« La puissance que j'avais lorsque je vis la comète pour la première fois était 227. Par expérience je sais que le diamètre des étoiles fixes n'est pas augmenté proportionnellement pour de plus grandes puissances, comme c'est le cas pour les planètes ; je mets donc maintenant la puissance à 460 et 932, et trouve que le diamètre de la comète augmente en proportion de la puissance, comme il doit l'être, en supposant qu'il ne s'agit pas d'une étoile fixe, alors que le diamètre des étoiles auxquels je l'ai comparé n'étaient pas augmentés dans les mêmes proportions. De plus, la comète étant grossie bien plus que ce que sa lumière permet, apparaissait hazy et mal définie à de si grandes puissances, alors que les étoiles conservaient leur lustre et distinction que je savais depuis des milliers d'observations qu'elle garderait. The sequel a montré que my surmises étaient bien fondées, ceci prouvant que c'est la Comète que nous avons observé plus tôt. »
Herschel avertit l’astronome royal, Nevil Maskelyne, de sa découverte et reçut une réponse embarrassée de sa part le 23 avril : « Je ne sais pas comment l’appeler. Il est aussi probable que ce soit une planète située sur une orbite autour du Soleil presque circulaire, que ce soit une comète de trajectoire très elliptique. Je n’ai pas observé pour l’instant de chevelure ou de queueN. »
Tandis qu’Herschel continue par précaution à appeler ce nouvel objet une comète, d’autres astronomes soupçonnent sa véritable nature. L’astronome russe Anders Johan Lexell estime sa distance à dix-huit fois la distance Terre-Soleil. Aucune comète ayant un périhéliesupérieur à quatre fois la distance Terre-Soleil n’a alors jamais été observée. L’astronome berlinois Johann Elert Bode pense que la découverte d’Herschel est « une étoile mobile qui peut être considérée comme un type d’objet planétaire jusqu’alors inconnu orbitant au-delà de l’orbite de Saturne ». Bode conclut que son orbite presque circulaire ressemble davantage à celle d’une planète que d’une comète.
Les astronomes commencent alors le calcul de la trajectoire de la « comète », en prenant le modèle classique des orbites de comètes : une parabole, mais celle-ci ne semblait pas vouloir se conformer au modèle prévu. Charles Messier remarque alors qu’avec son aspect de disque, elle ressemblait plus à Jupiter qu’aux 18 autres comètes qu’il avait observées. L’astronome Russe Anders Lexell tenta, lui, de calculer l’orbite en appliquant le modèle d’une planète. À sa grande surprise, cette trajectoire semblait correspondre et convainquit les autres astronomes sur la nature de l’objet : une planète et non une comète.
L’objet est bientôt unanimement accepté en tant que planète. En 1783, Herschel lui-même le reconnaît auprès du président de la Royal Society Joseph Banks : « Selon les observations des plus éminents astronomes européens, il apparaît que la nouvelle étoile que j’ai eu l’honneur de leur faire découvrir en mars 1781, est une planète primaire du Système solaire. » Le roi Georges III récompense Herschel de sa découverte en lui attribuant une rente annuelle de £200 à condition qu’il s’installe à Windsor afin que la famille royale puisse regarder à travers ses télescopes
Maskelyne a demandé à Herschel de donner un nom à cette nouvelle planète, étant le découvreur de cette dernière15. En réponse, Herschel a décidé de nommer l'objet « Georgium Sidus » (étoile de George), ou « Georgian Planet » (planète Géorgienne) en l'honneur de son nouveau patron, le roi George III. Il expliqua cette décision dans une lettre à Joseph Banks en déclarant que dans l'Antiquité, les appellations de Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne ont été donnés aux planètes, comme étant les noms de leurs héros et divinités principales. Dans l'ère actuelle, plus philosophique, il ne serait guère admissible d'avoir recours à la même méthode et d'appeler Junon, Pallas, Apollon ou Minerve, notre nouveau corps céleste. Pour lui, l'important pour le désigner est de savoir quand il a été découvert et sa réponse fut « sous le règne du roi George III ».
