L'exploration du Système solaire par les sondes Voyager a montré que celui-ci était plus divers qu'on ne l'imaginait, stimulant les planétologues et les cosmogonistes construisant des modèles de la formation des corps célestes qu'il contient. L'un des buts de Voyager 2Voyager 2 lors de sa visite d’Uranus était de collecter des nouvelles données pour essayer de comprendre l'origine de l'étrange inclinaison de l'axe de rotation de la planète, qui est presque parallèle avec son plan orbital autour du Soleil, alors que les autres planètes ont des axes plutôt perpendiculaires.

Voyager 2 a ainsi découvert que la géante de glace possédait un champ magnétique mais que celui-ci, s'il correspondait bien en première approximation à celui d'une barre aimantée comme dans le cas de la Terre ou à JupiterJupiter et SaturneSaturne, contrairement à ces planètes avait mais un axe qui n'est pas presque parallèle à l'axe de rotation d'UranusUranus (il est incliné de 60 ° environ).  Ce qui laisse un peu perplexe pour expliquer son origine à partir de la théorie de la géodynamo qui relie fortement l'orientation des deux axes.

Uranus a une autre caractéristique anormale, elle est plus froide que ce à quoi on pouvait s'attendre selon les modèles décrivant la planète et sa naissance. Or, une équipe internationale d'astrophysiciensastrophysiciens menée par des chercheurs de l'université de Durham (Royaume-Uni) vient de publier dans The Astrophysical Journal un article également en accès libre sur arXiv qui propose une solution à ces énigmes. Il aurait certainement retenu l'attention d'André Brahic, s'il était encore parmi nous.

Les astrophysiciens ont mobilisé les ressources d'un supercalculateursupercalculateur pour examiner à nouveau une hypothèse avancée depuis un certain temps déjà, et explorée par des spécialistes des simulations de la formation des planètes du Système solaire, comme Alessandro Morbidelli, l'astronomeastronome et planétologue italien, particulièrement connu pour son travail à l'observatoire de la Côte d'Azur à Nice (voir le précédent article de Futura sur le même sujet, ci-dessous).

Une collision entre Uranus et une petite superterre ?

Pour expliquer la curieuse inclinaison de l'axe d'Uranus, on a tout naturellement proposé qu'elle résulte de l'impact d'un corps céleste de taille relativement importante avec la géante. Rappelons que contrairement à ce que l'on laisse souvent entendre, Uranus, comme NeptuneNeptune, n'est pas une géante gazeuse comme Jupiter ou Saturne. Elle doit posséder un noyau rocheux conséquent enrobé par un important manteaumanteau de glaces (pas seulement d'eau), lui-même surmonté par une atmosphèreatmosphère épaisse mais moins que son manteau.

L'hypothèse n'est pas sans poser quelques problèmes avec les caractéristiques des satellites d'Uranus, mais des solutions ont déjà été proposées notamment par Alessandro Morbidelli et ses collègues.

Toujours est-il qu'aujourd'hui les astronomes avancent que leurs simulations conduisent à la conclusion que l'inclinaison de l'axe d'Uranus s'explique bien si la géante glacée a été percutée tangentiellement par un corps d'au moins deux fois la masse de la Terre il y a environ 4 milliards d'années. Ce n'est pas la première fois que l'on postule l'existence de planètes de grandes tailles, aujourd'hui disparues, dans le passé reculé de l'histoire du Système solaire. On soupçonne, par exemple, que le jeune Soleil pourrait avoir avalé plusieurs superterres. Et bien évidemment, une collision entre la Terre et une planète de la taille de Mars, ThéiaThéia, a été proposée, là aussi calculs sur ordinateurordinateur à l'appui, pour rendre compte de l'existence de la LuneLune et de ses caractéristiques.

Les simulations suggèrent que des débris rocheux sont retombés en formant une sorte de coque isolante sur le manteau de glace d'Uranus, ce qui expliquerait pourquoi le flux de chaleurchaleur dégagé par la  planète est plus faible que celui auquel on s'attendait. Des masses rocheuses importantes ayant plongé dans ce manteau, cela pourrait aider à comprendre pourquoi l'axe du champ magnétique n'est pas non plus conforme aux prévisions des planétologues.

