Une vue d'artiste d'Hippocampe autour de Neptune. © Nasa, ESA and J. Olmsted (STScI)

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La nouvelle lune de Neptune découverte par Hubble serait un fragment d'une autre lune

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Elle s'appelle désormais Hippocampe et c'est la quatorzième lune découverte autour de Neptune. Comme ce fut le cas pour Styx autour de Pluton, c'est l'astronome états-unien Mark Showalter, du Seti Institute, qui l'a débusquée en 2013, en utilisant les images prises par Hubble. Elle serait le reste d'une collision géante avec Protée, autre lune de Neptune.

Le regretté André Brahic était encore vivant lorsque son collègue l'astronome Mark Showalter, du SETI Institute, a annoncé en 2013 la découverte d'une quatorzième lune autour de Neptune, lune qui avait échappé à André Brahic et ses collègues alors qu'ils étaient occupés à analyser les images de la sonde Voyager 2 aux abords de la géante glacée. L'objet avait été appelé dans un premier temps S/2004 N 1 (traduction de l'abréviation : le premier (1) satellite (S) de Neptune (N) photographié pour la première fois en 2004), puis renommé officiellement cette année « Hippocampe », en référence à l'animal mi-cheval, mi-poisson de la mythologie grecque. 

Le moins que l'on puisse dire est que la découverte d'Hippocampe a tout de suite troublé les mécaniciens célestes et les astronomes comme le prouve cette déclaration de Mark Showalter : « La première chose que nous avons réalisée, c'est qu'on ne devrait pas s'attendre à trouver une lune aussi petite à côté de la plus grande lune intérieure de Neptune ». Hippocampe a un diamètre d'environ 34 km et se trouve à seulement 12.000 km de Protée, le sixième satellite naturel de Neptune, par rayon orbital croissant, et le deuxième, en taille décroissante, à savoir environ 400 km de diamètre. Rappelons que Protée, d'après la mythologie grecque, est un dieu marin, fils de Neptune, qui pouvait changer de forme à volonté.

Une vue d'artiste d'Hippocampe autour de Neptune. © ESA/Hubble, L.Calçada

Tout comme dans le cas de la Lune avec la Terre, les forces de marée avec Neptune font évoluer dans le temps les orbites de ses satellites et Hippocampe se trouve maintenant à un endroit où se trouvait jadis Protée. Surtout, les forces de marée de Protée n'auraient pas dû laisser Hippocampe aussi proche de cette lune. Il aurait été soit éjecté, soit amené à s'écraser sur Protée. Les chercheurs ont une explication plausible à ce sujet qu'ils proposent dans un article publié dans le journal Nature.

Une collision géante avec une comète

Ils font remarquer que Voyager 2 avait découvert un imposant cratère à la surface de Protée, cratère nommé Pharos, en référence à l'île où Protée régnait. Son diamètre est compris entre 230 et 260 km, et sa profondeur est d'environ 10-15 km. Ce que l'on sait de l'histoire tourmentée du Système solaire et l'étude des orbites des lunes de Neptune laissent alors penser qu'Hippocampe est une partie du matériel ré-accrété qui aurait été éjecté de la surface de Protée à l'occasion d'une collision violente avec une comète, et dont Pharos serait peut-être la trace.

Showalter dit d'ailleurs à ce sujet : « En 1989, nous pensions que ce cratère était la fin de l'histoire. Avec Hubble, nous savons maintenant qu'un petit morceau de Protée a été oublié et nous le voyons aujourd'hui sous le nom d'Hippocampe ». Son collègue et co-auteur de l'article publié dans Nature, Jack Lissauer ajoute que : « D'après les estimations des populations de comètes, nous savons que d'autres lunes du système solaire externe ont été touchées par des comètes, brisées et ré-accrétées à plusieurs reprises. Cette paire de satellites fournit une illustration frappante du fait que les lunes sont parfois fragmentées par des comètes ».

Protée lui-même est probablement le produit résiduel de processus similaires qui sont intervenus il y a des milliards d'années, quand Triton, la plus grande lune de Neptune a vraisemblablement été capturée en provenance de la ceinture de Kuiper. Comme un chien dans un jeu de quilles, l'arrivée de Triton aurait conduit à de nombreuses collisions entre les lunes présentes à cette époque. Hippocampe serait alors une lune de troisième génération.