Cependant, le nom proposé par Herschel n'était pas populaire en dehors de la Grande-Bretagne, et des solutions alternatives pour un nom ont été rapidement proposées. L'astronome Joseph Jérôme Lefrançois de Lalande a proposé de nommer la planète Herschel en l'honneur de son découvreur. L'astronome suédois Erik Prosperin proposa le nom de Neptune qui a été soutenu par d'autres astronomes qui ont aimé l'idée de commémorer les victoires de la flotte britannique Royal Navy dans le cadre de la Guerre d'indépendance des États-Unis en appelant même la nouvelle planète « Neptune George III » ou « Neptune Great Britain ». Johann Elert Bode a opté pourUranus, la version latinisée du dieu grec du ciel, Ouranos. Bode a fait valoir que, tout comme Saturne était le père de Jupiter, la nouvelle planète devrait être nommée d'après le père de Saturne. En 1789, Martin Klaproth, le collègue de Bode à la Royal Academy a nommé son élément nouvellement découvert « uranium » avec l'appui du choix de Bode. En fin de compte, la suggestion d'Uranus est devenue le plus largement utilisée, et est devenue universelle en 1850, lorsque le HM Nautical Almanac Office, le dernier obstacle, délaissa Sidus Georgium pour Uranus.
Au xixe siècle et xxe siècle siècles, il était très difficile d'observer correctement la surface d'Uranus. La seule découverte de l'époque fut celle de Schiaparelli qui distingua malaisément quelques tâches. Par spectroscopie et photométrie, les scientifiques avant 1937, purent fixer à 10 heures la rotation de la planète qui était vue comme rétrograde.
Le 10 mars 1977 sont par hasard découverts les anneaux d’Uranus par les astronomes James L. Elliot, Edward W. Dunham et Douglas J. Mink, embarqués à bord de l'observatoire aéroporté Kuiper. Les astronomes veulent utiliser l’occultation de l’étoile SAO 158687 par Uranus pour étudier l’atmosphère de cette étoile. Or l’analyse de leurs observations met en évidence que l'étoile a été brièvement masquée à cinq reprises avant et après l’occultation par Uranus ; les trois astronomes concluent à la présence d’un système d’anneaux étroits. Dans leurs articles, ils désignent les cinq occultations observées par les cinq premières lettres de l'alphabet grec : α, β, γ, δ et ε ; ces désignations sont réutilisées par la suite pour nommer les anneaux. Peu de temps après, Elliot, Dunham et Mink découvrent quatre autres anneaux : l'un d'eux est situé entre les anneaux β et γ et les trois autres à l’intérieur de l’anneau α. Le premier est nommé η et les autres 4, 5 et 6, selon le système de numérotation des occultations adopté lors de la rédaction d'un autre article. Le système d’anneaux d’Uranus est le second découvert dans le système solaire, après celui de Saturne.
La planète géante gazeuse Uranus (50 000 km de diamètre) a un axe de rotation fortement incliné pratiquement situé dans son plan de révolution autour du Soleil. La recherche d’indices pouvant expliquer cette particularité unique dans le Système solaire est un des objectifs assignés à la sonde Voyager 2 qui est par ailleurs la première sonde à effectuer un survol de la planète. Voyager 2 met en évidence la présence d’un champ magnétique dont l’intensité est proche de celui de la Terre et qui est incliné de 60° par rapport à l’axe de rotation de la planète.
Voyager 2 découvre 10 nouvelles lunes en plus des cinq déjà connues. Toutes ces lunes sont de petite taille, la plus grande ayant un diamètre de 150 km. Les 5 lunes déjà connues sont des agglomérats de roche et de glace comme les lunes de Saturne.
Les neuf anneaux d’Uranus, découverts dans les années 1970 depuis la Terre, sont analysés par la sonde et montrent des caractéristiques différentes de ceux de Saturne et Jupiter. Ces analyses permirent de mettre en évidence qu'ils ne se sont pas formés en même temps qu’Uranus et que leur apparition est relativement récente. Les composants qui les forment sont peut-être les restes d’une lune qui aurait été fragmentée, soit par un impact avec un autre objet céleste se déplaçant à très grande vitesse, soit par les forces gravitationnelles de la planète mère.
