La Lyre du Québec, la science cosmique de l'âme - 08.[169] Neptune, la dernière grande planète

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08.[169] Neptune, la dernière grande planète - La découverte des anneaux

La découverte des anneaux

par Richard Doyle

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La découverte des premiers anneaux d’Uranus en 1977 puis ceux autour de Jupiter lors de son survol par la sonde Voyager 1 en 1979, amenèrent les astronomes à penser que l'existence d'anneaux autour des géantes gazeuses pouvait être l’une de leurs caractéristiques communes. La recherche des anneaux de Neptune était donc amorcée.

À cette époque, la seule technique permettant de révéler la présence d’anneaux était d’observer à partir de la Terre l’occultation d’une étoile par la sphère planétaire ^[1]. Mais dans le cas de Neptune, à cause de sa très lente progression sur l’écran de la voûte étoilé^[2] , de telles opportunités sont inusuelles.

L’une de ces opportunités se produisit en 1981 alors que Neptune transita une étoile… sans cependant l’éclipser. Durant l’approche de la sphère planétaire, l’étoile fut effectivement occultée durant un bref moment, mais l’occultation ne put être observée symétriquement de l’autre côté de la sphère neptunienne, laissant croire aux astronomes qu’ils venaient de découvrir un nouveau satellite.

Une nouvelle opportunité se produisit le 22 juillet 1984, alors que deux équipes, l’une sous la direction de l’astronome français André Brahic^[3] , utilisant le télescope de 1 mètre de l’ESO (European Southern Observatory) à La Silla au Chili, et l’autre par William Hubbard^[4], utilisant les facilités de l’Observatoire interaméricain du Cerro Toloto, situé également au Chili, 100 kilomètres plus au sud dans la cordillère des Andes, observèrent durant une faible 1,2 seconde un affaiblissement de 35 % de la lumière émise par une étoile lors de son approche par la sphère neptunienne. Cependant, encore une fois, aucune occultation ne fut observée symétriquement de l’autre côté de la sphère. Après analyse des données recueillies par les deux équipes, les astronomes conclurent que la possibilité qu’ils aient découvert encore une fois un autre satellite était peu probable, puisque si l’on tient compte de la distance séparant les deux points d’observations, un satellite n’aurait pu occulter l’étoile avec un aussi faible écart de temps, soit 0,1 seconde, entre les deux points d’observations terrestres. Ils conclurent qu’ils venaient de découvrir la présence d’anneau autour de la géante Neptune d’une largeur variant entre 10 et 100 kilomètres.

^[1] L’occultation offrait également l’opportunité aux scientifiques de mesurer avec précision le diamètre de la sphère planétaire, et par l’enregistrement des variations du spectre lumineux de la lumière émise par cette étoile lorsqu’elle traverse les couches supérieures de l’atmosphère planétaire, les scientifiques pouvaient indirectement déterminer sa température, sa densité et sa composition.

^[2] La période de révolution de Neptune autour du Soleil est de 164 ans 323 jours 21,7 heures.

^[3] Les observations à l’aide de l’ESO furent exécutées par Patrice Bouchet, Jean Manfroid, et Reinhold Haefner sous la conduite d’André Brahic, Bruno Sicardy et Françoise Roques de l'Observatoire de Meudon.

^[4] Les observations à l’aide du CTIO furent exécutées par William Hubbard sous la conduite de Faith Vilas.

Le 20 août 1985, la même équipe d’astronomes sous la direction de André Brahic et Bruno Sicardy observe encore une fois une occultation, mais cette fois-ci à partir de l’observatoire Canada-France-Hawaii. L’occultation fut confirmée par un télescope voisin appartenant à la NASA. Cependant, dans la cordillère des Andes, William Hubbard ne perçut aucune occultation secondaire. Ce qui conduisit les astronomes à conclure que l’anneau de Neptune possédait une structure morcelée, formant ainsi des « arcs de matière » gravitant autour de la planète.

Les anneaux de Neptune
sous l’œil de Voyager II

Le 20 août 1977, la sonde d’exploration spatiale américaine Voyager II quittait la Terre. Après un périple qui l’amena à visiter Jupiter (juillet 1979), Saturne (août 1981), et Uranus (novembre 1985), elle atteignit Neptune en août 1989 pour effectuer son survol le 23 août.

À noter que ce 23 août 1989, Neptune (9°49 Capricorne) était encore une fois en conjonction serré avec Saturne (7°34 Capricorne), le Seigneur des anneaux. Mais également, Uranus, l’autre Seigneur des anneaux, était également du rendez-vous, alors qu’il transitait le 1°25 Capricorne.

L’observation des occultations stellaire par Neptune entre 1981 et 1989 démontra la présence de matériaux autour de Neptune. Afin d’éviter une éventuelle collision entre Voyager II et ces matériaux, le Jet Propulsion Laboratory décida de modifier la trajectoire de la sonde en augmentant légèrement la distance du survol de la planète par la sonde.

