- Neptune (planète)
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Neptune
Neptune vue par la sonde Voyager 2 en 1989.Caractéristiques orbitales Demi-grand axe 4 503 443 661 km
(30,10366151 UA)Aphélie 4 553 946 490 km
(30,44125206 UA)Périhélie 4 452 940 833 km
(29,76607095 UA)Circonférence orbitale 28,142×109 km Excentricité 0,00858587 Période de révolution 60 224,9036 d
(164 a 323 d 21,7 h)Période synodique 367,4857 d Vitesse orbitale moyenne 5,4317 km/s Vitesse orbitale maximale 5,479 km/s Vitesse orbitale minimale 5,385 km/s Inclinaison sur l’écliptique 1,76917° Nœud ascendant 131,72169° Argument du périhélie 273,24966° Satellites connus 13, notamment Triton. Anneaux connus 5 principaux. Caractéristiques physiques Rayon équatorial 24 764 ± 15 km
(3,883 Terres)Rayon polaire 24 341 ± 30 km
(3,829 Terres)Rayon moyen
volumétrique24 622 km
(3,865 Terres)Aplatissement 0,0171 Périmètre équatorial 155 597 km Superficie 7,6408×109 km2
(14,98 Terres)Volume 62,526×1012 km3
(57,74 Terres)Masse 102,43×1024 kg
(17,147 Terres)Masse volumique globale 1 638 kg/m3 Gravité de surface 11,15 m/s2
(1,14 g)Vitesse de libération 23,5 km/s Période de rotation
(jour sidéral)0,67125 d
(16 h 6,6 min)Vitesse de rotation
(à l’équateur)9 660 km/h Inclinaison de l’axe 29,58° Albédo géométrique visuel 0,41 Albédo de Bond 0,29 Irradiance solaire 1,51 W/m2
(0,001 Terre)Température d’équilibre
du corps noir46,6 K (-226,4 °C) Température de surface : Température à 10 kPa : 55 K (-218 °C) Température à 100 kPa : 72 K (-201 °C) Caractéristiques de l’atmosphère Masse volumique
à 100 kPa0,45 kg/m3 Hauteur d’échelle 19,1 à 20,3 km Masse molaire moyenne 2,53 à 2,69 g/mol Dihydrogène H2 80 ± 3,2 % Hélium He 19 ± 3,2 % Méthane CH4 1,5 ± 0,5 % Deutérure d'hydrogène HD 190 ppm Ammoniac NH3 100 ppm Éthane C2H6 2,5 ppm Acétylène C2H2 100 ppb Histoire Découverte par Johann Gottfried Galle sur les indications d'Urbain Le Verrier. Découverte le 23 septembre 1846 Neptune est la huitième et dernière planète du système solaire par distance croissante au Soleil[1].
Neptune orbite autour du Soleil à une distance d'environ 30 UA avec une excentricité orbitale moitié moindre que celle de la Terre en bouclant une révolution complète en 164,79 ans. C'est la troisième planète du Système solaire par masse décroissante — elle est 17 fois plus massive que la Terre et 19 fois moins massive que Jupiter — et la quatrième par taille décroissante ; Neptune est en effet à la fois un peu plus massive et un peu plus petite qu'Uranus.
Neptune et Uranus ont une composition similaire, et légèrement différente de celle des deux autres planètes géantes gazeuses, Jupiter et Saturne. Comme ces dernières, l'atmosphère de Neptune est principalement constituée d'hydrogène et d'hélium avec des traces d'hydrocarbures et peut-être d'azote, mais contiendrait davantage de « glaces » (au sens astrophysique), c'est-à-dire de composés volatils tels que l'eau, l'ammoniac et le méthane. Ce dernier est d'ailleurs partiellement responsable de la teinte bleue de l'atmosphère de Neptune, bien que l'origine de ce bleu très soutenu — plus soutenu que celui produit par le seul méthane — soit en fait inconnue.
