Lorsque Voyager 2 a atteint Neptune en 1989, à peine 12 ans après avoir entrepris son voyage historique à travers le système solaire, il a découvert six nouvelles lunes, pris les premières images des anneaux de la planète et noté une tempête particulièrement violente.

Le la tempête était une sorte de surprise. Dans l’hémisphère sud, il y avait un vent tourbillonnant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre pouvant atteindre 1 500 mph (2 414 km / h) – le plus fort jamais enregistré. Les astronomes l’appelaient la grande tache sombre, et même si elle avait disparu au moment où le télescope spatial Hubble a regardé la planète cinq ans plus tard, ils voulaient savoir pourquoi les vents étaient si extrêmes.

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Ils étaient également perplexes face à un autre problème: Voyager 2 a révélé que Neptune est plus chaud qu’Uranus, bien qu’il soit plus éloigné du soleil. Comme l’a expliqué le physicien Brian Cox dans son documentaire de la BBC, The Planets: «La source de cette chaleur supplémentaire reste un mystère. Mais cela signifie-t-il que nous avons un double casse-tête entre nos mains, et un mystère peut-il aider à expliquer l’autre d’une manière ou d’une autre?

Avant de commencer à aborder les deux problèmes à résoudre, nous devons d’abord examiner ce que l’on entend réellement par «plus chaud». Puisque Neptune est une géante gazeuse, nous ne pouvons pas tester la température moyenne mondiale au niveau du sol comme nous le pourrions sur la surface solide de la Terre. Au lieu de cela, avec le noyau de Neptune susceptible d’être petit, les mesures de température doivent être prises à une altitude . Le problème est, lequel?

Le problème de la température

« Nous ne pouvons mesurer les températures que dans les couches les plus externes », a déclaré Michael Wong, spécialiste des planètes à l’Université de Californie à Berkeley, par courrier électronique. Ce faisant, nous constatons que Neptune n’est pas réellement plus chaud qu’Uranus en termes réels – ils sont essentiellement à la même température. Mais comme Neptune reçoit moins d’illumination solaire parce qu’il est plus éloigné du soleil, cela ne devrait pas être le cas.

Ce que cette similitude de température suggère, c’est que Neptune est plus chaud en termes de chaleur qu’il émet par rapport à la quantité de chaleur absorbée par le soleil. Les mesures de « Voyager » montrent que Neptune émet plus de deux fois plus de chaleur qu’elle n’en absorbe du soleil, alors qu’Uranus ne le fait pas « , a déclaré Anthony Del Genio de l’Institut Goddard pour les études spatiales (GISS) de la NASA à All About Space. Et c’est là que les choses deviennent plutôt intrigantes.

C’est parce que Neptune n’est pas inhabituel dans ce cas. « Jupiter et Saturne émettent également presque deux fois plus de chaleur qu’ils absorbent, mais Uranus ne le fait pas », a déclaré Del Genio. « Uranus est le bizarre. »

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« La progression de la température à mesure que vous vous éloignez du soleil montre que Jupiter est la plus chaude des géantes gazeuses, Saturne ensuite, puis Neptune. Uranus est celui qui n’est pas à sa place », a déclaré Del Genio. « Pourtant, ce résultat inhabituel est associé au fait qu’Uranus ne dispose pas d’une source de chaleur interne significative. » Neptune trouve un moyen de se réchauffer au niveau d’Uranus, alors que ce dernier est incapable de générer une chaleur supplémentaire autre que celle glanée au soleil.

Mais qu’est-ce qu’une source de chaleur interne? En termes simples, c’est la chaleur qui reste depuis la naissance du système solaire lorsque ces planètes se sont formées. La chaleur se contracte hors de la nébuleuse solaire primitive – un effet connu sous le nom de contraction Kelvin-Helmholtz.

« La source de chaleur supplémentaire sur Neptune est en grande partie due à la contraction gravitationnelle », a déclaré Joshua Tollefson, également de l’Université de Californie, Berkeley. « Alors que la planète se contracte lentement gravitationnellement, le matériau qui tombe vers l’intérieur transforme son énergie potentielle en énergie thermique, qui est ensuite libérée vers le haut hors de la planète. »

Pourtant, il n’y a aucune raison claire pour laquelle Uranus n’a pas beaucoup d’une source de chaleur interne – ou aucune. « Quelque chose a dû retarder ce processus sur Uranus – peut-être en raison d’une collision dans ses débuts qui a renversé la planète sur le côté », a déclaré Tollefson. «La question devient, pourquoi Neptune a-t-il une source de chaleur interne mais Uranus n’en a pas? »

Planètes gelées qui adorent roter

Il est possible que la chaleur ne soit pas libérée de l’intérieur de manière régulière «Nous voyons peut-être Uranus dans une période de repos, alors que Neptune a roté plus récemment», a déclaré Tollefson. «Les rots sont des convections, qui peuvent se produire par épisodes discrets séparés par de longues périodes de temps, mais nous ne saurons peut-être pas si cela fonctionne de cette façon à moins que nous ne voyions un de ces épisodes convectifs se produire. « 

Cela pourrait aussi être un problème entre Uranus étant un ancien et Neptune un jeune chiot. « La quantité de chaleur émise par une planète dépend principalement de son âge et de la vitesse à laquelle elle libère cette chaleur », a déclaré Amy Simon, scientifique senior de la NASA pour la recherche sur l’atmosphère planétaire au centre de vol spatial Goddard de la NASA. « Une planète plus ancienne le ferait. être plus froid. La rapidité avec laquelle ils se libèrent dépend de la structure et de la composition intérieures, des couches de nuages, de la convection, etc., et cela peut être assez compliqué. « 

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 » Sur le géantes gazeuses il peut y avoir des quantités importantes de pluie d’hélium, modifiant la quantité de chaleur dégagée. Pour Uranus et Neptune, il est possible qu’ils aient des âges différents ou, plus vraisemblablement, l’événement qui a renversé Uranus sur le côté a peut-être brouillé sa structure intérieure et / ou dégagé de la chaleur plus rapidement « , a déclaré Simon.