Depuis 1997, neuf satellites irréguliers extérieurs ont été identifiés à l'aide de télescopes au sol. Deux lunes intérieures supplémentaires, Cupid et Mab, ont été découvertes grâce au télescope spatial Hubble en 2003. Le satellite Margaret est le dernier découvert à ce jour (2008) ; sa découverte fut publiée en octobre 2003
Le télescope spatial Hubble permit de prendre des photos correctes d'Uranus depuis la Terre. En 2003–2005, il permet de découvrir une nouvelle paire d’anneaux, baptisée par la suite système d’anneaux externe, qui porte le nombre d’anneaux d’Uranus à treize. Ils ont été nommés anneaux μ et ν (mu etnu). L’anneau μ, le plus externe, se trouve deux fois plus éloigné de la planète que l’anneau brillant η. Ces anneaux externes diffèrent des anneaux internes étroits par de nombreuses caractéristiques : μ et ν sont larges (17 000 km et 3 800 km) et très ténus ; leur épaisseur optique normale maximale sont de 8,5×10-6 et 5,4×10-6 ; leur épaisseur optique équivalente sont respectivement de 0,14 km et 0,012 km. Leur profil radial de brillance est triangulaire.
Avec une masse de 86,810 ×10 24 kg, Uranus est un corps intermédiaire entre la Terre et les géantes gazeuses de grande taille comme Jupiter ou Saturne. Sa masse est 14 fois plus importante que celle de la Terre. Le rayon équatorial de la planète est de25 559 km, soit environ quatre fois celui de la Terre. Uranus a la particularité d'être plus grande que Neptune (49 528 km pour Neptune contre 51 118 km pour Uranus) mais elle est moins massive que cette dernière (Neptune possède une masse de 1,0243×10 26 kg).
Neptune et Uranus sont souvent considérées comme une sous-classe de géante, appelée « géants de glace », en raison de leur taille plus petite et la plus forte concentration de substances volatiles par rapport à Jupiter et Saturne
La période de révolution d’Uranus autour du Soleil est de 84 années terrestres. Sa distance moyenne au Soleil est d’environ3 milliards de kilomètres. L’intensité du flux solaire sur Uranus est d’environ 1/400e celui reçu par la Terre.
Les paramètres orbitaux d’Uranus furent calculés pour la première fois par Pierre-Simon de Laplace en 1783. Avec le temps, des différences apparurent entre l'orbite prédite et l'orbite calculée. En 1841, John Couch Adams émit l’hypothèse qu’une planète inconnue serait la cause des perturbations constatées. En 1845, Urbain Le Verrier commença indépendamment ses travaux afin d’expliquer l’orbite d’Uranus. Le 23 septembre 1846, Johann Gottfried Galle identifia une nouvelle planète (qui sera plus tard nommée Neptune) à une position très proche de celle prédite par Le Verrier.
La période de rotation des couches intérieures d’Uranus est de 17 heures et 14 minutes. Cependant, la haute atmosphère d’Uranus est le théâtre de vents très violents dans la direction de rotation, comme pour toutes les géantes gazeuses. Par conséquent, à certaines latitudes, par exemple vers 60° de latitude, des parties visibles de son atmosphère se déplacent beaucoup plus vite et effectuent une rotation complète en un peu moins de 14 heures.
À la différence de toutes les autres planètes du Système solaire, Uranus est très fortement inclinée sur son axe puisque celui-ci est quasiment parallèle à son plan orbital. Elle roule pour ainsi dire sur son orbite et présente alternativement son pôle nord, puis son pôle sud au Soleil(même si la désignation de nord ou de sud est assez délicate dans ce cas précis). Chacun des pôles est caché du Soleil durant 42 ans.
Au moment du survol de la planète par Voyager 2 en 1986, le pôle sud d’Uranus était orienté presque directement vers le Soleil. On peut dire qu’Uranus a une inclinaison légèrement supérieure à 90° ou bien que son axe a une inclinaison légèrement inférieure à 90° et qu’elle tourne alors sur elle-même dans le sensrétrograde. Ces deux descriptions sont équivalentes d’un point de vue physique mais il en résulte une définition différente du pôle nord et du pôle sud.