Cette atmosphère présente des formations météorologiques bien visibles, contrairement à celle, uniforme, d'Uranus, avec notamment une Grande tache sombre observée en été 1989 par Voyager 2 dont la nature semble similaire à celle de la Grande tache rouge de Jupiter — à la différence près que celle de Neptune a disparu depuis — et des vents dont la vitesse a été estimée à 2 100 km/h — de loin les vents les plus rapides du Système solaire. La température mesurée dans les couches supérieures de l'atmosphère est de l'ordre de 55 K (-218 °C), moyenne la plus basse mesurée sur une planète du système solaire, après Uranus .
Contrairement aux sept autres planètes, Neptune n'est jamais visible à l'œil nu : sa magnitude apparente de 8,0 en fait un astre environ quatre fois moins brillant que les plus pâles étoiles visibles à l'œil nu, dont la magnitude apparente ne dépasse pas 6,5. Elle n'apparaît comme un disque bleu-vert qu'à travers un télescope. Planète la plus éloignée de la Terre, Neptune n'a été visitée que par une seule sonde spatiale, Voyager 2, qui est passée près de la planète le 25 août 1989 et a permis à la fois de découvrir cinq de ses treize satellites actuellement connus, d'explorer partiellement le principal d'entre eux (Triton) et de confirmer l'existence d'au moins six anneaux ténus et très sombres, dont le plus externe comporte cinq arcs concentrés sur 52° de circonférence. L'essentiel de nos connaissances sur Neptune provient de cette unique rencontre.
Neptune est la seule des huit planètes connues à avoir été découverte par le calcul mathématique plutôt que par l'observation empirique. L'astronome français Alexis Bouvard avait noté des perturbations inexpliquées sur l'orbite d'Uranus et conjecturé au début du XIXe siècle qu'une huitième planète, plus lointaine, pouvait en être la cause. Les astronomes britannique John Couch Adams en 1843 et français Urbain Le Verrier en 1846 calculèrent chacun de leur côté et par des méthodes différentes la position prévisible de cette hypothétique planète, qui fut observée le 23 septembre 1846 par l'astronome allemand Johann Gottfried Galle à 1° de la position alors calculée par Le Verrier, et à 12° de celle calculée par Adams.
Le nom de cette huitième planète vient de Neptune le dieu des océans dans la mythologie romaine. Son symbole astronomique est une version stylisée du trident du dieu Neptune, tandis que son symbole alternatif représente les initiales de Le Verrier.
Sommaire
Caractéristiques physiques
Composition interne
La composition interne de Neptune serait similaire à celle d'Uranus. Elle possède très probablement un noyau solide de silicates et de fer d'à peu près la masse de la Terre. Au-dessus de ce noyau, là encore à l'instar d'Uranus, Neptune présenterait une composition assez uniforme (roches en fusion, glaces, 15 % d'hydrogène et un peu d'hélium) et non pas une structure « en couches » comme Jupiter et Saturne.
Cependant, plusieurs modèles actuels de la structure d'Uranus et Neptune proposent l'existence de 3 couches : un cœur de type tellurique, une couche moyenne, de glacée à fluide, formée d'eau, méthane et ammoniac, et une atmosphère hydrogène-hélium dans les proportions solaires.
La pression maximum de la couche médiane est estimée à 600 GPa (6 millions d'atmosphères) et sa température maximum à 7000 K, si bien que les études théoriques et les expériences réalisées par compression laser sur ses molécules ont conduit en 1981 Marvin Ross[2] (University of California, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550, USA) à poser qu'elle soit totalement ionisée et que le méthane y soit pyrolysé en carbone sous forme de métal ou de diamant. Le méthane se décompose en carbone et en hydrocarbures. La précipitation du carbone libère de la chaleur (énergie potentielle gravitationnelle convertie en chaleur) qui entraîne des courants de convection qui libèrent les hydrocarbures dans l'atmosphère. Ce modèle expliquerait la présence d'hydrocarbures divers dans l'atmosphère de cette planète. Sous l'action de la pression, le carbone adopte un état plus stable, le diamant solide qui flotte sur un océan de carbone métallique liquide.
Aujourd’hui, un groupe de chercheurs du laboratoire national de Lawrence Livermore a publié dans Nature les résultats d’études portant sur le point de fusion du carbone diamant à hautes pressions : partis de 40 millions d’atmosphère, ces chercheurs conservent du liquide à 11 millions d’atmosphères et 50 000 K, ont observé des fragments de diamant solide se former et flotter à la surface du liquide.
