que nous ayons besoin d’une orbite pour trouver ces propriétés d’onde.”

Combinée à ce que nous savons de la structure et de la dynamique de Saturne, la sismologie circulaire de l’une ou des deux planètes géantes de glace peut fournir un meilleur aperçu de l’intérieur de la planète géante gazeuse, y compris les planètes géantes en dehors du système solaire. “La densité, la pression et la température internes sont des propriétés clés de l’intérieur des planètes qui peuvent fournir des indices précieux sur leur environnement de formation et leur structure interne”, a déclaré French. “Placer l’uranium et Neptune dans le contexte de Jupiter et de Saturne nous aide non seulement à comprendre l’évolution possible des géantes de glace du système solaire, mais fournit également un aperçu de nombreuses exoplanètes de taille et de masse comparables.”

Est-il possible pour Uranus ou Neptune de pratiquer l’orthodontie sans une mission prolongée sur les planètes ? Peut-être, mais peu probable, a déclaré A’Hearn. “Les gens ont recherché ces signaux dans les données de Voyager, mais comme Voyager n’était qu’un contournement, il n’en a probablement pas collecté assez… pour pouvoir identifier ces structures. Les gens ont également fouillé le sol avec des données télescopiques. Et ainsi nous pouvons il est plus probable que nous ayons besoin d’une orbite pour trouver ces propriétés d’onde.

-Kimberly MS Cartier (@AstroKimCartier), le rédacteur

Devis: Cartier, KMS (2021), Les anneaux d’Uranus peuvent-ils exposer la planète ?c’est secrets les plus profonds ?, Éos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO210641. Publié le 17 décembre 2021.
Texte © 2021. AGU. CC BY-NC-ND 3.0
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