Alors que Voyager 2 approchait de Neptune, la résolution d’image en augmentation rapide révélait de nouveaux détails saisissants (image acquise le 14 août 1989). © Nasa, JPL

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Neptune : Hubble révèle la curieuse « danse d'évitement » de deux lunes

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Naïade et Thalassa sont deux lunes découvertes en 1989 lors de la mission Voyager. Les observations de Hubble montrent maintenant qu'elles effectuent un ballet étonnant, s'évitant l'une l'autre en quelque sorte, en étant sur des orbites stabilisées par des effets de résonance gravitationnelle.

En 1989, la sonde Voyager 2 avait permis d'observer plusieurs des lunes de Neptune déjà connues de l'Humanité, ainsi que les arcs de matière confinée gravitationnellement de la géante, les fameux anneaux de Neptune codécouverts en 1984 sur Terre par André Brahic à l'occasion d'une occultation d'étoile. Ce fut aussi l'occasion de découvrir d'autres lunes de Neptune, en particulier Naïade (Naiad en anglais). On ne l'avait pas détecté auparavant car ce petit corps céleste d'environ 100 kilomètres de diamètre est si peu brillant, qu'il était jusqu'ici resté noyé dans la lumière de Neptune pour les télescopes terrestres.

Cette image a été obtenue en combinant des observations faites par le télescope Hubble. On a représenté les orbites de plusieurs des lunes de Neptune comme Protée (Proteus), Galathée (Galatea) et Thalassa. La saga des lunes de Neptune a commencé avec la découverte de Triton par William Lassell, le 10 octobre 1846, seulement 17 jours après la première observation de Neptune. La seconde lune découverte fut Néréide, en 1949, grâce à l’astronome néerlandais Gerard Kuiper. L'analyse des photographies transmises par Voyager 2 en 1989 permit de découvrir cinq nouveaux satellites : Naïade, Thalassa, Despina, Galatée et Protée. © Mark Showalter, Seti Institute

L'exploration du monde des lunes de Neptune s'est poursuivie, notamment avec le télescope Hubble dont les observations jointes à celles de la sonde Voyager 2 ont conduit les mécaniciens célestes à découvrir un comportement fascinant des orbites des lunes Naïade et Thalassa.

Des orbites stabilisées par des effets de résonance gravitationnelle

Comme les chercheurs l'expliquent dans un article publié dans le célèbre journal Icarus et en accès libre sur arXiv, on est en présence d'un nouvel avatar du phénomène de résonance gravitationnelle en mécanique céleste. Nous en connaissons d'autres qui sont à l'origine, par exemple, des fameuses lacunes de Kirkwood dans la ceinture d'astéroïdes ou encore de la non moins célèbre résonance de Laplace avec les lunes de Jupiter, Ganymède, Europe et Io.

Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Jet Propulsion Laboratory

Les demi-grands axes des ellipses pour les orbites de Naïade et Thalassa sont respectivement de 48.227 et 50.075 kilomètres. On pourrait naïvement penser que ces orbites ne sont pas stables car ces deux lunes doivent sentir des forces d'attraction gravitationnelle mutuelles qui ne sont pas négligeables. Et pourtant, elles ne passent jamais à moins d'environ 3.540 kilomètres l'une de l'autre en effectuant une chorégraphie remarquable (voir la vidéo ci-dessus) dont on comprend maintenant qu'elle est juste ce qu'il faut pour que les orbites des deux corps célestes se maintiennent sur une longue durée, chacune de ces lunes effectuant une révolution complète autour de Neptune en environ sept heures terrestres.

Dans le référentiel associé au plan orbital de Thalassa, Naïade effectue des oscillations de part et d'autre de cette orbite. Les effets des forces de gravité en présence issues des divers corps célestes du système de Neptune sont analogues aux impulsions données à une bonne fréquence et qui maintiennent une balançoire en mouvement. Au final, les orbites de Thalassa et Naïade sont donc dans un ballet stable.

En bonus de cette découverte, les caractéristiques des mouvements orbitaux de ces lunes permettent de remonter à leurs masses et donc leurs densités connaissant leur forme et taille (oblongue et d'environ 100 kilomètres). Thalassa et Naïade semblent constituées essentiellement de glace.

  • Pendant longtemps, seules deux lunes de Neptune étaient connues mais la mission Voyager 2 puis la mise en service de puissants télescopes comme Hubble ont permis de faire grimper ce nombre.
  • La mission Voyager 2 en particulier a permis de découvrir cinq nouveaux satellites : Naïade, Thalassa, Despina, Galatée et Protée.
  • Les lunes Naïade et Thalassa se sont révélées avoir des orbites particulières, stabilisées par des effets de résonance gravitationnelle qui conduisent Naïade à osciller spectaculairement autour du plan orbital de Thalassa.
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