Catégories
parts solar water heater

Une planète pleine de surprises

Sabine Stanley, Ph.D., Université Johns Hopkins

Le vol de Neptune Voyager 2 en 1989 a emporté l’idée que même des planètes similaires peuvent préparer de grandes surprises. Par exemple, au lieu de l’atmosphère inhabituellement calme d’Uranus, il s’avère que Neptune a certains des vents les plus rapides du système solaire.

Une photo de Neptune montrant les taches sombres des ouragans géants.
Les tempêtes localisées de Neptune sont les tempêtes les plus rapides jamais enregistrées dans notre système solaire. (Image: images de la NASA / Shutterstock)

Les tempêtes de Neptune

Les tempêtes de Neptune se sont vraiment concentrées sur les différences étonnantes dans l’atmosphère des géants de glace. Neptune est la planète la plus froide en termes de lumière solaire, mais elle a une atmosphère très dynamique, avec des tempêtes qui vont et viennent. Les plus grosses tempêtes sont des ouragans géants qui apparaissent comme des points plus sombres et s’accompagnent généralement de nuages ​​blancs brillants. Voyager 2 a vu une tache sombre impressionnante dans l’hémisphère sud appelée la grande tache sombre en raison de sa ressemblance avec la grande tache rouge de Jupiter.

La grande tache sombre est à peu près de la taille de la Terre et la vitesse du vent approche les 2400 kilomètres par heure. C’est presque 10 fois plus rapide que les vents d’ouragan de catégorie 5 ici sur Terre. Mais le Big Dark Spot n’était pas la seule tempête que Voyager 2. Plus au sud se trouvait une petite tempête appelée Little Dark Spot.

En savoir plus sur la façon dont notre Soleil définit notre système solaire.

Différences entre la grande tache sombre de Neptune et la grande tache rouge de Jupiter

Bien que l’étendue et la rage de la grande tache sombre soient similaires à la grande tache rouge de Jupiter, il existe des différences importantes. La grande tache sombre est sombre en raison de l’absence locale de nuages. C’était essentiellement un trou dans le pont d’un nuage de méthane, tandis que le Big Red Spot de Jupiter était plein de nuages.

La grosse tache sombre n’a pas duré longtemps non plus! Après avoir observé le Voyager en 1989, Hubble a jeté un autre regard sur la région en 1994, et à ce moment-là, les Grands et Petits Lieux Sombres avaient disparu. Cependant, en 2016, une grande tache sombre similaire est apparue dans l’hémisphère nord.

Le processus de création de taches brunes

Une image qui met en valeur les taches sombres de Neptune.
Les ouragans géants sont visibles sous la forme de taches sombres avec des nuages ​​blancs brillants. (Image: équipe NASA / Voyager 2 / domaine public)

Bien que les tempêtes elles-mêmes apparaissent comme des trous sombres, elles sont généralement accompagnées de nuages ​​blancs brillants de méthane. Ces nuages ​​se forment parce que la tempête elle-même est une zone de haute pression. À mesure que la tempête se déplace dans la région, l’atmosphère de cette région doit parfois passer au-dessus de la tempête à des altitudes plus élevées. Ces altitudes plus élevées sont plus froides, c’est pourquoi le méthane dans l’atmosphère gèle en cristaux de glace et crée des nuages.

C’est un peu similaire à la façon dont les nuages ​​de glace d’eau se forment lorsqu’ils traversent des montagnes ici sur Terre. Les nuages ​​de méthane blancs de Neptune apparaissent également dans d’autres régions autour de Neptune. Par exemple, Voyager 2 a repéré un groupe de nuages ​​blancs entre les grandes et petites taches sombres. Le point du nuage blanc se déplaçait plus rapidement autour de la planète que la grande tache sombre et donc sur des kilomètres, il était appelé «Scooter» en raison de sa vitesse de flambage.

Ceci est une transcription d’une série de vidéos Guide de terrain pour les planètes. Découvrez-le maintenant, à The Great Courses Plus.

Jets de zone de Neptune

En plus des tempêtes et des nuages, Neptune a également des jets zonaux – des vents qui se déplacent vers l’est ou l’ouest en ceintures autour de la planète. Les directions de ces jets sont très similaires à celles des jets sur Uranus. Autrement dit, il y a un grand jet à l’ouest à l’équateur et un jet à l’est à chaque pôle.

