Géantes de glace : Uranus et Neptune

Les géantes externes riches en volatils, plus petites et plus froides que Jupiter et Saturne, présentant des inclinaisons axiales extrêmes et des champs magnétiques étrangement décalés.

Definition

Les géantes de glace sont des planètes dominées par des glaces volatiles plus lourdes telles que l'eau, l'ammoniac et le méthane, plutôt que par l'hydrogène et l'hélium ; dans le Système solaire, il s'agit d'Uranus et de Neptune.

Scope

Ce sujet couvre Uranus et Neptune : leurs compositions globales dominées par les glaces d'eau, d'ammoniac et de méthane recouvrant un noyau rocheux ; leur structure interne et les états exotiques de la matière tels que l'eau superionique proposés en leur sein ; leurs atmosphères, vents et conditions météorologiques ; ainsi que leurs champs magnétiques fortement inclinés, décalés et non dipolaires. Il est également fait état de l'inclinaison axiale extrême d'Uranus et de la chaleur interne anormale de Neptune, et du fait que les deux n'ont été visitées qu'une seule fois, par Voyager 2.

Core questions

• Quelle est la structure interne et la composition des géantes de glace ?
• Pourquoi leurs champs magnétiques sont-ils fortement inclinés, décalés et non dipolaires ?
• Pourquoi Neptune possède-t-elle une forte chaleur interne alors qu'Uranus semble presque en équilibre thermique ?
• Comment Uranus a-t-elle fini par être inclinée sur le côté ?

Key theories

Intérieurs dominés par la glace

Les géantes de glace sont considérées comme étant constituées d'une couche fluide profonde, chaude et électriquement conductrice d'eau, d'ammoniac et de méthane, recouvrant un noyau rocheux, sous une atmosphère d'hydrogène-hélium, ce qui les distingue des géantes gazeuses.

Dynamo à couche mince

La convection confinée à une couche conductrice externe relativement mince peut générer les champs magnétiques fortement inclinés, décalés et multipolaires observés sur Uranus et Neptune.

Mechanisms

Sous leurs atmosphères, les géantes de glace abritent un fluide dense d'eau et d'autres glaces qui devient électriquement conducteur sous pression ; la convection au sein d'une couche limitée de cette enveloppe est censée produire leur géométrie magnétique inhabituelle. Les intérieurs pourraient abriter de l'eau superionique, dans laquelle l'oxygène forme un réseau solide tandis que l'hydrogène circule librement.

Clinical relevance

Les géantes de glace représentent une classe de planètes peu explorée, mais qui pourrait être le type de planète le plus courant dans la galaxie, faisant d'Uranus et de Neptune des références clés pour l'interprétation des exoplanètes de masse neptunienne.

History

Uranus a été découverte télescopiquement par William Herschel en 1781 et Neptune a été prédite à partir de perturbations orbitales et découverte en 1846. Presque toutes les connaissances détaillées sur ces deux planètes proviennent des survols uniques de Voyager 2 en 1986 et 1989, qui ont révélé leurs champs magnétiques décalés, leurs faibles anneaux et leurs lunes principales, et ont motivé des propositions de futures missions dédiées.

Debates

Dans quelle mesure les géantes de glace sont-elles glacées ?

Les proportions précises de glace, de roche et de gaz à l'intérieur d'Uranus et de Neptune, et si leurs intérieurs sont stratifiés ou mélangés, sont mal contraintes par les données limitées de Voyager.

Key figures

• Heidi Hammel
• Mark Hofstadter
• Tristan Guillot
• Jonathan Fortney

Seminal works

• guillot2005
• hofstadter2019

Frequently asked questions

Pourquoi Uranus est-elle inclinée sur le côté ?

L'axe de rotation d'Uranus est incliné de près de 98 degrés, elle roule donc essentiellement le long de son orbite ; l'explication principale est un ou plusieurs impacts géants au début de son histoire.

Des sondes spatiales ont-elles visité Uranus et Neptune ?

Une seule, Voyager 2, qui a survolé Uranus en 1986 et Neptune en 1989 ; aucun orbiteur n'a encore été envoyé vers l'une ou l'autre planète.