Enfin, un mélange de débris rocheux et de glaces éjecté par l'impact aurait servi de matériaumatériau de base pour former par accrétionaccrétion les lunes d’Uranus. Ceci expliquerait pourquoi elles sont différentes de celles de Saturne et Neptune.

Ce nouveau modèle pourrait nous aider aussi à comprendre les exoplanètesexoplanètes qui ressemblent à Uranus et que l'on observe dans la Voie lactéeVoie lactée.

Uranus aurait basculé en plusieurs fois

Article de Jean-Baptiste FeldmannJean-Baptiste Feldmann publié le 24/10/2011

Plus de 1.500 scientifiques se sont retrouvés début octobre pour un congrès européen de planétologie faisant le point sur les connaissances actuelles dans ce domaine. Une équipe internationale a présenté une nouvelle hypothèse pour expliquer le basculement d'Uranus.

• Découvrez la planète Uranus en image

Du 2 au 7 octobre la ville de Nantes accueillait l'European Planetary Science Congress and Division for Planetary Sciences (EPSC-DPS). Cinq jours d'échanges entre planétologues et de conférences pour présenter les derniers résultats concernant l'étude de notre Système solaire. Sous la direction d'Alessandro Morbidelli (observatoire de la Côte d'Azur), un groupe de chercheurs a présenté les résultats de nouvelles simulations pour expliquer le basculement d'Uranus.

On sait que la septième planète du Système solaire découverte par l'astronome William HerschelWilliam Herschel en mars 1781 se différencie des autres par son axe de rotation qui se situe pratiquement dans son plan de révolution autour du Soleil, en faisant une planète penchée. Alors que l'angle d'inclinaison de cet axe est de 3 degrés pour Jupiter, 23 degrés pour la Terre, 29 degrés pour Saturne et Neptune, il atteint 98 degrés pour Uranus. On a d'abord tenté de répondre à cette anomalieanomalie en invoquant une collision avec une protoplanète au début de la formation du Système solaire, une théorie qui s'accordait mal avec la présence actuelle de satellites dans le plan équatorial de la planète (si la planète avait basculé brutalement, les satellites n'auraient pas suivi).

William Herschel (1738-1822) est sans doute le plus célèbre astronome du 18e siècle. On lui doit notamment la découverte d'Uranus. © Royal Astronomical Society

Au moins deux chocs

Il y a un an des astronomes de l'observatoire de Paris avaient proposé un autre scénario. Selon eux, la présence d'un nouveau satellite à proximité d'Uranus aurait pu provoquer l'entrée en résonancerésonance spinspin-orbiteorbite de la planète qui se serait alors mise à basculer lentement avec ses satellites. Après avoir réalisé de multiples simulations, l'équipe d'A. Morbidelli est parvenue à la conclusion que l'ancienne théorie de l'impact pouvait expliquer la position actuelle des satellites à condition que cette collision se soit produite à une époque où la planète était encore entourée d'un disque de débris (qui formeraient plus tard les anneaux et les satellites).

Après l'impact ce disque se serait reformé comme un beignet autour de l'équateuréquateur de la planète inclinée, ce qui aurait donné naissance ultérieurement aux satellites circulant sur des orbites elles aussi inclinées. Seul bémol : dans ce scénario les simulations indiquent que les satellites devraient avoir des mouvementsmouvements rétrogrades ! L'équipe d'A. Morbidelli a donc repris ses calculs pour les affiner. Pour expliquer le mouvement des satellites tels que nous les connaissons, les planétologues sont arrivés à la conclusion qu'il fallait envisager non pas un mais au moins deux impacts plus petits.

Selon A. Morbidelli, « la théorie classique expliquant la formation des planètes suppose une accrétion de petits corps dans le disque protoplanétairedisque protoplanétaire sans qu'intervienne la moindre collision. Si Uranus a été victime d'impacts significatifs à au moins deux reprises cela veut dire qu'il nous faut revoir cette théorie ». Et l'on peut imaginer que si de tels impacts ont concerné Uranus, ils pourraient aussi expliquer l'inclinaison assez prononcée des axes de rotation de Saturne et Neptune...