Uranus et Neptune vues par la mission Voyager 2 de la Nasa. @ Nasa, Voyager Science team

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La Nasa en route vers Uranus et Neptune ?

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Alors qu'une des dernières décisions du programme robuste d'exploration robotique de Jupiter et de Saturne est attendue au cours de ces prochains mois, avec peut-être un atterrissage sur une des lunes de ces deux planètes, les priorités scientifiques de la Nasa vont changer. Suivant les recommandations d'un rapport qu'elle a rédigé, le feu vert à une mission ambitieuse à destination d'Uranus ou de Neptune, voire des deux, pourrait être donné durant la décennie 2022-2032.

  • Uranus et Neptune sont deux planètes très mal connues. Seule la sonde Voyager 2 leur a rendu visite brièvement en 1986 et 1989.
  • La Nasa souhaite une mission très ambitieuse de plus ou moins deux milliards de dollars embarquant entre 50 et 150 kg d'instruments scientifiques.
  • Uranus et Neptune posséderaient chacune un océan de diamant sur lequel flottent des icebergs de diamant.

Il y a quelques jours, l'Agence spatiale européenne (ESA) a présenté sa sonde BepiColombo qui sera lancée en octobre 2018 à destination de Mercure. Après Mariner 10 et Messenger, elle sera la troisième mission de l'Histoire à destination de la planète la plus proche du Soleil. Dans notre Système solaire, deux autres planètes ont été encore moins visitées : Uranus et Neptune.

Ces deux autres planètes gazeuses ont été survolées, après Jupiter et Saturne, respectivement en 1986 et 1989 par la sonde Voyager 2. Trente ans plus tard, la Nasa s'y intéresse de nouveau. En effet, un rapport rendu public détaille l'intérêt scientifique de les étudier et propose plusieurs concepts de missions, de plus ou moins deux milliards de dollars, avec des charges utiles de 50 à 150 kg, qui iraient explorer une ou peut-être les deux planètes à l'aide d'orbiteurs, de survols à très faibles distances et de sondes qui plongeraient dans leurs atmosphères respectives.

Pour financer cette mission, si elle se concrétise, la Nasa pourrait s'associer avec d'autres agences spatiales. Dans ce contexte, le projet Uranus Pathfinder, proposé en 2010 par le Mullard Space Science Laboratory à l'ESA, pourrait être de nouveau proposé. À l'époque, bien qu'il ait reçu une excellente évaluation scientifique, il n'avait pas été retenu en raison de difficultés technologiques et de la nécessité d'utiliser un générateur nucléaire.

Aujourd'hui, trois points-clés soulignent l'importance d'envoyer une mission à destination d'au moins une de ces deux géantes de glace :

  • Uranus et Neptune représentent une classe de planète fondamentalement très différente des deux autres géantes du Système solaire (Jupiter et Saturne) et des planètes telluriques ;
  • des études suggèrent qu'elles ont toutes les deux un océan liquide représentant environ les deux tiers de leur masse ;
  • les modèles de structure interne n'arrivent pas à expliquer toutes les observations.
Jupiter est connue pour sa Grande Tache Rouge. Neptune aussi en possède une mais de couleur sombre. @ Nasa

De grandes incertitudes à lever sur l’histoire de leur formation 

Aujourd'hui, les scientifiques sont dans l'expectative. En raison des caractéristiques particulières d'Uranus et de Neptune, ils ne savent pas précisément comment et où se sont formées ces deux planètes ni comment elles ont migré à leur emplacement actuel. Les observations du Système solaire externe et les modèles antérieurs qui décrivent leur formation ne « permettent pas d'expliquer comment celles-ci se sont formées dans la zone où elles se trouvent aujourd'hui », nous explique Jean-Marc Petit, chercheur au CNRS, et Mohamad Ali-Dib, chercheur postdoctoral. Située très loin du Soleil, cette zone ne « contenait pas assez de blocs de construction pour former Uranus et Neptune suffisamment vite avant la dissipation de la nébuleuse primordiale ». D'après ces deux chercheurs, une fois la nébuleuse dissipée, il est en effet « impossible pour les deux planètes de mettre en place leurs enveloppes gazeuses ». Leurs travaux sur ces deux planètes publiés dans The Astrophysical Journal en septembre 2014 (disponible sur arXiv)) suggèrent « qu'Uranus et Neptune se sont formés principalement à partir des glaces du monoxyde de carbone, dans la zone lointaine où les températures sont assez faibles pour condenser cet élément chimique ». À vérifier donc.

Autres incertitudes, à l'exception de l'hydrogène et de l'hélium, les autres composants de l'atmosphère de Neptune sont mal recensés. Sa magnétosphère aussi est mal comprise. Quant à Uranus, l'hydrogène et l'hélium présents dans son atmosphère le sont dans des proportions voisines de Jupiter et du Soleil. Sa magnétosphère apparaît très complexe et change de structure au cours de l'année à cause de l'inclinaison de son champ magnétique. L'origine des anneaux de ces deux planètes est également mal connue. Enfin, alors que Jupiter et Saturne possèdent un nombre très important de satellites, 69 pour Jupiter et 62 pour Saturne, Uranus n'en possède que 27, et Neptune 14.

Un autre facteur souligne l'importance de mieux les comprendre. Comme le montrent les observations les plus récentes, les planètes géantes de glace sont extrêmement fréquentes dans la Galaxie. En effet, la majorité des exoplanètes découvertes sont de ce type. Par analogie, l'étude de ces deux mondes permettra de mieux caractériser cette population récurrente dans la Voie lactée.