Le survol de Voyager II fut le premier, et toujours à ce jour (2009) l’unique survol du système neptunien par une sonde spatiale. C’est ainsi que les images retransmises vers la Terre entre le 11 et le 26 août 1989 ont d’abord permis de confirmer, 5 ans après sa découverte, l’existence non pas d’un seul anneau, mais d’un étrange système comportant 5 anneaux. Deux semaines avant son survol l’œil de Voyager II avait déjà permis d’observer des segments d’anneau, permettant de confirmer la théorie des « arcs ». Cependant, on découvrit que ces arcs sont dans les faits les portions les plus visibles de l’un des anneaux, et que tous les anneaux sont complets.

Cette vue des anneaux de Neptune
est en fait constituée de deux images acquises
par Voyager-2 le 26 août 1989.
Les anneaux sont éclairés par le dessous;
la tache blanche en partie occultée par la bande noire
représente le disque surexposé de Neptune.

Les anneaux reçurent les noms des astronomes liés à la découverte du système neptunien. Celui de Galle rend hommage à l’astronome Johann Gottfried Galle (astéroïde 2097Galle), le découvreur, et donc le premier observateur officiel de Neptune ; celui de Le Verrier, à l’astronome Urbain Le Verrier (astéroïde 1997Leverrier), responsable par ses travaux mathématiques de la découverte de Neptune ; celui de Lassell, à l’astronome Willam Lassell (astéroïde 2636Lassell), découvreur du premier et plus gros satellite neptunien, Triton ; celui d’Arago, à l’astronome François Arago (astéroïde 1005Arago), directeur de l’observatoire de Paris, qui encouragea Le Verrier dans ses travaux de recherche de la position de Neptune; et celui Adams, à l’astronome John Couch Adams (astéroïde 1996Adams), qui tous comme Le Verrier, prédit mathématiquement la position de Neptune.

La structure et la luminosité des anneaux

À ce jour (mars 2009), l’on a dénombré cinq anneaux neptuniens en plus d’une zone encore trop confuse pour être associé officiellement à une structure annulaire.

Nom		Année découverte	Rayon de l'anneau en kilomètre à partir du centre de la planète	Largeur de l'anneau en kilomètre	Désignation temporaire
Galle	Diffus	1989	41900	~ 2000	1989 N3R
Le Verrier	Intérieur	1989	53200	~ 110	1989 N2R
Lassell	Plateau	1989	53200	~ 4000	1989 N4R
Arago	Plateau	1989	57200	< ~ 100	1989 N4R
Non nommé car trop confus			61950
Adams	Principal	1989	62930	~ 50	1989 N1R

Les cinq anneaux sont tous très différents de ceux de Saturne, alors qu’ils sont beaucoup plus minces et très sombres, et donc peu visibles, s’apparentant plus à ceux de Jupiter et d’Uranus. Leurs compositions, leurs épaisseurs ainsi que leurs origines demeurent encore aujourd’hui (juin 2009) un mystère pour les scientifiques. Cependant, on envisage que les anneaux seraient, à l’instar de ceux d’Uranus, formés de fines particules de roches, de glaces et de poussière issues de l’impact des météorites sur les satellites de Neptune. Toutes ces particules diffusent fortement la lumière en contre-jour, les anneaux nous apparaissant alors très brillants.

L’anneau de Galle est celui qui se situe le plus prêt du corps planétaire neptunien. Il est très large, mais également très sombre.

Suit l’anneau Le Verrier et l’anneau Lassell qui nous apparaît comme une extension de l'anneau Le Verrier, mais nettement plus lumineux. La désignation temporaire de l’anneau Lassell était 1989 N4R, tout comme l'anneau suivant, celui Arago, puisqu’en 1989 les deux anneaux ne furent pas différenciés.

On retrouve finalement, bordant l’extérieur du système annulaire, l’anneau Adams qui n’est pas homogène, puisque c’est lui qui possède les cinq « arcs », qui sont en fait des amas de matière plus brillante que le reste de l'anneau. La cause de ce phénomène et sa permanence sont également un mystère, mais les scientifiques pensent que le satellite Galatée, orbitant plus près de Neptune, exercerait périodiquement un effet de marées sur les « arcs lumineux » provoquant un phénomène de résonance mécanique. Cependant, les satellites connus à ce jour (juin 2009) ne suffisent pas pour expliquer cette stabilité, conduisant à rechercher d’autres hypothèses.

Puisque les trois premiers arcs furent découverts l’année du bicentenaire de la Révolution française, ils furent nommés : Liberté, Égalité et Fraternité. Ils s’étendent respectivement en longitude sur 4°, 4° et 10°. Les deux autres furent nommés Égalité 2 et Courage. Une étude publiée en 2005 porte à croire que cet anneau est très instable, en particulier la portion d’arc « Liberté », qui pourrait avoir disparu dans un siècle^[5]. Un autre mystère irrésolu à ce jour (juin 2009) de cet anneau réside dans la présence d’une structure torsadée au sein d’une partie de ces arcs.

^[5]Neptune's rings are fading away, New Scientist n°2 492 (26 mars 2005), p. 21.

Anneau d’Adams;
les arcs Liberté, Égalité et Fraternité
sont visibles de droite à gauche

Anneau torsadé
La matière dans ces anneaux
serait possiblement à l'origine des amas
qui ont formé graduellement des bandes
en orbitent autour de Neptune.