Neptune et Uranus étant composées d’environ 10% de carbone et des conditions similaires aux précédentes pouvant exister à grandes profondeurs dans ces planètes, il pourrait donc s'y trouver des icebergs en diamant flottant sur du carbone liquide.
Atmosphère
Article détaillé : Atmosphère de Neptune.L'atmosphère de Neptune, épaisse de plus de 8 000 km, est composée à haute altitude de 84 % d'hydrogène et de 12 % d'hélium[3] avec de l'ordre de 1,5 % de méthane CH4. Des traces d'ammoniac (NH3), d'éthane (C2H6) et d'acétylène (C2H2) ont également été détectées.
La couleur bleue de Neptune provient principalement du méthane qui absorbe la lumière dans les longueurs d'onde du rouge. Cependant, la couleur azur de l'atmosphère de Neptune ne peut être expliquée par le seul méthane — qui donnerait une couleur plus proche de l'aigue-marine d'Uranus — et d'autres espèces chimiques, pour l'heure non identifiées, sont certainement à l'origine de cette teinte particulière.
Neptune, comme les autres géantes gazeuses, possède un système éolien composé par des vents rapides confinés dans des bandes parallèles à l'équateur et d'immenses orages et vortex. Les vents de Neptune sont les plus rapides du Système solaire et peuvent dépasser 580 m/s (environ 2 100 km/h).
Grande tache sombre
Article détaillé : Grande tache sombre.Lors du passage de Voyager 2 en 1989, la marque la plus distinctive de la planète était la « Grande tache sombre » qui présentait à peu près la moitié de la taille de la « Grande tache rouge » de Jupiter. Les vents y soufflaient vers l'ouest à 300 m/s (1 080 km/h) ou encore, jusqu'à 2 500 km/h. Cette tache était un gigantesque ouragan sombre qui pouvait se déplacer à plus de 1 000 km/h[4].
Cette tache avait disparu lorsque Neptune fut observée par le télescope spatial Hubble en 1994. D'autres taches sombres à d'autres endroits ont été détectées depuis, ce qui indique que l'atmosphère de Neptune change rapidement au cours des années.
Anneaux planétaires
Article détaillé : Anneaux de Neptune.Neptune possède des anneaux planétaires peu visibles. Ceux-ci sont sombres et leur composition, ainsi que leur origine, sont inconnues.
Les anneaux de Neptune furent détectés sur Terre au Chili, en 1984 grâce à des observations conduites d'une part à l'ESO par Patrice Bouchet, Jean Manfroid, et Reinhold Haefner pour André Brahic, Bruno Sicardy, et Françoise Roques de l'Observatoire de Meudon, et d'autre part par William Hubbard à partir d'observations conduites par Faith Vilas à l'Observatoire Inter-américain de Cerro Tololo (AURA, Inc.), lors d'occultations d'étoiles ; on pensait alors que ceux-ci n'étaient pas « complets » mais n'étaient que des « arcs » autour de la planète. Cinq ans plus tard, le passage de Voyager 2 a permis de clarifier les connaissances : les anneaux de Neptune sont bien « entiers », il en existe plusieurs et l'un d'entre eux, l'anneau Adams, possède quatre « arcs » (nommés Liberté, Égalité, Fraternité et Courage), qui sont en fait des parties plus brillantes que le reste de l'anneau. La stabilité de ces arcs est un mystère, mais on pense que la lune Galatée, située juste un peu plus près de Neptune, les confine.
Anneaux de Neptune Nom Distance (km) Largeur (km) Galle 41 900 15 Le Verrier 53 200 15 Lassell 53 200 5 800 Arago 57 000 ? Adams 62 930 < 50 L'anneau Lassell est bordé par les anneaux Le Verrier et Arago. Une partie des arcs d'Adams est torsadée mais aucune explication n'a été trouvée à ce jour. L'épaisseur des anneaux est inconnue.
Champ magnétique
Le champ magnétique de Neptune, comme celui d'Uranus, est très incliné par rapport à l'axe de la planète. Il est incliné de 47° et décalé du centre physique de près de 13 500 km (la moitié du rayon). On pense que cette orientation viendrait de courants internes à la planète, extrêmement violents.
