Un voyage vers une planète mystérieuse : pourquoi Uranus est la nouvelle cible de l’exploration spatiale | Uranus

ODans la nuit du 13 mars 1781, William Herschel regardait à travers un télescope dans son jardin arrière sur New King Street, Bath, quand il remarqua un objet faible inhabituel près de l’étoile Zeta Tauri. Il l’a observé pendant plusieurs nuits et a noté qu’il se déplaçait lentement contre les étoiles de fond. L’astronome a d’abord pensé qu’il avait trouvé une comète, mais l’a ensuite correctement identifiée comme une planète lointaine. Appelée plus tard Uranus, elle fut la première planète découverte depuis l’Antiquité. Cette réalisation a valu à Herschel l’adhésion à la Royal Society, un titre de chevalier et une renommée astronomique durable.

Des études ont depuis montré qu’Uranus est un monde très étrange. Alors que les autres planètes de notre système solaire tournent comme des toupies, Uranus est allongée sur le côté. Et même si ce n’est pas la planète la plus éloignée du Soleil, c’est la planète la plus froide du système solaire.

Uranus résiste également à des saisons d’une ampleur extraordinaire. Chaque pôle passe des décennies baigné dans la lumière du soleil implacable avant de connaître des décennies d’obscurité totale. Une personne née au coucher du soleil près du pôle disparaissant dans l’obscurité de l’automne devrait attendre 42 ans pour voir son premier lever de soleil printanier. En général, Uranus est la seule planète nommée d’après un dieu grec plutôt que romain. (Uranus était le grand-père de Zeus.)

Malgré ces bizarreries et extrêmes astronomiques, étonnamment peu d’efforts ont été faits pour se rapprocher d’Uranus. Une seule sonde robotique l’a jamais visitée – en 1986 – lors du passage de l’engin américain Voyager 2 lors de sa visite spectaculaire du système solaire. Il a révélé un monde massif, sans relief, bleu pâle avec une atmosphère d’hydrogène, d’hélium et de méthane, une riche famille de lunes et un puissant champ magnétique. Et ça l’a été.

Cependant, cette attitude facile est en train de changer. Plus tôt cette année, l’Académie nationale des sciences des États-Unis a publié un rapport appelant la NASA à lancer une sonde Uranus en tant que priorité phare pour la prochaine décennie. Tous les 10 ans, l’académie publie un rapport sur les priorités américaines en matière d’exploration planétaire, et l’enquête de chaque décennie a d’énormes implications, ce qui signifie que la NASA subit désormais une pression énorme pour planifier et financer une telle mission.

Uranus
La géante de glace Uranus. Photo : Alamy

De leur côté, les passionnés d’Uranus sont contents. “C’est une excellente nouvelle”, a déclaré le professeur Leigh Fletcher, planétologue à l’Université de Leicester. “Il reste peu d’endroits dans le système solaire que nous connaissons moins qu’Uranus. Les planètes intérieures ont été visitées par des sondes à de nombreuses reprises, tout comme Jupiter et Saturne. Même la minuscule et lointaine Pluton a été étudiée. Ainsi, la mission Uranus remplit un lacune flagrante dans notre connaissance des processus qui ont façonné notre système solaire.

Les astronomes divisent les planètes du Soleil en trois catégories principales. Les planètes intérieures rocheuses en orbite autour du Soleil sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Puis, plus loin se trouvent les géantes gazeuses Jupiter et Saturne, d’immenses mondes composés majoritairement d’hydrogène et d’hélium. Enfin, au bord du système solaire se trouvent Uranus et son partenaire Neptune, la deuxième planète la plus éloignée et la plus éloignée du Soleil, respectivement. Ces deux géantes sont appelées géantes de glace parce qu’elles sont massives (mais pas aussi grosses que Jupiter et Saturne) et parce qu’elles sont faites de matériau glacé. Surtout, leurs atmosphères et leurs intérieurs sont riches en méthane, en eau et en autres molécules formant de la glace. (La plus éloignée de ces mondes est Pluton, qui a été officiellement reconnue comme planète par l’Union astronomique internationale en 2006 et reclassée comme planète naine.)

