Uranus,
la découvere des anneaux


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L’observation terrestre qui frappa avec le plus d’étonnements les scientifiques… fut la découverte des anneaux d'Uranus. Jusqu'en 1977 on ne connaissait uniquement que les anneaux de Saturne, et ce, même si William Herschel avait émis en 1789 l’hypothèse qu’à l’instar de Saturne, Uranus était entouré de deux anneaux. Cependant, il ne put soutenir ses dires par des observations et il reconnaîtra son erreur en 1792 croyants avoir été l’objet d’une illusion d’optique.
 

Ce qui nous amène en 1973, alors que Gordon Taylor, du Royal Greenwich Observatory, annonça qu’Uranus occulterait le 10 mars 1977 une étoile de la constellation de la Balance, SAO 158687. Cette annonce souleva l’enthousiasme des astronomes s’intéressant aux planètes, puisque ce rendez-vous céleste leurs offrait la possibilité d’étoffer le peu de connaissances qu’ils possédaient sur la sphère uranienne. En effet, l’occultation d’une étoile offre l'opportunité aux scientifiques de mesurer avec précision le diamètre d’une sphère planétaire. Mais en plus, en enregistrant les variations du spectre lumineux de la lumière émise par cette étoile lorsqu’elle traverse les couches supérieures de l’atmosphère planétaire, les scientifiques peuvent indirectement déterminer sa température, sa densité et sa composition.

Mais pour optimiser cette opportunité et obtenir un maximum d’information et de précision, l'observation de l'occultation se devait d’être faite dans la fenêtre de temps opportun, mais également à partir de plusieurs points d’observations se situant dans la zone d’observation et suffisamment éloignés les uns des autres. Ainsi, fidèle au rendez-vous du 10 mars 1977^[1], on retrouva des regroupements d’astronomes en Inde, au Japon, à l’observatoire de Perth en Australie et en Afrique, alors que James L. Elliot, du Cornell University, et ses collaborateurs prirent place à bord d’un avion transformé en observatoire pour aller survoler le sud de l’océan Indien, se retrouvant ainsi à l’emplacement optimum d’observation sur terre.

^[1]Note astrologique : Uranus transitait 11 ° 32 Scorpion (trop) recevant un carré de Saturne 10 ° 50 Lion. Le Soleil transitait alors 19 ° 51 Poissons formant un sextile exact à la nébuleuse ANNULAIRE M57  Lyre 19 ° 45 Capricorne.

 

Gerard P. Kuiper Airborne Observatory de la NASA^[2]
 

^[2]Cet observatoire était monté sur un jet de transport C-141A permettant d’effectuer des études à une altitude de 14,000 mètres, dans la stratosphère, là où l’atmosphère est absente de particules d’eau qui déforment les observations faites à partir du sol. L’appareil fut en service entre 1974 et 1995 et fut remplacé en 2007 par un Boeing 747 dans le cadre du programme SOFIA.

L’occultation totale de l’étoile se produisit comme prévu au moment prévu. Mais, quarante minutes avant, se produisit un autre événement tout à fait imprévisible, du genre comme les aime Uranus, alors que nos observateurs aériens et ceux de l’observatoire australien on put observer l’étoile clignoter brièvement à cinq reprises et voir le phénomène se reproduire symétriquement après l’occultation principale.
 

L’équipe australienne fut tellement surprise, qu’en tentant de comprendre pourquoi l’étoile clignotait constamment, qu’elle en ratât trois.
 

Plusieurs astronomes attribuèrent ces clignotements à la présence de satellites inconnus. Mais, l’équipe de l’observatoire aérien, qui possédait le meilleur point d’observation, fut la première à publier l’étonnante nouvelle qu’Uranus était entouré d’au moins cinq anneaux étroits. Ils furent nommés Alpha, Beta, Gamma, Delta et Epsilon en fonction de leur distance croissante par rapport au corps principal de la planète. La même équipe poursuivit ses observations à bord de la plateforme aérienne et put ainsi apercevoir près d’Uranus deux autres occultations d’étoiles. Leurs études permirent de découvrir trois autres anneaux situés à l’intérieur de l’anneau Alpha, et qui furent nommés 6, 5 et 4, ainsi qu’un neuvième situé entre les anneaux Beta et Gamma, et qui fut nommée Eta. L’équipe d’Elliot venait de découvrir autour d’Uranus un complexe de neuf anneaux très fins et très sombres.
 

Deux autres anneaux, Lambda et Dzeta^[3], furent découverts en janvier 1986 lors du survol par la sonde Voyager II. Deux autres, Mu et Nu, le furent à l'aide du télescope spatial Hubble en décembre 2003, portant le nombre d’anneaux connus à ce jour (mars 2009) à 13.

^[3]Dzêta fut détecté sur une photographie prise en contre-jour par la sonde Voyager II en 1986, mais depuis, son existence n'a pas pu être confirmée.
 