Satellites de Neptune
Article détaillé : Satellites naturels de Neptune.Neptune possède au moins 13 satellites naturels dont le plus important est Triton, découvert par William Lassell 17 jours seulement après la découverte de Neptune.
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Satellites naturels de Neptune[5] Nom Dimensions
(km)Masse
(1015 kg)Demi-grand
axe (km)Excentricité
orbitaleInclinaison
( ° / Laplace)Période de
révolution (d)Naïade 96 × 60 × 52 ~ 190 48 227 ± 1 0,0003 4,691 0,294 Thalassa 108 × 100 × 52 ~ 350 50 074 ± 1 0,0002 0,135 0,311 Despina 180 × 148 × 128 ~ 2 200 52 526 ± 1 0,0002 0,068 0,335 Galatée 204 × 184 × 144 ~ 2 120 61 953 ± 1 0,0001 0,034 0,429 Larissa 216 × 204 × 168 ~ 4 200 73 548 ± 1 0,0014 0,205 0,555 Protée 436 × 416 × 402 ~ 44 000 117 646 ± 1 0,0005 0,075 1,122 Triton 2 706,8 21 400 000 354 759 0,0000 156,865 -5,877 Néréide ~ 340 ~ 31 000 5 513 818 0,7507 7,090 360,136 Halimède ~ 62 ~ 190 16 611 000 0,2646 112,712 -1 874,83 Sao ~ 44 ~ 67 22 228 000 0,1365 53,483 2 405,98 Laomédie ~ 42 ~ 58 23 567 000 0,3969 37,874 2 674,87 Psamathée ~ 38 ~ 43 48 096 000 0,3809 126,312 -9 136,11 Néso ~ 60 ~ 160 49 285 000 0,5714 136,439 -9 373,99
Les périodes de révolution négatives indiquent que l'orbite du satellite est rétrograde.
Astéroïdes troyens de Neptune
Comme Jupiter et Mars, Neptune possède des astéroïdes troyens, partageant son orbite autour du Soleil.
Sept ont été confirmés à ce jour[6] (aout 2010) :
Désignation Point de Lagrange Périhélie
(UA)Aphélie
(UA)Inclinaison
(°)Magnitude absolue Diamètre Année de découverte 2001 QR322 L4 29.428 31.349 1.3 8.2 ? 2001 2004 UP10 L4 29.351 31.259 1.4 8.8 ? 2004 2005 TN53 L4 28.253 32.284 25.0 9.1 ? 2005 modifier] Découverte de Neptune Neptune n'est pas visible à l'œil nu et comme Uranus, elle n'a été découverte qu'après l'invention du télescope. Pourtant, cette découverte se démarque de celle des autres planètes : elle a été faite uniquement par le calcul à partir de la trajectoire et des caractéristiques d'Uranus. Le télescope ne servira qu'à la confirmation de la découverte.
Plusieurs astronomes ont manqué de faire la découverte par les moyens traditionnels (observation au télescope). Les dessins astronomiques de Galilée montrent qu'il a observé Neptune le 28 décembre 1612 alors qu'il regardait Jupiter. La planète est alors répertoriée comme une simple étoile de magnitude 8. Il la remarque de nouveau dans le ciel un mois plus tard, le 28 janvier 1613, et constate même qu'elle a bougé par rapport à une étoile voisine. Ce ne peut donc être une étoile, mais Galilée ne tire aucune conclusion et n'en reparlera plus par la suite. Comme il pensait qu'il s'agissait d'une étoile, il ne peut alors être crédité de sa découverte.
Neptune est également observée par Joseph Jérôme Lefrançois de Lalande (1732-1807) le 10 mai 1795 et par John Herschel, fils de William Herschel (qui a découvert Uranus), sans rien noter de particulier. La planète semblant échapper aux astronomes, la découverte reviendra à deux mathématiciens.
