Des scientifiques savent pourquoi Uranus et Neptune ont des teintes de bleu différentes
Les géantes de glace Uranus et Neptune sont, à bien des égards, comme des jumelles. Elles ont à peu près la même taille, environ quatre fois celle de la Terre et 15 fois sa masse. Elles ont toutes deux des révolutions quotidiennes similaires d’un peu moins de 17 heures. Et près de leurs noyaux surchauffés, il peut même pleuvoir des diamants.
Image d’entête : la sonde Voyager 2 de la NASA a capturé ces images d’Uranus (à gauche) et de Neptune (à droite) lors de ses survols des planètes dans les années 1980. (NASA/ JPL-Caltech/ B. Jónsson)
Mais malgré ces similitudes, Neptune est habillée d’un profond bleu vibrant, alors qu’Uranus est d’un bleu pâle avec une teinte de vert. Des observations réalisées par des astronomes à l’aide du télescope spatial Hubble, ainsi que du télescope Gemini Nord et de l’Infrared Telescope Facility de la NASA, pourraient enfin expliquer pourquoi les deux sœurs semblent si différentes.
À l’aide des données recueillies lors de ces observations, les astronomes ont reconstitué un modèle atmosphérique unique pour les deux mondes. Ce modèle a montré que de la brume en excès s’accumule dans l’atmosphère d’Uranus, expliquant pourquoi elle semble être d’un ton plus clair que Neptune.
Selon Patrick Irwin, professeur de physique planétaire à l’Université d’Oxford (Royaume-Uni) et auteur principal de la nouvelle étude :
C’est le premier modèle à s’adapter simultanément aux observations de la lumière solaire réfléchie, de l’ultraviolet aux longueurs d’onde du proche infrarouge. C’est aussi la première à expliquer la différence de couleur visible entre Uranus et Neptune.
Toutes deux sont bleues en raison de la forte concentration de méthane dans leur atmosphère, un gaz à effet de serre qui absorbe la couleur rouge du spectre lumineux et diffuse la lumière bleue. Cependant, la couche intermédiaire de l’atmosphère d’Uranus, qui est constituée de particules de brume, est deux fois plus épaisse que celle de Neptune. S’il n’y avait pas de brume dans l’atmosphère de ces deux mondes glacés, ils apparaîtraient presque tous deux également bleus.
Cette brume, causée par de fines particules en suspension, appelées aérosols, est d’apparence blanchâtre, ce qui explique pourquoi Uranus paraît plus pâle que Neptune.
Sur les deux mondes, la glace de méthane se condense, entraînant avec elle les particules de brume dans une pluie de neige de méthane. Neptune a une atmosphère plus turbulente qu’Uranus, ce qui rend la première plus efficace pour produire de la neige de méthane. Avec le temps, la couche de brume de Neptune s’est amincie, d’où sa couleur bleue plus claire.
Ce schéma 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 pression au-dessus de 10 bars. La couche la plus profonde (la couche Aérosol-1) est épaisse et 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 le document 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. L’atmosphère de Neptune étant plus active et turbulente que celle d’Uranus, l’équipe pense que l’atmosphère de Neptune est plus efficace pour brasser les particules de méthane dans la couche de brume et produire cette neige. Cela élimine une plus grande partie de la brume et maintient la couche de brume de Neptune plus mince 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 de brume étendue (la couche d’aérosol-3) similaire à la couche inférieure mais plus ténue. Sur Neptune, de grandes 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. Jónsson
Selon Mike Wong, astronome à l’Université de Californie, Berkeley, et membre de l’équipe à l’origine de ce résultat :
Nous espérions que le développement de ce modèle nous aiderait à comprendre les nuages et les brumes dans l’atmosphère des géantes de glace. Expliquer la différence de couleur entre Uranus et Neptune fut un bonus inattendu !
Dans leur étude, les auteurs notent que la brume plus dense sur Uranus pourrait s’expliquer par un ancien impact avec un corps cosmique géant, dépensant une partie importante de l’énergie interne de la planète et des sources de chaleur. L’impact aurait rendu l’atmosphère d’Uranus plus “léthargique”, entraînant une diminution de la neige de méthane.
Tout le monde n’est cependant pas convaincu par cette explication. Pour Erich Karkoschka, spécialiste des sciences planétaires à l’université de l’Arizona, une explication plus plausible serait que les deux mondes sont tout simplement physiquement différents. Elles ne seraient pas exactement des jumelles, malgré leurs nombreuses similitudes.
Nous devrions en apprendre davantage sur les différences et les similitudes entre ces deux planètes lorsqu’un nouvel orbiteur atteindra les planètes extérieures, que la NASA espère lancer dans les années 2030. En attendant, le puissant télescope James Webb, qui vient d’être mis en service, pourrait révéler de nouveaux secrets sur les atmosphères d’Uranus et de Neptune.
L’étude publiée dans le Journal of Geophysical Research: Planets : Hazy blue worlds: A holistic aerosol model for Uranus and Neptune, including Dark Spots et présentée sur le site de l’Université d’Oxford : Scientists explain why Uranus and Neptune are different colours et sur le site de l’Observatoire Gemini : Gemini North Telescope Helps Explain Why Uranus and Neptune Are Different Colors.