La découverte des premiers anneaux d’Uranus en 1977 puis ceux autour de Jupiter lors de son survol par la sonde Voyager 1 en 1979, et finalement ceux de Neptune, qui furent détectés par des observations terrestres menées au Chili en 1984, montraient que l'existence d'anneaux était une caractéristique commune à toutes les géantes gazeuses, même si dans leurs constituantes ils sont très différents.

 

Uranus sous l’œil de Voyager II

 

Le 20 août 1977, la sonde d’exploration spatiale américaine Voyager II quittait la Terre. Après un périple qui l’amena à visiter Jupiter (juillet 1979) et Saturne (août 1981), la sonde amorça sa rencontre et ses observations du système uranien le 4 novembre 1985. Le 25 février 1986, la sonde terminait son séjour dans l’entourage d’Uranus, alors qu’elle était déjà propulsée depuis 11 jours en direction de Neptune qu’elle atteignit en août 1989, pour après être propulsée pour une dernière fois dans les profondeurs de notre système solaire où elle poursuit toujours son périple.
  

Le survol de Voyager II, au moment où le pôle Sud d’Uranus était orienté directement vers le Soleil, fut le premier, et toujours à ce jour (2010) l’unique survol du système uranien par une sonde spatiale.

 

  

Avant cette mission, à cause de son faible diamètre apparent, Uranus était très mal connue des scientifiques. Mais la sonde, équipée d’une variété d’instruments scientifique, s’approcha le 24 janvier 1986^[4] (9:59 a.m. PST)  à 81500 km de la couche supérieure de l’atmosphère uranienne permettant de recueillir une impressionnante quantité de données.

^[4]Note astrologique : Uranus transitait alors 20°47 Sagittaire (trop), en opposition avec son Point de Révélation 24 ° Gémeaux, et recevant un quinconce de la Lune qui transitait 19 ° 31 Cancer. Ce duo étant en aspect avec la nébuleuse ANNULAIRE M57  Lyre 19 ° 32 Capricorne.

 

C’est ainsi que les images retransmises vers la Terre ont d’abord permis de confirmer, 11 ans après leurs découvertes, l’existence, l’aspect et les principales caractéristiques des anneaux observés à partir de la Terre, soit d’être des anneaux minces et sombres, possédant des contours définis avec une très grande précision. De plus, ils permirent de constater que le système d'anneau uranien s’avérait être beaucoup plus riche que prévu. Enfin, ils permirent de découvrir deux autres anneaux très ténus, ainsi que dix autres satellites.

L’on a pu également constater que tous les parcours orbitaux des satellites ainsi que tous les anneaux se retrouvaient alignés sur le plan équatorial de la planète et non sur le plan écliptique de son parcours orbital, et ce, même si presque tous les anneaux présentent de petites inclinaisons par rapport au plan équatorial d'Uranus.

 

 

Depuis cette brève visite, c’est grâce à la mise en service de télescopes extrêmement performants, tels le télescope spatial Hubble (décembre 1993) et le VLT (mai 1998), que deux autres anneaux et six autres satellites purent être découverts.

 

La structure et la luminosité
des anneaux

 

À ce jour (mars 2010), l’on a dénombré treize anneaux uraniens qui sont très différents de ceux de Saturne, alors qu’ils sont beaucoup plus minces et très sombres, s’apparentant plus à ceux de Jupiter.
 
 

Nom	Année découverte	Rayon de l’anneau en kilomètre à partir du centre de la planète	Largeur de l’anneau en kilomètre	Satellites
dzêta - z	1986	38 000	2500
6	1977	41 837	1,5
5	1977	42 234	2 - 3
4	1977	42 571	2 - 3
alpha - a	1977	44 718	4 - 10
bêta - b	1977	45 661	5 - 12
êta - ê	1977	47 176	1 - 2
gamma - g	1977	47627	1 - 4
delta - d	1977	48 300	3 - 9
lambda - l	1986	50 024	1 - 2
epsilon - é	1977	51 149	20 - 100	encadré par Cordelia et Ophélia
nu - n	2003	67 300	3800	encadré par Portia et Rosalind
mu - m	2003	97 700	17	partage l’orbite de Mab

    

 

 
 

En comparaison de leurs circonférences, parfois elliptiques, les anneaux d'Uranus sont particulièrement étroits : onze possèdent une largeur inférieure à 100 km; huit d'entre eux ont moins de dix kilomètres de largeur; neuf anneaux présentent une variation dans leurs largeurs et sont plutôt des arcs inachevés.
 

Le système d’anneaux uranien serait constitué de particules rocheuses extrêmement foncées pouvant atteindre dix mètres de diamètres et surtout de fines particules de morceaux de glace recouverte d’une mince couche de poussières de polymères carbonés qui se distribuent uniformément dans tout le système d’anneaux et que l’on retrouverait également à la surface des satellites uraniens. Cependant, des images prises en 2004, depuis l’observatoire Keck d’Hawaii, ont démontrées que la configuration de la poussière entourant les anneaux a changé considérablement depuis sa première observation par la sonde Voyager II en 1986. À cette époque, alors qu’elle apparaissait encastrée dans les anneaux, les photographies prises à l’aide du télescope Keck II semblent indiquer qu'elle se soit dispersée au-delà du système d’anneau pour une raison encore inconnue des scientifiques.
 

