Exploration du système uranien

Uranus est la septième et avant-dernière planète du système solaire par distance croissante au Soleil. Uranus tourne autour du Soleil à une distance comprise entre 18 et 20 Unités Astronomiques (1 U.A. = distance entre la Terre et le Soleil) soit 3 milliards de kilomètres. Elle parcourt une orbite entière en 84 ans.

Une seule mission a réussi jusque là à s'approcher d'Uranus. Mais Voyager 2 n'a effectué qu'un survol très rapide de la planète et de ses satellites (une mise en orbite aurait nécessité d'emporter une masse importante d'ergols) qui ne lui a permis de collecter qu'un nombre limité d'informations. Uranus comme sa voisine Neptune n'ont, depuis, plus jamais été visitées et elles sont désormais les planètes les moins connues du système solaire. On sait peu de choses de la structure interne d'Uranus, très différente de celle de Jupiter et de Saturne (Ces deux géantes sont composées à 90 % d'hydrogène alors que Neptune n'en contient pas plus de 20 %), de l'histoire de sa formation et de ses satellites. Uranus soulève plusieurs interrogations scientifiques majeures notamment l'absence de source de chaleur interne et l'orientation anormale de son axe de rotation pratiquement parallèle au plan de l'écliptique[1]. La planète Uranus se distingue par le fait que son axe de rotation est incliné de côté. Cette position inhabituelle est censée résulter d'une collision avec un corps de la taille d'une planète au début de la formation du système solaire. Une de ses conséquences est l'exposition des régions polaires à la lumière ou à l'obscurité pendant de longues périodes (42 années terrestres pour chacune).

Pour obtenir plus d'informations sur les caractéristiques d'Uranus il faudrait envoyer une sonde spatiale capable de se placer en orbite autour de la planète comme l'a fait Cassini-Huygens autour de Saturne. Mais cela nécessiterait de lancer un engin spatial beaucoup plus massif que Voyager qui a pourtant eu recours à l'époque à un lanceur lourd Titan IIIE et bénéficié d'un alignement de planètes exceptionnel qui lui a permis d'utiliser à la fois Jupiter et Saturne pour accroitre sa vitesse grâce à une manœuvre d'assistance gravitationnelle. Malgré sa masse réduite Voyager 2 a mis 9 ans pour atteindre Neptune. En utilisant une trajectoire optimale, l'orbite de transfert de Hohmann, telle que celle mise en œuvre par les sondes spatiales envoyées vers Mars et Vénus, il faudrait plus de 20 ans pour qu'un engin spatial atteigne Uranus. Si on tente d'accroitre la vitesse de transit entre la Terre et Uranus il faut que la sonde spatiale emporte d'autant plus d'ergols pour annuler ce surcroit de vitesse une fois arrivée à destination[1].

Au cours de son premier grand vol interplanétaire (après que Voyager 1 a terminé l'exploration des planètes extérieures par une visite de Saturne et de son satellite Titan), Voyager 2 s'est rapproché d'Uranus au mieux à 81 500 km du sommet des nuages de la planète, le 24 janvier 1986.

Voyager 2 a trouvé qu'une des influences les plus frappantes de la position couchée de l'axe de rotation de la planète est son effet sur la queue du champ magnétique, qui est lui-même incliné de 60° sur l'axe de rotation de la planète. La queue de la magnétosphère se trouve tordue par la rotation de la planète, en un immense tire-bouchon derrière la planète. Voyager 2 a permis de déterminer la durée du jour d'Uranus (période de rotation de la planète sur elle-même) qui est égale à 17 h 24. Jusqu'à l'arrivée de Voyager 2, on ne connaissait pas l'existence du champ magnétique d'Uranus. Il est comparable en intensité à celui de la Terre, mais varie plus fortement d'un point à l'autre de la surface, compte tenu du plus grand rayon d'Uranus. L'orientation particulière du champ suggère qu'il est engendré à une profondeur intermédiaire, là où la pression est suffisamment élevée pour que l'eau devienne conductrice de l'électricité.

Une image d'Uranus, prise par Voyager 2 après son passage auprès d'Uranus, en route pour Neptune.

Les ceintures de radiation d'Uranus ont des intensités comparables à celles de Saturne. L'intensité est telle que l'irradiation décomposerait rapidement (100 000 ans) le méthane qui pourrait se trouver piégé dans les surfaces de glace des satellites intérieurs, ou des particules des anneaux, en le transformant en un goudron noirâtre. Ceci peut avoir contribué à assombrir les surfaces sombres des lunes et des particules des anneaux, qui sont presque uniformément grises.

Un niveau élevé de brume a été détecté autour du pôle magnétique éclairé, qui s'est avéré rayonner de grandes quantités de lumière ultraviolette, phénomène surnommé « fluorescence ». La température moyenne est d'environ 60 K (−210 °C). De façon surprenante, les pôles éclairés et obscurs, et la plupart de la planète, montrent la même température au niveau du sommet des nuages.

Voyager 2 a trouvé dix nouvelles lunes, ce qui montait le total à quinze à l'époque. La plupart des lunes nouvelles sont petites, la plus grande mesurant environ 150 km de diamètre.

Miranda, la plus interne des cinq grandes lunes, se montra comme l'un des corps les plus étranges du système solaire. Les images détaillées de son survol par Voyager 2 ont montré d'immenses canyons de failles pouvant aller jusqu'à 20 km de profondeur, des couches en terrasses, et un mélange de surfaces nouvelles et anciennes. Une théorie veut que Miranda peut être une ré-agrégation de matériaux d'une époque ancienne où la lune a été brisée par un violent impact.

Vue par Voyager 2 des anneaux sombres d'Uranus.

Les cinq grandes lunes apparaissent comme des conglomérats de glace et de roche, comme les satellites de Saturne. Titania est marquée par de grands systèmes de failles et de canyons, indiquant un degré d'activité géologique, probablement tectonique, au cours de son histoire. Ariel a la surface la plus claire, et peut-être la plus jeune de toutes les lunes d'Uranus, et semble aussi avoir subi une activité géologique conduisant à beaucoup de vallées de failles, et à ce qui semble des grandes coulées de matériaux glacés. Il n'y a eu que peu d'activité géologique sur Umbriel et Oberon, à en juger par leurs surfaces vieilles et sombres.

Cinq anneaux étaient connus précédemment par des occultations d'étoiles, et Voyager 2 en a découvert six nouveaux[n 1]. Tous ont été étudiés avec la sonde, et ont montré des différences profondes avec ceux de Jupiter et de Saturne. Ce système d'anneaux peut être relativement jeune, et ne s'est pas formé en même temps qu'Uranus. Les particules qui les composent peuvent être des restes d'une lune brisée par un impact à haute vitesse, ou par des effets gravitationnels.

À la suite du survol par Voyager 2 plusieurs missions vers Uranus ont été étudiées mais aucune n'a jusqu'à présent débouché sur une réalisation. Depuis 2003 la NASA a étudié plusieurs projets de mission tentant de contourner les contraintes dues à la distance en combinant l'assistance gravitationnelle des autres planètes (notamment celle de Jupiter) avec le recours à des systèmes de propulsion non conventionnels (propulsion électrique) et l'aérocapture qui permet de se placer en orbite en utilisant l'atmosphère de la planète pour se freiner.