Donc Qu’en est-il de ces vents? Ils sont indéniablement féroces, et cela peut avoir quelque chose à voir avec la température.

« Nous » avons spéculé pendant longtemps que la froideur de Neptune et d’Uranus pourrait conduire à des conditions presque sans friction et ainsi permettre des vents plus rapides « , a déclaré Heidi Hammel, une astronome planétaire qui a étudié les deux planètes de manière approfondie et qui faisait partie de l’équipe d’imagerie de Neptune depuis Voyager 2.

Par cela, elle signifie qu’il n’y a pas de montagnes, des collines ou d’autres formes à travers le paysage neptunien ralentissant les vents. Mais y a-t-il une relation entre les tempêtes et la source de chaleur interne? « Probablement », a déclaré Hammel, « mais il y a aussi un équilibre délicat entre la chaleur interne et la lumière du soleil entrante. »

Il est difficile de quantifier ces effets en raison des longues échelles de temps impliquées. «Une année sur Neptune, c’est 165 années terrestres, nous n’avons donc pas eu la chance d’étudier la planète avec des outils modernes pendant une grande partie de son cycle saisonnier», a déclaré Hammel. « Vous avez besoin de beaucoup de patience – et de confiance dans les générations passées et futures de scientifiques planétaires – pour étudier les atmosphères des planètes extérieures. »

« Je suppose que la théorie était censée être la plus grande quantité d’énergie solaire , plus il y a d’énergie éolienne, mais sur Terre, nous savons depuis longtemps que la quantité d’énergie reçue par le soleil et convertie en énergie cinétique dans l’atmosphère – c’est-à-dire le vent – est une infime fraction », a déclaré Del Genio.

La Terre est un moteur thermique très inefficace, et il ne vous en donne pas beaucoup pour votre argent. L’une des raisons est qu’elle a une surface solide qui dissipe l’énergie éolienne par friction, alors que les géantes gazeuses ne le font pas. , c’est donc une des raisons pour lesquelles toutes les planètes géantes ont des vents beaucoup plus forts que la Terre.

Pourquoi les vents de Neptune s o fort?

« Les vents sont probablement générés plus profondément que la lumière du soleil ne peut pénétrer, donc une combinaison de chaleur interne et de rotation les produit probablement », a déclaré Simon, soulevant la question de savoir pourquoi les vents d’Uranus et de Neptune ne le font pas. t correspondent, étant donné qu’ils ont des taux de rotation similaires. « Cela nous dit que quelque chose est différent entre eux: une chaleur partiellement interne ou autre chose », a déclaré Simon.

Les vents d’Uranus peuvent souffler jusqu’à 560 mph et Neptune « s 1,500 mph. « Ils » sont tous les deux extrêmement rapides et atteignent des sommets à des vitesses plus rapides que Jupiter « , a déclaré Tollefson. La NASA dit que la grande tache rouge de Jupiter peut souffler à 384 mph. Mais il dit aussi que la chaleur interne ne peut à elle seule expliquer les vitesses, étant donné qu’Uranus ne génère pas de chaleur supplémentaire.

La structure intérieure des planètes – leurs masses, leurs tailles de noyau et leurs profils de densité radiale – est extrêmement importante pour comprendre le vents comme nous les voyons. Comment les vents se forment et à quelle profondeur ils vont sont des questions auxquelles Jupiter et Saturne répondent actuellement grâce aux vaisseaux spatiaux Juno et Cassini de la NASA. Ceci est dû aux très bonnes données gravitationnelles qu’ils ont obtenues, ce qui signifie que de bons modèles pour la structure intérieure peuvent être faits.

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Des simulations informatiques suggèrent que les vents des géants de glace sont confinés à de faibles profondeurs dans les couches supérieures de leur atmosphère. Cela peut suggérer que les vents rapides que nous voyons sur Uranus et Neptune sont au moins en partie dus à la dégagement de chaleur latente de condensation pour des matériaux comme l’eau.

Del Genio remet également en question les données disponibles.Il explique que lorsque nous mesurons les vents sur Neptune, nous regardons une altitude spécifique. « Les vents à d’autres altitudes peuvent être plus lents ou plus rapides », a déclaré Del Genio. « Nous ne le savons pas car nous n’avons jamais laissé tomber de sondes dans les atmosphères de la plupart des planètes extérieures. »

Ce que Neptune et Uranus montrent, c’est que les planètes qui se forment dans des conditions similaires peuvent fournir deux extrêmes. Simon dit cela nous aide à contraindre les modèles de la façon dont ces planètes se forment et à donner des indices sur la formation globale du système solaire. « Ils devraient également nous aider à mieux comprendre la circulation profonde, étant donné qu’ils sont si loin du soleil. »

« Cela ajoute à nos connaissances de la physique et de la chimie dans les atmosphères planétaires et nous aide à comprendre notre propre Terre. guère mieux, puisque la physique et la chimie fonctionnent de la même manière que ce soit ici sur Terre ou sur Neptune lointain », a déclaré Hammel.