Différences entre le comportement atmosphérique sur Uranus et Neptune

Les tourbillons localisés de Neptune sont les plus rapides jamais enregistrés dans le système solaire. Neptune a également des jets de zone rapide avec des vitesses similaires à celles de Saturne. Alors pourquoi y a-t-il une telle différence entre le comportement atmosphérique sur Uranus et Neptune? La composition de l’atmosphère est très similaire. C’est pourquoi leurs couleurs sont similaires.

L’atmosphère de Neptune est composée d’environ 79% d’hydrogène et 18% d’hélium. Les 3% restants sont du méthane et c’est là que Neptune prend une couleur bleuâtre, tout comme Uranus. Si vous comparez les couleurs d’Uranus et de Neptune, Neptune semble un peu plus bleu, tandis qu’Uranus est un peu plus gris ou plus vert.

Apprenez-en davantage sur le puissant Jupiter, le géant gazier au pouvoir.

La raison des différences dans le temps de Neptune et d’Uranus

Les planètes ont à peu près la même taille. Les taux de rotation sont similaires à eux. Alors, quelles sont les causes de ces différences de temps extrêmes? Le coupable le plus probable est la quantité de chaleur que chaque atmosphère reçoit de l’intérieur de la planète. Voyager 2 a mesuré la chaleur émanant d’Uranus et de Neptune.

Neptune possède une grande source de chaleur interne, similaire à Saturne et à Jupiter. Ce chauffage interne peut aider à fournir de l’énergie aux vents et aux tempêtes que nous voyons dans l’atmosphère de Neptune. Le flux de chaleur interne plus élevé sur Neptune signifie également que les températures dans l’atmosphère de Neptune sont assez similaires à celles de l’atmosphère d’Uranus, bien que Neptune soit environ 50% plus éloignée du Soleil qu’Uranus.

Pourquoi Uranus et Neptune ont-ils des flux de chaleur internes différents?

Neptune ne reçoit qu’un peu plus que la quantité d’énergie solaire reçue par Uranus. Mais cela soulève la question: pourquoi Uranus et Neptune ont-ils autant de flux de chaleur internes différents? Nous ne savons vraiment pas pourquoi Uranus aurait un flux de chaleur aussi faible.

Peut-être que la planète s’est formée beaucoup plus lentement que les autres planètes; et donc il faisait plus froid depuis le début. Ou peut-être qu’Uranus a subi une perte de chaleur importante au début, peut-être en raison d’un impact catastrophique – Uranus est toujours incliné sur le côté. Peut-être qu’un tel coup a en quelque sorte creusé la chaleur de l’intérieur.

Saisons de Neptune

L’inclinaison de l’axe de Neptune est similaire à celle de la Terre et la planète connaît donc les saisons. Malheureusement, pour les observateurs de Neptune, l’année sur Neptune dure 165 années terrestres. Cela signifie que toutes les données sur l’atmosphère de Neptune, qu’elles proviennent de Voyager 2 ou d’un télescope terrestre, datent de moins d’un quart d’année. Ainsi, le seul changement saisonnier que nous ayons observé jusqu’à présent sur Neptune est un changement dans l’hémisphère sud du printemps à l’été.

Densité de Neptune

Neptune et ses lunes dans le fond sombre de l'univers.
Neptune est la plus dense des quatre planètes géantes. (Image: NASA, ESA, E Karkoschka et H. Hammel / Domaine public)

Neptune est la plus dense des quatre planètes géantes, plus dense encore que Jupiter. En approfondissant Neptune, nous passons d’une couche atmosphérique riche en hydrogène et en hélium à une calotte glaciaire riche en eau, en ammoniac et en méthane. Uranus et Neptune sont assez similaires en taille et en masse, Neptune ayant environ 18% de masse en plus mais 2% de diamètre plus petit. Cela signifie que Neptune a une proportion légèrement plus élevée de glace et de roches, des matériaux plus lourds qu’Uranus.

Cela signifie que Neptune a également des transitions de phase similaires à celles d’Uranus, telles que la pluie de diamants et l’eau superionique, mais elles peuvent se produire à des profondeurs légèrement moins profondes dans Neptune qu’Uranus. Pour Neptune, à une profondeur d’environ 5 000 km sous les nuages, la glace subit des pressions d’environ 250 000 bars et des températures supérieures à 2 000 °. Voici la soupe aux ions liquides glacés. Cette calotte glaciaire ionique est l’endroit où le champ magnétique de Neptune crée une dynamo.