Déjà en 1788, la planète Uranus récemment découverte, ne semblait pas se conformer au modèle d'orbite que les astronomes avaient prédit. Plus le temps passait et plus l'erreur entre la position annoncée de l'astre et celle relevée augmentait. Le mouvement d'Uranus pouvait être prédit pour des observations anciennes, ou récentes, mais pas pour les deux à la fois. Jean-Baptiste Delambre tenta d'expliquer les anomalies en ajoutant l'influence gravitationnelle de Jupiter et Saturne dans ses calculs. Ses tables étaient plus précises, mais ne permettaient toujours pas de prévoir le mouvement de la planète sur un long terme. En 1821, l'astronome français Alexis Bouvard publia de nouvelles tables. Il utilisa 17 observations étalées sur les 40 années qui se sont écoulées depuis sa découverte pour tenter, en vain, d'expliquer l'orbite d'Uranus.
Lors d'une réunion de la British Association for the Advancement of Science, George Biddell Airy rapporta que les tables de Bouvard étaient erronées de plus d'une demi minute d'arc. Cet écart inquiétant devait absolument être résolu. Deux hypothèses s'opposèrent, celle proposée par Bouvard lui-même de l'existence d'une autre planète encore inconnue, et qui pourrait affecter les mouvements d'Uranus, ou celle d'une remise en cause de la loi universelle de la gravitation, proposée par Airy. Selon Airy, la loi de gravitation perdrait de sa validité au fur et à mesure que l'on s'éloigne du Soleil. Cependant, dès 1838, la plupart des astronomes étaient d'accord sur l'existence d'une nouvelle planète trans-uranienne pour expliquer les perturbations du mouvement d'Uranus.
Étudiant à Cambridge, John Couch Adams tomba le 26 juin 1841 sur le rapport d'Airy concernant le problème de l'orbite d'Uranus et fut intéressé par la question. Ne pouvant se pencher sur le problème immédiatement, il le nota sur un bout de papier en guise de pense-bête afin de le reprendre une fois ses études finies. En 1843, Adams se mit au travail. Il s'appuya sur la loi de Titius-Bode pour obtenir une première approximation de la distance de cette nouvelle planète au Soleil. Dans la mesure où la plupart des planètes avaient une orbite faiblement excentrique, il supposa également que son orbite était circulaire, afin de simplifier les calculs. Il termina ses travaux deux ans plus tard en ayant déterminé la position de Neptune avec une erreur de moins de deux degrés. Il ne lui manquait plus qu'à les confirmer par observation. Se tournant vers James Challis, directeur de l'observatoire de Cambridge, celui-ci le renvoya à l'astronome royal Sir George Biddell Airy. Adams transmit ses résultats à Airy par courrier le 21 octobre 1845, et obtint une réponse le 5 du mois suivant. Airy émit des doutes sur les travaux de son jeune collègue. Découragé par le comportement d'Airy, Adams ne lui répondra qu'un an après.
Au même moment en France, François Arago, directeur de l'observatoire de Paris, encourage le mathématicien Urbain Le Verrier, spécialisé en mécanique céleste, à déterminer les caractéristiques de cette huitième planète dont l'influence gravitationnelle se faisait sentir sur la trajectoire d'Uranus. Le Verrier travaillait alors sur les comètes de courte période. Il commence ses travaux sur Uranus en 1845, ignorant totalement ceux d'Adams, et publie ses premiers résultats le 10 novembre 1845 dans Premier Mémoire sur la Théorie d'Uranus, puis dans Recherche sur les Mouvements d'Uranus le 1er juin 1846.
Airy, remarquant les travaux de l'astronome français, fait le parallèle avec ceux d'Adams et entre en contact avec Le Verrier. Celui-ci lui demande à son tour d'effectuer les recherches de la planète à l'aide des calculs qu'il vient de publier, mais Airy refuse. Finalement, sous la pression de George Peacock, Airy demande à Challis le 12 juillet 1846 d'entreprendre la recherche du nouvel astre au télescope. Adams, informé par le directeur de Cambridge, fournit de nouvelles coordonnées à Challis en précisant que l'objet serait de magnitude 9, mais Airy proposa à Challis d'observer une large portion du ciel et jusqu'à magnitude 11. Cette méthode demandait à Challis beaucoup plus de temps d'observation, d'autant plus qu'il ne disposait pas de cartes fiables de la zone à observer. Challis commença ses recherches le 1er août 1846.
