Uranus, quatre fois plus grande que la Terre, soit 63 fois en volume, mais dont la masse n'est que 14,5 plus importante du fait de sa faible densité. © Nasa
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Uranus : un disque de vapeur serait à l'origine de ses lunes

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L'inclinaison d'Uranus, de son système de satellites et d'anneaux est communément expliquée par un impact géant, mais jusqu'à présent, les modèles ne parvenaient pas à reproduire la masse et la dimension de ces anneaux. Un nouveau modèle, présenté par une équipe d'astronomes japonais, semble y parvenir.

La planète Uranus est connue, entre autres, pour l'inclinaison importante de son axe de rotation donnant l'impression de « rouler » sur son orbite comme une balle au sol. L'explication la plus communément admise pour expliquer cette inclinaison est un impact géant. Le fait que l'orbite des satellites et les anneaux d'Uranus soient alignés avec l'équateur de la planète, et donc inclinés de la même façon (c'est-à-dire presque perpendiculaires à l'orbite de la planète), laisse penser qu'ils tirent leur origine de cet impact. Cependant, les simulations réalisées jusqu'à présent prédisaient un disque de l'ordre de dix fois plus petit et cent fois plus massif que ce qui est observé actuellement.

Le télescope spatial Hubble de la Nasa a détecté six nuages ​​distincts dans les images prises le 28 juillet 1997. © Nasa, JPL, STScI

Un nouveau modèle à la rescousse

Une nouvelle étude, réalisée par les astronomes japonais Shigeru Ida, Shoji Ueta, Takanori Sasaki et Yuya Ishizawa et publiée ce lundi 30 mars 2020 dans Nature Astronomy, présente un modèle théorique dans lequel la formation des satellites d'Uranus est régulée par l'évolution du disque produit par l'impact. Le modèle est contraint par la période de rotation de la planète, 17,2 heures, et l'inclinaison de son axe, 98 degrés.

Étant donné que la température de vaporisation de l'eau est relativement faible et que, en raison de leur distance au Soleil, tant Uranus que l'impacteur étaient vraisemblablement constitués essentiellement de glaces, le disque produit par l'impact a certainement été en grande partie vaporisé. Le modèle prédit que le disque a perdu une quantité importante de vapeur d'eau et s'est étendu jusqu'à atteindre les dimensions du système uranien actuel, jusqu'à ce que le disque refroidisse suffisamment pour que la vapeur se condense sous forme de glace et que l'accrétion de particules glacées commence. À partir de la distribution prédite des glaces condensées, une simulation à N corps a permis de reproduire la configuration masse-orbite des satellites d'Uranus.

Ce scénario contraste avec le modèle de l'impact géant supposé être à l'origine de la formation de la Lune. En effet, dans le cas du satellite de la Terre, environ la moitié du disque condensé (solide ou liquide) compact produit par l'impact a immédiatement été incorporée à la Lune lors de l'impact.

Un modèle aussi pour d'autres planètes

Selon les auteurs de l'étude, leur modèle fournit un scénario général pour la formation des satellites de géantes de glaces, scénario qui est complètement différent de ceux pour la formation des satellites des géantes gazeuses ou des planètes telluriques. Notamment, leur modèle pourrait s'appliquer aux régions internes du système neptunien, où les perturbations de Triton (que l'on pense être une planète naine capturée par Neptune) auraient été faibles. Les observations semblent par ailleurs montrer que nombre d'exoplanètes de type superterre seraient constituées de grandes quantités de glace d'eau, donc ce modèle pourrait aussi donner un aperçu des satellites glacés auxquels on pourrait s'attendre autour de ces planètes.

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