La noirceur de ces particules ne permet de réfléchir qu’environ 5 % de la lumière solaire, c’est pourquoi les anneaux nous apparaissent si sombres et qu’ils sont si difficilement détectables, rendant l’observation terrestre extrêmement difficile.
 

C’est pour cette raison que l’anneau dzêta, situé le plus prêt de la planète, ne put être observé uniquement que par la sonde Voyager II, alors qu’elle profita d’un point de vue lui permettant d’observer Uranus et ses anneaux en contre-jour. Agissant comme un diffuseur de la lumière solaire, l’anneau dzêta présenta une structure très différente de celle des anneaux précédemment connus, puisqu’il serait constitué de particules d’une taille inférieure à 1 mm, et donc inobservables depuis la Terre.
 

Les anneaux 6, 5 et 4 sont les plus minces et, à l’exception de dzêta, les plus transparents. L'anneau alpha semble formé de deux sous-anneaux séparés par une distance variable. L'anneau bêta possède également une largeur variable. L'anneau êta serait également constitué de deux composantes : l'une interne et très mince, de l’ordre de 1 ou 2 km de largeur, et l'autre externe plus transparente et structurée d’une largeur d'environ 60 km. Les anneaux gamma et delta semblent très minces et opaques, avec des rebords très précisément délimités.
 
L'anneau epsilon est le plus lumineux et le plus complexe alors que son profil elliptique varie entre 20 et 100 km de largeur et qu’il serait constitué d'une vingtaine de différentes composantes qui possèdent toutes une opacité différente. 
 
 

Anneau epsilon 

Les anneaux nu et mu sont tellement éloignés de la planète qu’ils sont qualifiés de « second système d’anneau d’Uranus ». En effet, l’anneau mu possède un diamètre du double de celui d’epsilon, qui constituait la limite du système d’anneau avant la découverte de nu et mu en 2003.

 

Les variations
de la physionomie uranienne

 

Entre le 2 mai 2007 et le 20 février 2008, les astronomes purent observer pour la première fois^[5] une situation très particulière qui ne se reproduit qu’a deux reprises au cours de la révolution d’Uranus autour du Soleil, et donc à tous les 42 ans, alors que le plan équatorial ainsi que les anneaux d'Uranus se retrouvent à être orientés dans la direction de la Terre, donnant ainsi l’impression que le système d’anneaux est redressé verticalement par rapport au plan de l'écliptique. L’extrême finesse des anneaux, que l’on peut alors observer par la tranche, les rendent alors pratiquement invisibles.

^[5]Lors du précédent passage de la Terre dans le plan, en 1965, les anneaux n'étaient pas encore connus. Le phénomène présentait donc moins d'intérêt, d'autant plus que les instruments d’observation de l'époque étaient loin d'avoir atteint leur puissance actuelle. À cette époque, le plus grand télescope était celui du Mont Palomar avec ses cinq mètres de diamètre, qui sont aujourd'hui largement dépassés, et le télescope spatial Hubble n’était qu’au plus qu’un fantasme des scientifiques.
 

 

Ainsi, l’absence de lumière parasitaire émanant des anneaux, malgré leurs faibles luminosités, donne alors aux astronomes l’opportunité de découvrir de nouvelles composantes du système uranien, principalement de nouveaux satellites.

En raison du déplacement de la Terre par rapport à l’emplacement d'Uranus, ce passage au travers du plan des anneaux se produisit à trois reprises : les 2 mai et 16 août 2007 et le 20 février 2008.
 

Mais c’est celui du 16 août qui offrit le plus d’intérêt, car Uranus se trouvait alors à moins d'un mois de son opposition au Soleil, soit le 9 septembre 2007, offrant ainsi les conditions d’illumination les plus favorables permettant ainsi de mettre en évidence la structure des amoncellements de poussières en raison de l’effet de diffusion de la lumière du Soleil par les plus fines particules. Durant cette très courte période, les anneaux très fins et normalement sombres apparaissent alors plus lumineux, tandis que le brillant anneau Epsilon, lui, s’assombrit, puisque les particules relativement grandes qui le composent se font mutuellement de l'ombre.
 

L’on pourra noter que ce phénomène se produit dans l’axe Vierge/Poissons en tropical, ou Lion/Verseau en sidéral, soit, étonnamment, dans le même axe où se produit le même phénomène de disparition des anneaux… de Saturne . Les présents (entre 2008 et 2010^[6]) transits d’Uranus en Poissons et de Saturne en Vierge présente donc une condition astronomique des plus rares.


 

^[6]Voir l'article "L'opposition de Saturne et Uranus: 2008 à 2010 "

   

 

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