Ces propriétés ont toujours été considérées comme intéressantes, mais pas assez intrigantes pour mériter une attention particulière, jusqu’à ce que les astronomes commencent à étudier les mondes autour d’autres étoiles et trouvent partout des géantes de glace comme Uranus et Neptune. “C’est vraiment intrigant : lorsque nous regardons des planètes autour d’autres étoiles, nous constatons que beaucoup d’entre elles sont similaires à Uranus et Neptune”, ajoute Fletcher. Ou, comme le dit Jonathan Fortney, planétologue à l’Université de Californie à Santa Cruz, “la nature aime créer des planètes de cette taille”.

La raison pour laquelle les géantes de glace sont répandues dans notre galaxie n’est pas claire. “Cependant, des planètes comme Uranus et Neptune ont probablement quelque chose d’important”, déclare Fletcher. “Et le plus important, nous en avons deux excellents exemples, les planètes les plus communes de la galaxie, ici même dans notre système solaire. Mais leur composition, leur nature et leur origine restent un mystère relatif. Il est temps de faire les choses correctement.”

Cependant, corriger ce déficit planétaire ne sera pas facile. Uranus orbite autour du soleil à une distance moyenne de 1,8 milliard de miles (2,8 milliards de km); Neptune à 2,8 milliards de miles (4,5 milliards de km). La proximité relative du premier avec la Terre en fait donc une cible privilégiée. Cependant, la mission Uranus a encore besoin d’aide pour atteindre son objectif, sous la forme de l’assistance gravitationnelle de Jupiter. Ce type de manœuvre a été utilisé lors d’autres missions dans notre système solaire et implique qu’un vaisseau spatial effectue un balayage à basse altitude au-dessus d’une planète sur son chemin. La capsule reçoit de l’énergie de cette rencontre rapprochée et est donc capable de transporter plus d’instruments et de carburant qu’il ne serait autrement possible. Un rendez-vous avec Jupiter aboutirait donc à une sonde Uranus qui, avec plus de carburant à bord, pourrait étudier Uranus plus longtemps avec un ensemble d’instruments plus sophistiqués.

Le lancement de la sonde Voyager 2 depuis Cap Canaveral, en Floride, le 20 août 1977, 16 jours avant le lancement de sa jumelle, Voyager 1.
Le lancement de la sonde Voyager 2 depuis Cap Canaveral, en Floride, le 20 août 1977, 16 jours avant le lancement de sa jumelle, Voyager 1. Photo : NASA

Mais le timing est serré. La mécanique céleste dicte qu’une mission vers Uranus doit être lancée en 2031 ou 2032 pour atteindre Jupiter à temps pour l’utiliser comme assistance gravitationnelle. Cela donne à la NASA dix ans pour concevoir la sonde, lever les 4 milliards de dollars (3,3 milliards de livres sterling) ou plus nécessaires pour la construire, terminer la construction, puis l’envoyer dans son voyage de 13 ans. Compte tenu de cette pression et de l’intérêt généralisé pour l’étude des géantes de glace, le projet impliquera presque certainement la participation d’autres organisations telles que l’Agence spatiale européenne.

La plupart des idées de mission envisagent un engin principal en orbite autour d’Uranus, surveillant la planète tout en se balançant occasionnellement par certaines de ses lunes et anneaux pour un examen plus approfondi. Une sonde compagnon pourrait également être lancée dans l’atmosphère d’Uranus pour étudier sa composition.

En plus de trouver des preuves qui pourraient expliquer pourquoi les géantes de glace sont communes autour d’autres étoiles, la mission viserait à résoudre de nombreux autres mystères liés à Uranus. Pourquoi la planète est-elle si froide et pourquoi son axe de rotation est-il incliné latéralement, presque dans le plan de son orbite autour du soleil, un phénomène qui signifie que ses pôles nord et sud sont situés là où la plupart des autres planètes ont leurs équateurs ?

“Une théorie est qu’un très gros objet – peut-être un énorme astéroïde – a frappé Uranus il y a quelque temps et l’a renversé”, explique le physicien Patrick Irwin de l’Université d’Oxford. “Un tel événement expliquerait également une autre caractéristique étrange d’Uranus : il semble qu’il ne reste presque plus de chaleur interne de sa formation, ce qui en fait la planète la plus froide du système solaire.

