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Uranus : quelle sera la prochaine mission, 30 ans après Voyager 2 ?

Il y a 30 ans, le 24 janvier 1986, la mission Voyager 2 survolait Uranus, une visite qui n'a depuis jamais été rééditée. De nombreuses questions restent en suspens justifiant une nouvelle visite à cette géante glacée entourée d’anneaux et de 27 satellites, plus proche de nous que son homologue Neptune.

Uranus, distante en moyenne de 2,8 milliards de km du Soleil (19 UA), imagée de près par la sonde Voyager 2 en 1986. © Nasa, JPL-Caltech Uranus, distante en moyenne de 2,8 milliards de km du Soleil (19 UA), imagée de près par la sonde Voyager 2 en 1986. © Nasa, JPL-Caltech

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Après un lancement en 1977 et le survol de Jupiter puis Saturne, la sonde Voyager 2 s’approchait à 81.000 km d’Uranus, révélant un système planétaire inattendu : un système complexe d’anneaux et de 27 satellites – les plus grands sont Obéron, Titania, Umbriel, Ariel, Miranda –, une rotation rapide en 17,24 heures, une chimie et une dynamique atmosphérique inédites, une source d’énergie interne nulle ou presque, et un environnement magnétique unique dans notre Système solaire.

On s’attendait bien à ce que la septième planète dévoile quelques surprises. Avec un axe de rotation pointant alors vers notre étoile – résultat probable d’une antique collision d’ampleur avec un impacteur géant –, son atmosphère est soumise à une insolation extrême, avec un hémisphère éclairé en permanence, tandis que ses satellites gravitaient dans un plan perpendiculaire à l’écliptique. Mais avec, en sus, un axe magnétique incliné de 60° (un record dans le Système solaire !), cette magnétosphère asymétrique devenait dès sa découverte un cas extrême dans le club très fermé des planètes magnétisées.

Depuis, l’intérêt pour cet intrigant système planétaire ne s’est jamais démenti. En témoigne un atelier international organisé au centre international d’ateliers scientifiques de l’Observatoire de Paris à Meudon fin 2013 au titre évocateur : « Uranus beyond Voyager 2 : from recent advances to future missions » (Uranus après Voyager 2 : des avancées récentes aux futures missions) accompagné d’une conférence grand public au CNRS Bellevue par deux chercheurs du Lesia (Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique).

La lune glacée Miranda (480 km de diamètre), un des 27 satellites naturels d’Uranus, photographiée par Voyager 2 le 24 janvier 1986. © Nasa, JPL-Caltech
La lune glacée Miranda (480 km de diamètre), un des 27 satellites naturels d’Uranus, photographiée par Voyager 2 le 24 janvier 1986. © Nasa, JPL-Caltech

Quelle sera la prochaine mission d’exploration d’Uranus ?

C’est que, depuis la moisson de données pionnières de Voyager 2, de nombreuses questions restent en suspens. Certes les observations régulières de télescopes terrestres permettent d’étudier son activité nuageuse et son système d’anneaux, mais la gamme spectrale observable et la sensibilité atteignable depuis l’orbite terrestre (à plus de 2,7 milliards de km) n’égalent pas celles de mesures locales, dont certaines ne peuvent être réalisées qu’in situ, comme la mesure de particules ou de champ magnétique.

Et après les nombreuses missions spatiales qui ont permis l’exploration de Jupiter (Galileo, Juno en fin de cette année, et plus tard Juice), Saturne (Cassini-Huyghens), Mercure (Messenger et bientôt BepiColombo) et même de comètes (Rosetta-Philae) et des planètes naines Cérès et Pluton-Charon (Dawn, New Horizons), Uranus est la prochaine étape-clef de l’exploration du Système solaire. Elle forme en effet avec Neptune la catégorie des planètes géantes glacées (moins massives que les géantes gazeuses avec un cœur de roches et de glaces), mais elle est située deux fois moins loin, ce qui la rend donc plus accessible.

Depuis quelques années déjà, plusieurs scénarios sont à l’étude. Côté Nasa, une telle expédition a été classée comme prioritaire dans plusieurs rapports récents, tandis qu’une équipe de définition scientifique d’une telle mission est actuellement en cours de constitution. Côté Esa, le projet Uranus Pathfinder – avec un soutien important de la communauté française – a été soumis aux récents appels d’offres de l’agence spatiale européenne et reçu une excellente évaluation scientifique, bien que jusqu’à présent non sélectionnée.

L’enjeu technologique est de taille, la dimension des panneaux solaires nécessaires pour alimenter une sonde à 19 fois la distance Terre-Soleil (environ un terrain de football) rend cette option caduque et nécessite un générateur nucléaire, que l’Esa n’a pas encore mis au point. Deuxième enjeu de taille, la durée de la phase de croisière : 15 ans au bas mot, passés pour la plupart en hibernation, soit plus long encore que pour la mission Rosetta. En 2011, le projet identifiait une arrivée possible en… 2037 !

Les anneaux délicats d’Uranus photographiés par Voyager 2 le 23 janvier 1986 à quelque 1,1 million de km. © Nasa, JPL-Caltech
Les anneaux délicats d’Uranus photographiés par Voyager 2 le 23 janvier 1986 à quelque 1,1 million de km. © Nasa, JPL-Caltech

Numérisées, les données de Voyager sont réexaminées

Pour ce type d’exploration à longue échéance, il est particulièrement important de la sélectionner dès que possible, et d’anticiper sa préparation. À ce titre, on peut noter le choix du Cnes de démarrer en 2016 une première étude d’une mission exploratoire de l’environnement uranien.

En attendant, la période est propice à la réanalyse des observations Voyager à la lueur de notre compréhension actuelle des systèmes planétaires. Le groupe magnétosphères du Lesia a démarré cet été un travail de réhabilitation des jeux de données à haute résolution de l’instrument PRA (Planetary Radio Astronomy), précédemment conservés sur bandes magnétiques et désormais archivées au Cnes sous forme numérique.

En parallèle, le même groupe avait redétecté les aurores d’Uranus avec le télescope spatial Hubble en 2011, en les observant lors d’une période de forte activité solaire. Les résultats obtenus témoignent d’une richesse de processus magnétosphériques variant avec les saisons planétaires, une motivation de plus pour retourner explorer Uranus au plus tôt.


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