L’atmosphère d'Uranus, comme celle de Neptune, est différente des deux autres géantes gazeuses, Jupiter et Saturne. Bien que principalement composée comme elles d'hydrogène et d'hélium, elle possède une plus grande proportion de gaz volatils tels que l'eau, l'ammoniac et le méthane. Contrairement à Jupiter et Saturne, Uranus ne possèderait pas de manteau d'hydrogène métallique ou d'enveloppe en dessous de sa haute atmosphère. À la place se trouverait une région consistant en un océan composé d'ammoniac, d'eau et de méthane, dont la transition est graduelle sans limite claire avec l'atmosphère dominé par de l'hydrogène et de l'hélium. À cause de ces différences, certains astronomes regroupent Uranus et Neptune dans leur propre catégorie, celle des géantes glacées, pour les distinguer de Jupiter et Saturne.
Bien qu'il n'y a pas de surface clairement définie sur Uranus, la partie la plus extérieure de l'enveloppe gazeuse d'Uranus est considérée comme son atmosphère, là où la pression est inférieure à 1 bar. Les effets de l'atmosphère sont ressentis jusqu'à environ 300 km en dessous du niveau de 1 bar, où la pression est de 100 bar et la température de 320 K51. La couronne ténue de l'atmosphère s'étend jusqu'à deux fois le rayon de la planète à partir de la surface nominale située au niveau où la pression est de 1 bar. L'atmosphère uranienne peut être divisée en trois couches : la troposphère, d'une altitude de −300 à 50 km et d'une pression de 100 à 0,1 bar ; la stratosphère, d'une altitude de 50 km à 4 000 km et d'une pression allant de 0,1 à 10–10 bar ; et la thermosphère/couronne commençant vers 4 000 km d'altitude et allant jusqu'à près de 50 000 km de la surface. Il n'y a pas de mésosphère.
Le climat d'Uranus est fortement influencé par son manque de chaleur interne, ce qui limite l'activité atmosphérique, et son inclinaison axiale, qui induit des variations saisonnières extrêmes. L'atmosphère d'Uranus parait remarquablement homogène aux longueurs d'onde visibles en comparaison de celle des autres géantes gazeuses, même par rapport à celle de Neptune, qui lui ressemble toutefois beaucoup.
Quand Voyager 2 passa près d'Uranus en 1986, il observa seulement dix formations nuageuses autour de la planète.
Une explication proposée pour ce manque de formations nuageuses est que la chaleur interne d'Uranus se trouve plus en profondeur que celle des autres planètes géantes ; en termes astronomiques, elle a un faible flux de chaleur. Les raisons qui font que la température interne d'Uranus est si basse ne sont pas comprises. Neptune, qui est presque la jumelle d'Uranus en ce qui concerne la taille et la composition, émet 2,61 fois plus d'énergie dans l'espace qu'elle n'en reçoit du Soleil. Uranus, en opposition, émet à peine de la chaleur. La puissance totale des émissions d'Uranus dans les infrarouges (de la chaleur) est de 1,06 ± 0,08 fois l'énergie solaire absorbée par l'atmosphère.
En fait, le flux de chaleur d'Uranus est seulement de 0,042 ± 0,047 W/m², ce qui est plus bas que le flux de chaleur interne de la Terre qui est d'environ 0,075 W/m². La température la plus basse enregistrée dans la tropopause d'Uranus est de 49 K (−224 °C), faisant d'Uranus la planète la plus froide du Système solaire, plus que Neptune.
Uranus possède au moins 13 anneaux principaux. Cinq ont été découverts en 1977 grâce aux observations d’occultations d’étoiles par Uranus. Six autres furent observés par Voyager 2 entre 1985 et 1986. Les deux derniers furent découverts grâce au télescope spatial Hubble en décembre 2005.
Les anneaux d’Uranus sont fins et ont des bords nets ; entre eux s’étend un milieu diffus. Les particules qui les composent ont des dimensions de l’ordre du centimètre et un albédo moyen de 0,15 qui les rend très peu visibles.
