En janvier 1986, la sonde Voyager 2 survolait Uranus en enregistrant au passage son champ magnétique. De nouvelles analyses des données révèlent que la sonde avait traversé une bulle de plasma que l'on appelle un plasmoïde. Ce genre de bulle intervient dans l'érosion des atmosphères planétaires.

Après la découverte des Jupiters chaudesJupiters chaudes dans le monde des exoplanètesexoplanètes, les astronomesastronomes ont découvert également les équivalents, en massemasse et taille, des planètes NeptuneNeptune et UranusUranus. Pour faire progresser la compréhension des données qui afflueront de plus en plus sur ces exoplanètes, il est donc nécessaire de retourner visiter Neptune et Uranus mais plus complètement que ne l'avait fait la mission Voyager 2Voyager 2.

La sonde de la Nasa avait fait une rencontre de quelques heures avec la géante de glace Uranus le 24 janvier 1986 alors qu'elle avait été lancée en 1977. Elle s'en est approchée à environ 81.000 kilomètres, collectant des informations sur le champ magnétiquechamp magnétique et le champ de gravitégravité de la planète, prenant des images de sa surface à -214 °C ainsi que de ses luneslunes et de ses anneaux.

Les données collectées peuvent encore parler et elles font toujours l'objet d'études comme le montre une publication dans Geophysical Research Letters. La physicienne Gina DiBraccio du Goddard Space Flight Center de la NasaNasa explique, avec son collègue Dan Gershman, s'être rendus compte que Voyager 2 était passé à l'intérieur de ce que les planétologues, spécialistes des plasmas dans les magnétosphèresmagnétosphères et ionosphèresionosphères du Système solaireSystème solaire, appellent un plasmoïde (plasmoid en anglais).

 Une planète comme la Terre avec ses lignes de forces magnétiques sous la pression du vent solaire. Les lignes se déforment et des régions contenant du plasma peuvent se former en étant auto-confinées donnant naissance à des plasmoïdes. © DP
Une planète comme la Terre avec ses lignes de forces magnétiques sous la pression du vent solaire. Les lignes se déforment et des régions contenant du plasma peuvent se former en étant auto-confinées donnant naissance à des plasmoïdes. © DP

Des bulles de plasma confinées par un champ magnétique

Cette dénomination a été créée en 1956 par le physicienphysicien Winston Bostick (1916-1991) pour désigner initialement une sorte de tore de plasmaplasma confiné par son champ magnétique, similaire aux anneaux de fumée. Plus généralement aujourd'hui, il désigne aussi des sortes de bulles de plasma également confinées par un champ magnétique et qui peuvent se détacher des queues des magnétosphères comme celle de la TerreTerre.

On sait que ces bulles emportent donc avec elles une partie de l'ionosphère d'une planète, laquelle est remplie de particules issues initialement de son atmosphère. Les plasmoïdes contribuent aux interactions complexes, le vent solairevent solaire et les atmosphèresatmosphères des planètes possédant une magnétosphère, et qui peuvent conduire à l'érosion des atmosphères. Mars a été la victime de processus d’érosion qui l'ont conduit à perdre son atmosphère et l'eau de ses océans.

DiBraccio et Gershman ont fait la découverte de ce plasmoïde dans les données de Voyager 2 parce qu'ils font partie d'un groupe de chercheurs qui travaillent sur une future mission à destination d'Uranus et Neptune. Ils étaient en particulier intéressés par une bizarrerie d'Uranus. Dans le cas de la Terre, son axe de rotation est légèrement incliné par rapport à l'axe de son champ magnétique dipolaire. On le comprend bien du fait que, dans le cadre de la théorie de la géodynamo de la Terre, il y a une connexion entre sa rotation, via la force de Coriolisforce de Coriolis, et la génération de son champ magnétique par des courants turbulents et convectifs dans la part métallique de son noyau liquideliquide.

Uranus détonne à cet égard, tout d'abord parce que, contrairement aux autres planètes du Système solaire, son axe de rotation n'est pas quasi perpendiculaire mais quasi parallèle à son plan orbital mais surtout, ensuite, parce cet axe de rotation est incliné de 60 ° par rapport à son axe magnétique.

 

Données magnétométriques du survol d'Uranus en 1986 par Voyager 2. La ligne rouge montre les données moyennes sur des périodes de 8 minutes, une cadence temporelle utilisée par plusieurs études précédentes de Voyager 2. En noir, les mêmes données sont tracées à une résolution temporelle plus élevée de 1,92 seconde, révélant la signature en zigzag d'un plasmoïde. © Nasa, Dan Gershman
Données magnétométriques du survol d'Uranus en 1986 par Voyager 2. La ligne rouge montre les données moyennes sur des périodes de 8 minutes, une cadence temporelle utilisée par plusieurs études précédentes de Voyager 2. En noir, les mêmes données sont tracées à une résolution temporelle plus élevée de 1,92 seconde, révélant la signature en zigzag d'un plasmoïde. © Nasa, Dan Gershman

Une clé de l'érosion des atmosphères planétaires

Revoir avec un regardregard moderne les données de Voyager 2 concernant le champ magnétique d'Uranus pouvait donc être fructueux et c'est ainsi que les deux chercheurs ont re-dépouillé les données du magnétomètremagnétomètre de la sonde et découvert en zoomant sur les courbes des mesures un pic de champ magnétique durant 60 secondes qui était resté inaperçu de leurs collègues du siècle dernier.

En comparant ces données avec celles des plasmoïdes déjà observés et étudiés dans le cas de Jupiter, SaturneSaturne et MercureMercure, ils ont estimé qu'il avait une forme cylindrique d'au moins 204.000 kilomètres de long et jusqu'à environ 400.000 kilomètres de diamètre. Comme tous les plasmoïdes planétaires (il en existe avec le SoleilSoleil et les comètescomètes), il était plein de particules chargées, principalement de l'hydrogènehydrogène ionisé.

Les données du magnétomètre semblent également indiquer que la structure interne des lignes de champ du plasmoïde est plutôt régulière avec des boucles magnétiques lisses et fermées, exactement ce à quoi on pouvait s'attendre si cet objet était éjecté de la magnétosphère d'une planète par sa force centrifugeforce centrifuge, emportant du même coup une partie de son atmosphère.

Les deux planétologues estiment que des plasmoïdes comme celui-là pourraient représenter entre 15 et 55 % de la perte de masse atmosphérique d'Uranus. Mais pas d'inquiétude, comme dans le cas de la Terre, il y a des réserves pour très longtemps.


Une présentation d'Uranus et de ses nombreuses singularités. 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 ». © National Geographic