Le Verrier communique ses résultats définitifs à l'Académie des sciences le 31 août 1846. Devant le peu d'enthousiasme des astronomes français, il décide de faire alors appel à une de ses connaissances : l'astronome prussien Johann Gottfried Galle de l'observatoire de Berlin. Galle reçoit la position de Neptune par courrier le 23 septembre 1846. Le soir même, il pointe son télescope de 23 cm vers l'endroit indiqué et passe au peigne fin toutes les étoiles de la région, pendant que son assistant Heinrich Louis d'Arrest vérifiait si l'astre observé était répertorié sur les cartes stellaire récentes de Bremiker. Vers minuit, Galle trouva Neptune, à moins d'un degré de l'emplacement calculé. Il attendit quelques heures pour vérifier si l'astre a bien bougé, avant de confirmer qu'il s'agissait bien de la planète recherchée.
Outre-Manche, la déception est grande. Challis apprend la découverte en lisant le Times. En revoyant ses notes, il découvre même qu'il avait observé Neptune deux fois depuis le 1er août. Une vive polémique s'ensuit jusque dans la presse. Les Britanniques ressortent les papiers d'Adams s'écriant que la découverte leur revient. De leur côté, les Français réfutent en rappelant que seule une publication officielle peut valider la découverte, et refusent de pied ferme que le nom d'Adams figure à côté de celui de Le Verrier dans les livres d'histoire. En juin 1847, Adams et Le Verrier se sont rencontrés pour la première fois à la British Association for the Advancement of Science et ont entretenu par la suite une relation amicale.
Lors de nouveaux calculs sur les caractéristiques orbitales de Neptune, on s'aperçut que ceux de Le Verrier et Adams étaient faux, bien que tous deux aient annoncé la position de la planète non loin de sa position réelle. Le premier avait déterminé un rayon de 36,154 ua et une excentricité de 0,107 tandis que le second avait trouvé un rayon de 37,25 ua. Le rayon réel de l'orbite de Neptune est 30,1 ua et son excentricité inférieure à 0,009. Par ailleurs, des historiens ont trouvé des éléments qui tendent à montrer que les solutions d'Adams ne convergeaient pas mais variaient par plus de 35 degrés de longitude.
Avec une période orbitale de presque 165 ans, Neptune est retournée le 12 juillet 2011 au point où Galle l'avait observée[7].
Notes et références
- Pluton, dont l'orbite est globalement extérieure à celle de Neptune, a longtemps été considérée comme la planète la plus éloignée du Soleil, mais a été reclassée comme planète naine le 24 août 2006 à l'issue de la 26e Assemblée générale de l'Union astronomique internationale.
- Nature 292, 435-436 (30 July 1981) | doi:10.1038/292435a0; Accepted 2 June 1981
- W. B. Hubbard, « Neptune's Deep Chemistry », dans Science, vol. 275, 1997, p. 1279–1280 [texte intégral, lien PMID, lien DOI (pages consultées le 2008-02-19)]
- Gaétan Morissette, Astronomie Premier Contact 3e édition, p. 201.
- (en) NASA Jet Propulsion Laboratory Caltech – Planetary Satellite Mean Orbital Parameters « Neptune. »
- List Of Neptune Trojans
- Neptune: c'est reparti pour un tour », Cieletespace.fr, 2011. Consulté le 15 juillet 2011 David Fossé, «
Voir aussi
Liens internes
Liens externes
- (fr) Caractéristiques de Neptune sur le site de l'IMCCE
- (fr) La découverte de Neptune par Le Verrier (1846), texte en ligne et analysé sur le site BibNum.
- (en) Neptune's Discovery
Bibliographie
- Neptune: The Planet, Rings, and Satellites, Ellis D. Miner et Randii R. Wessen, 2002. ISBN 1-85233-216-6
- Neptune and Triton, Dale P. Cruikshank, 1995. ISBN 0-8165-1525-5
- The case of the pilfered planet - Did the British steal Neptune?, William Sheehan, Nicolas Kollerstrom and Craig B. Waff, Scientific American December 2004.
Catégories :- Neptune
- Objet céleste découvert en 1846
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