Si les 10 premiers anneaux d’Uranus sont fins et circulaires, le dernier, l’anneau ε, est plus excentrique et plus large, de 20 km au point le plus proche de la planète à 98 km au point le plus éloigné. Il est encadré par deux satellites « bergers », Cordélia et Desdémone. Les deux derniers anneaux sont très nettement plus éloignés, l’anneau μ se situant deux fois plus loin qu’ε, par exemple.
Ainsi, les observations d'Hubble portent à treize le nombre d'anneaux distincts composant le système d’anneaux d’Uranus. Ils sont appelés, par ordre de distance croissante de la planète : 1986U2R/ζ, 6, 5, 4,α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν et μ. Leurs rayons vont de 38 000 km pour l’anneau 1986U2R/ζ à environ 98 000 kmpour l’anneau µ. Il existe probablement de faibles bandes de poussière et des arcs incomplets entre les anneaux principaux. Ces anneaux sont très sombres : l’albédo des particules les composant ne dépasse pas 2 %. Ils sont probablement composés de glace et d'élémentsorganiques noircis par le rayonnement de la magnétosphère.
La plupart des anneaux d’Uranus sont opaques et larges de quelques kilomètres seulement. L’ensemble du système ne contient que peu de poussières : il se compose essentiellement de rochers de 0,2 à 20 m de diamètre. Cependant, certains des anneaux sont translucides : les anneaux larges et peu visibles 1986U2R/ζ, μ et ν sont faits de petites particules de poussières, tandis que l’anneau λ, peu visible également mais étroit, contient aussi des corps plus importants. La relative pauvreté en poussière des anneaux est due à la traînée aérodynamique des parties les plus externes de l’atmosphère, l’exosphère et la couronne.
Au regard de l'âge du système solaire, les anneaux d’Uranus seraient assez jeunes : leur âge ne dépasserait pas 600 millions d’années. Le système d'anneaux provient probablement de la collision et de la fragmentation d'anciennes lunes orbitant autour de la planète. Après la collision, les lunes se sont probablement brisées en de nombreuses particules, qui n’ont survécu sous la forme d'anneaux étroits et optiquement denses que dans certaines zones de stabilité maximale.
Satellites d’Uranus
|
Nom |
Diamètre (km) |
Masse (1016 kg) |
Rayon orbital moyen (km |
|
Cordélia |
40 |
4,5 (?) |
49 800 |
|
Ophélie |
43 |
5,4 (?) |
53 800 |
|
Bianca |
51 |
9,3 (?) |
59 200 |
|
Cressida |
80 |
34,3 (?) |
61 800 |
|
Desdémone |
64 |
17,8 (?) |
62 700 |
|
Juliette |
94 |
55,7 (?) |
64 400 |
|
Portia |
135 |
168 (?) |
66 100 |
|
Rosalinde |
72 |
25,4 (?) |
69 900 |
|
Cupid |
12 |
0,12 (?) |
74 800 |
|
Belinda |
81 |
35,7 (?) |
75 300 |
|
Perdita |
80 |
40,0 (?) |
76 416 |
|
Puck |
162 |
289 (?) |
86 000 |
|
Mab |
16 |
0,28 (?) |
97 734 |
|
Miranda |
474 |
6 600 |
129 900 |
|
Ariel |
1 159 |
135 000 |
190 900 |
|
Umbriel |
1 169 |
117 000 |
266 000 |
|
Titania |
1 578 |
352 000 |
436 300 |
|
Obéron |
1 523 |
301 000 |
583 500 |
|
Francisco |
12 |
0,13 (?) |
4 276 000 |
|
Caliban |
98 |
73 (?) |
7 231 000 |
|
Stephano |
20 |
0,60 (?) |
8 004 000 |
|
Trinculo |
10 |
0,075 (?) |
8 578 000 |
|
Sycorax |
190 |
540 (?) |
12 179 000 |
|
Margaret |
11 |
0,10 (?) |
14 345 000 |
|
Prospero |
30 |
2,1 (?) |
16 243 000 |
|
Setebos |
30 |
2,1 (?) |
17 501 000 |
|
Ferdinand |
12 |
0,13 (?) |
20 901 000 |