Ce schéma montre les orbites des lunes de Neptune. À l’exception de Triton, découverte en 1846, et d'Hippocampe, débusquée en 2013 avec le télescope Hubble, toutes les autres lunes ont été repérées en 1989 par la sonde Voyager 2 de la Nasa. Contrairement à celle des autres lunes de Neptune, l'orbite de Triton est rétrograde (parcourue dans le sens contraire de la rotation de Neptune). Cela suggère qu'il s'agit d'un objet de la ceinture de Kuiper capturé par la géante, et donc d’une cousine éloignée de Pluton. Les lunes intérieures se sont peut-être formées après la capture de Triton, il y a plusieurs milliards d'années. Les tailles sont en milles et un mille vaut environ 1,6 km. © A. Feild, Space Telescope Science Institute, Nasa, Esa
  • S/2004 N 1, la 14e lune de Neptune vraiment identifiée sur des images de Hubble en 2013, a été renommé officiellement, en 2019, « Hippocampe », en référence à l’animal mi-cheval, mi-poisson de la mythologie grecque.
  • Avec environ 34 km de diamètre, elle est anormalement proche de Protée, une grande lune de Neptune.
  • L'explication avancée est qu'Hippocampe serait une partie de la matière éjectée de Protée, il y a des milliards d'années, par une collision avec une comète qui aurait créé le cratère géant nommé Pharos.
Pour en savoir plus

Hubble a découvert une nouvelle lune de Neptune

Article de Laurent Sacco publié le 16/07/2013

Elle s'appelle pour le moment S/2004 N 1 et c'est la quatorzième lune découverte autour de Neptune. Comme ce fut le cas pour Styx autour de Pluton, c'est l'astronome américain Mark Showalter du Seti Institute qui l'a débusquée en utilisant les images prises par Hubble.

Ceux qui connaissent l'astronome Mark Showalter ne sont probablement pas surpris par sa découverte d'une nouvelle lune autour de Neptune. Il faut dire que ce membre du Seti Institute n'en est pas à son coup d'essai, puisqu'il affiche déjà un joli tableau de chasse concernant les satellites des planètes. On lui doit, entre autres, la découverte de Pan dans les anneaux de Saturne et surtout de Styx, la lune de Pluton.

Showalter est fasciné par les anneaux planétaires et il s'était donné pour mission d'étudier ceux de Neptune, découverts par André Brahic. Cela vient donc de le conduire à la découverte de S/2004 N 1, la quatorzième lune de Neptune. Le nom de ce petit corps céleste devrait rapidement changer et, en toute logique, on devrait lui attribuer celui d'une divinité mineure des eaux de la mythologie grecque, comme ce fut le cas pour Triton et Néréide (pour ne citer qu'eux).

Cette image composite montre l’emplacement d'Hippocampe, anciennement S / 2004 N 1, en orbite autour de la planète géante Neptune, située à environ 4,8 milliards de kilomètres de la Terre. La lune ne mesure que 34 kilomètres de diamètre et est faiblement lumineuse. Elle a donc été manquée par les caméras de la sonde Voyager 2 de la NASA lorsque la sonde a volé près de Neptune en 1989. Plusieurs autres lunes découvertes par Voyager apparaissent dans cette image de 2009, accompagnées d'une structure circumplanétaire. connu sous le nom d'arcs en anneau .Mark Showalter de l'institut SETI a découvert Hippocampe en juillet 2013 en analysant plus de 150 images d'archives de Neptune prises par Hubble de 2004 à 2009. L'image en noir et blanc a été prise en 2009 avec la caméra à large champ 3 de Hubble en lumière visible. Hubble a pris celle de Neptune en couleur le 19 août 2009. © NASA, ESA et M. Showalter (Institut SETI).

La lune S/2004 N 1 est un petit corps céleste de 20 km de diamètre environ, qui boucle son orbite autour de Neptune en 23 h environ. Il semble qu'elle soit aussi noire que de l'asphalte, selon Showalter. Il n'est donc guère étonnant qu'elle soit restée inconnue jusqu'à présent, malgré le passage de Voyager 2 aux abords du  système des lunes de Neptune en 1989. Comme il l'expose sur son blog, Showalter cherchait avant tout à étudier les arcs des anneaux de Neptune, ce qui se révèle particulièrement délicat. En effet, à l'instar de S/2004 N 1, ils se déplacent très vite autour de la géante gazeuse et il n'est donc pas facile de les photographier en surimposant plusieurs images afin de collecter suffisamment de photons. Showalter avait donc mis au point une technique de traitement de l'image inspirée de celle utilisée depuis Eadweard James Muybridge pour photographier des animaux ou des sportifs en mouvement et obtenir des clichés nets.

150 images de Neptune prises par Hubble et traitées à l'ordinateur

Rapidement, l'astronome s'est dit qu'il pouvait utiliser ce programme pour traquer aussi de nouvelles lunes très peu brillantes et en mouvement rapide autour de Neptune. En traitant 150 images prises par le télescope Hubble entre 2004 et 2009, avec cette méthode, il a pu débusquer la présence de S/2004 N 1, malgré ses mouvements et sa faible luminosité. Finalement, le traitement de l'image compense les mouvements de S/2004 N 1, des autres lunes de Neptune et des arcs. On obtient alors une photographie sans le flou qui serait naturellement associé aux clichés classiques pris avec un appareil photo.

Le corps céleste S/2004 N 1 est alors apparu comme un petit point peu brillant, venant s'ajouter à ceux qui le sont beaucoup plus et qui sont associés à des lunes comme Thalassa et Larissa. Une quatorzième lune de Neptune venait d'être découverte.

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