Champ magnétique de Neptune

Les scientifiques étaient particulièrement impatients de voir les données sur le champ magnétique de Neptune depuis le passage du Voyager. Seulement trois ans plus tôt, on a découvert que le champ magnétique d’Uranus était multipolaire, contrairement aux champs dipolaires d’autres planètes. Les explications du champ magnétique d’Uranus seraient testées par des observations sur Neptune. Lorsque les données ont été restaurées en 1989, il est devenu évident que le champ magnétique de Neptune était également multipolaire.

Cela ne signifie pas que les champs magnétiques des deux planètes se ressemblent. En fait, ils ont l’air assez différents, avec une multitude de pôles dépassant des planètes à différents endroits. Mais l’essentiel est que les champs magnétiques des deux planètes ne sont pas dominés par leurs composantes dipolaires.

Implications des champs multipolaires

Alors qu’est-ce que cela voulait dire pour expliquer ces champs multipolaires anormaux? Eh bien, cela signifiait d’abord que les théories sur le champ d’Uranus résultant de la rotation latérale de la planète ne sont plus convaincantes. Cela signifiait également que la théorie selon laquelle nous avions accidentellement attrapé Uranus et Neptune au milieu d’un renversement semblait également incroyablement improbable. Les chances d’attraper les deux planètes dans le processus d’inversion semblaient, eh bien, astronomiques.

Alors que faire? Nous avons besoin de nouvelles expériences à haute pression, de simulations informatiques de pointe et de plus de données sur les propriétés intrinsèques et les champs magnétiques des deux planètes. Mais le fait qu’Uranus et Neptune aient une structure et une composition internes similaires suggère que leurs champs magnétiques multipolaires pourraient être liés à quelque chose de reconnaissable dans leur intérieur par rapport aux autres planètes.

La glace ionique des géantes de glace pourrait-elle être à l’origine des champs multipolaires?

Pour Uranus et Neptune, la dynamo est générée dans la calotte glaciaire ionique, et non dans le noyau de fer ou la couche d’hydrogène métallique. Eh bien, la cause pourrait-elle être la glace ionique reconnaissable des géants de glace?

Au niveau de base, toutes les dynamos devraient être fondamentalement les mêmes. Dinamo se soucie seulement qu’il existe un conducteur capable de générer des courants électriques plus rapidement qu’ils ne peuvent être dissipés.

Et la couche ionique sur Uranus et Neptune est suffisamment conductrice pour le faire. Mais si les courants convectifs dans Uranus et Neptune sont plus forts et à plus petite échelle que les autres planètes, ils pourraient alors générer des champs magnétiques avec des échelles plus petites, ce qui peut conduire à un champ multipolaire.

Le défi avec cette explication est qu’Uranus a un flux de chaleur interne extrêmement faible, et pourtant il devrait en quelque sorte avoir une convection plus forte, ce qui semble contradictoire. Cependant, une différence possible est que la calotte glaciaire ionique est une mince couche externe sur Uranus et Neptune. Au-dessous de la couche ionique peut se trouver une couche solide d’eau superionique.

Si tel est le cas, la dynamo peut ne pas être en mesure de fonctionner là-bas car l’eau superionique est un réseau cristallin qui empêchera le mouvement. Cette restriction limiterait la dynamo à une fine couche externe ionique.

Des simulations informatiques ont montré que les dynamos fonctionnant dans des coques minces peuvent plus facilement produire des champs magnétiques multipolaires. Cela peut donc être l’explication des champs multipolaires d’Uranus et de Neptune.

Questions courantes sur Neptune: une planète pleine de surprises

Q: Neptune est-il tout eau?

Non, Neptune est formé un noyau solide de la planète entouré d’un mélange d’eau épaisse, d’ammoniac et de méthane. Pour cette raison, il est également connu sous le nom de géant de glace.

Q: Qu’est-ce qui rend Neptune spécial?

Malgré ce que c’est similaire Uranium, Neptune a étonnamment certains des vents les plus rapides du système solaire. Neptune possède également un satellite irrégulier appelé Triton. Il a également été confirmé que Neptune a des anneaux.

Q: Neptune est-il une géante gazeuse?

Neptune est le noyau solide de la planète entouré d’un mélange d’eau épaisse, d’ammoniac et de méthane. Il est également connu sous le nom de géant de glace.

Q: Pourquoi Neptune est-il si chaud?

Neptune est si chaud à cause de son inclinaison axiale qu’il a révélé Pôle sud de Neptune au Soleil environ 40 années terrestres

Continue de lire
Planètes terrestres: la région intérieure du système solaire
Orbite terrestre basse: troposphère et stratosphère
Elliptique ou circulaire: quelle est la forme de l’orbite de la planète?