De nouvelles images révèlent à quoi Neptune et Uranus ressemblent vraiment.

4 janvier 2024

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par l'Université d'Oxford

Neptune est connue pour sa couleur bleu riche et Uranus pour sa couleur verte, mais une nouvelle étude a révélé que les deux géantes de glace sont en réalité beaucoup plus proches en terme de couleur que ce qui est généralement pensé.

Les teintes exactes des planètes ont été confirmées grâce à la recherche menée par le Professeur Patrick Irwin de l'Université d'Oxford, qui a été publiée aujourd'hui dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Lui et son équipe ont découvert que les deux mondes sont en réalité d'une nuance similaire de bleu verdâtre, malgré la croyance répandue selon laquelle Neptune est d'un azur profond et Uranus a une apparence de cyan pâle.

Les astronomes savent depuis longtemps que la plupart des images modernes des deux planètes ne reflètent pas fidèlement leurs vraies couleurs. La confusion est survenue parce que les images capturées des deux planètes au cours du XXe siècle, y compris par la mission Voyager 2 de la NASA, le seul vaisseau spatial à avoir survolé ces mondes, ont été enregistrées avec des couleurs séparées.

Les images en une seule couleur ont ensuite été combinées pour créer des images couleur composites, qui n'étaient pas toujours équilibrées de manière précise pour obtenir une image couleur "réelle" et, en particulier dans le cas de Neptune, elles étaient souvent rendues "trop bleues".

De plus, les premières images de Neptune prises par Voyager 2 étaient fortement améliorées pour mieux révéler les nuages, les bandes et les vents qui façonnent notre vision moderne de Neptune.

Le Professeur Irwin a déclaré : "Bien que les images familières de Voyager 2 d'Uranus aient été publiées sous une forme plus proche de la couleur "réelle", celles de Neptune ont en réalité été étirées et améliorées, ce qui les a rendues artificiellement trop bleues. Même si la couleur artificiellement saturée était connue à l'époque des scientifiques planétaires, et que les images ont été publiées avec des légendes l'expliquant, cette distinction s'est perdue avec le temps. En appliquant notre modèle aux données originales, nous avons pu reconstituer la représentation la plus précise de la couleur de Neptune et d'Uranus."

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé des données provenant du Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) du télescope spatial Hubble et du Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) du Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral. Dans les deux instruments, chaque pixel est un spectre continu de couleurs.

Cela signifie que les observations de STIS et MUSE peuvent être traitées sans ambiguïté pour déterminer la couleur apparente réelle d'Uranus et de Neptune. Les chercheurs ont utilisé ces données pour rééquilibrer les images couleur composites enregistrées par la caméra de Voyager 2, ainsi que par la Wide Field Camera 3 (WFC3) du télescope spatial Hubble.

Cela a révélé qu'Uranus et Neptune sont en réalité d'une nuance plutôt similaire de bleu verdâtre. La principale différence est que Neptune a une légère touche de bleu supplémentaire, qui, selon le modèle, est due à une couche de brume plus mince sur cette planète.

L'étude apporte également une réponse au mystère de longue date sur la raison pour laquelle la couleur d'Uranus change légèrement au cours de son orbite de 84 ans autour du soleil. Les auteurs en sont venus à cette conclusion après avoir comparé les images de la géante glacée aux mesures de sa luminosité, qui ont été enregistrées par l'Observatoire Lowell en Arizona de 1950 à 2016 aux longueurs d'onde bleue et verte.

Ces mesures ont montré qu'Uranus semble un peu plus verte à ses solstices (c'est-à-dire en été et en hiver), lorsque l'un des pôles de la planète est dirigé vers notre étoile. Mais pendant ses équinoxes, lorsque le soleil est sur l'équateur, elle a une teinte légèrement plus bleue.

Une partie de la raison de cela était connue : Uranus a une rotation très inhabituelle, elle tourne presque sur le côté pendant son orbite, ce qui signifie que pendant les solstices de la planète, soit son pôle nord, soit son pôle sud est presque directement dirigé vers le soleil et la Terre. Cela est important, ont déclaré les auteurs, car tout changement de la réflectivité des régions polaires aurait donc un impact important sur la luminosité globale d'Uranus lorsqu'elle est vue de notre planète.

Les astronomes étaient moins clairs sur la façon ou la raison pour laquelle cette réflectivité diffère. Cela a incité les chercheurs à développer un modèle qui comparait les spectres des régions polaires d'Uranus à ses régions équatoriales. Ils ont constaté que les régions polaires sont plus réfléchissantes aux longueurs d'onde verte et rouge qu'aux longueurs d'onde bleue, en partie parce que le méthane, qui absorbe le rouge, est environ deux fois moins abondant près des pôles que près de l'équateur.

Cependant, cela n'était pas suffisant pour expliquer entièrement le changement de couleur, alors les chercheurs ont ajouté une nouvelle variable au modèle sous la forme d'une "capuche" de brume glacée qui s'épaissit progressivement et qui a été observée au-dessus du pôle éclairé par le soleil en été lorsque la planète passe de l'équinoxe au solstice.

Astronomers think this is likely to be made up of methane ice particles. When simulated in the model, the ice particles further increased the reflection at green and red wavelengths at the poles, offering an explanation as to why Uranus is greener at the solstice.

Professor Irwin said, 'This is the first study to match a quantitative model to imaging data to explain why the color of Uranus changes during its orbit. In this way, we have demonstrated that Uranus is greener at the solstice due to the polar regions having reduced methane abundance but also an increased thickness of brightly scattering methane ice particles.'

Dr. Heidi Hammel, of the Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), who has spent decades studying Neptune and Uranus but was not involved in the study, said, 'The misperception of Neptune's color, as well as the unusual color changes of Uranus, have bedeviled us for decades. This comprehensive study should finally put both issues to rest.'

The ice giants Uranus and Neptune remain a tantalizing destination for future robotic explorers, building on the legacy of Voyager in the 1980s.

Professor Leigh Fletcher, a planetary scientist from the University of Leicester and co-author of the new study, said, 'A mission to explore the Uranian system—from its bizarre seasonal atmosphere, to its diverse collection of rings and moons—is a high priority for the space agencies in the decades to come.'

However, even a long-lived planetary explorer, in orbit around Uranus, would only capture a short snapshot of a Uranian year.

'Earth-based studies like this, showing how Uranus's appearance and color has changed over the decades in response to the weirdest seasons in the solar system, will be vital in placing the discoveries of this future mission into their broader context,' Professor Fletcher added.

Provided by University of Oxford