“Jupiter, Saturne et même Neptune ont encore de la chaleur interne et émettent plus d’énergie dans l’espace qu’ils n’en récupèrent du soleil. Mais pas Uranus. Il semble que toute sa chaleur interne ait été perdue, peut-être parce que cet impact massif l’a bouleversée. , de sorte que son contenu interne chaud s’est répandu et que la chaleur a été rapidement rayonnée dans l’espace. Nous avons besoin de recherches pour résoudre ces problèmes.

Il reste à voir si la NASA peut agir assez rapidement pour construire et lancer une mission aussi complexe que celle requise pour étudier Uranus. De nombreux astronomes sont inquiets de la densité de l’horaire – même si le faisceau lumineux en est un. En 2011, l’Académie nationale des sciences a publié son bilan final sur 10 ans et a demandé à la NASA de se concentrer les 10 prochaines années d’abord sur une mission vers Mars pour commencer à collecter des roches pour le retour sur Terre, et ensuite sur une sonde envoyée à Europa, Jupiter’s lune glacée, pour voir si elle pourrait contenir la vie. Une décennie plus tard, le rover américain Perseverance a déjà commencé la première mission, tandis que l’Europa Clipper de la NASA devrait être lancé en 2024. “Cela montre que les délais peuvent être respectés et cela nous donne de l’espoir”, déclare Fletcher.

Il reste à voir comment se déroulent les plans de la mission Uranus – bien qu’il y ait une coda intrigante dans l’histoire du choix de la planète comme destination principale. En tant qu’autre candidat pour une mission phare dans les 10 prochaines années, l’Académie nationale des sciences a recommandé l’envoi d’un vaisseau spatial à Encelade. Cette minuscule lune de Saturne se comporte de manière surprenante. Il crache des colonnes d’eau riches en matières organiques dans l’espace, ce qui en fait un candidat idéal pour l’échantillonnage à la recherche de microbes ou d’autres formes de vie primitives qui pourraient exister sur la petite lune.

Une mission sur Encelade partage de nombreuses complexités qui compliquent les plans de toute mission vers une géante de gaz ou de glace lointaine. Mais il est également relié de manière remarquable à la sonde Uranus proposée. Encelade a été découverte en 1789 par nul autre que William Herschel.

Portrait de Guillaume Herschel.
L’astronome britannique d’origine allemande William Herschel. Photo : Stock Montage/Getty Images

La découverte d’Herschel est restée dans les mémoires

Le mois prochain, une pierre commémorative sera dévoilée dans le jardin du 19 New King Street, Bath, marquant l’endroit exact où William Herschel a posé son télescope fait maison et a aperçu Uranus pour la première fois. L’événement du 25 août constitue une partie importante des célébrations qui ont commencé ce week-end pour marquer le 200e anniversaire de la mort de l’astronome d’origine allemande.

Herschel est décédé le 25 août 1822 et une nouvelle exposition à son domicile – aujourd’hui le musée d’astronomie Herschel – comprend son livre d’observation, dans lequel il a écrit des notes sur la nuit où il a observé Uranus pour la première fois. Sont également exposés un catalogue d’étoiles enregistré par sa sœur Caroline, astronome professionnelle à part entière, découvreuse prolifique de comètes et première femme à recevoir un salaire en tant que scientifique.

William Herschel était aussi un musicien talentueux et savait jouer du hautbois, du violon, du clavecin et de l’orgue et a composé de nombreux concertos et symphonies. Ses réalisations scientifiques incluent la première découverte du rayonnement infrarouge ; l’observation que les calottes polaires de Mars varient selon les saisons ; et la découverte subséquente de lunes jusque-là non observées autour de Saturne.

Cependant, la découverte de l’uranium reste son principal titre de gloire. Fait intéressant, Herschel voulait à l’origine lui donner le nom de son patron, le roi George III, ce qui en aurait fait Georgium Sidus, ou Star of George. En dehors de l’Angleterre, cependant, le surnom était largement détesté et le nom d’Uranus a finalement été choisi – bien qu’il n’ait pas acquis une reconnaissance internationale complète avant le milieu du XIXe siècle.

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