Le générateur de champ magnétique d'Uranus et Neptune
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Le générateur de champ magnétique d'Uranus et Neptune

Spektrum der Wissenschaft
Heidelberg, le 23.10.2021
Traduction: Sophie Boissonneau
Le champ magnétique de Neptune et d'Uranus est différent de ceux des autres planètes. La raison de ce phénomène n'a pas pu être éclaircie à ce jour, on penche cependant pour une étrange couche de glace chaude sous très haute pression.

Les deux planètes les plus éloignées du soleil dans le système solaire, Uranus et Neptune, sont suffisamment éloignées de la Terre pour avoir conservé quelques secrets. Un de ces mystères non résolus concernant les deux planètes est l'origine de leur champ magnétique : jusqu'à présent, il n'existait que des théories mal étayées sur la façon dont il se manifeste. Aujourd'hui, dans la revue scientifique « Nature Physics », des chercheurs ont étayé une hypothèse formulée il y a quelque temps déjà. Selon cette hypothèse, la convection, c'est-à-dire un flux de particules chargées, dans la glace chaude de la couche profonde de l'enveloppe de la planète est probablement à l'origine du champ magnétique via un effet dynamo.

Les « géantes de glace », Uranus et Neptune, ont une structure différente de celle des géantes gazeuses Saturne et Jupiter, qui ont probablement des noyaux solides entourés principalement d'hélium et d'hydrogène. Neptune et Uranus sont, quant à elles, enveloppées de nuages d'hydrogène et d'hélium, mais sous ces nuages, on retrouve un mélange d'eau, de méthane et d'ammoniac sous forme de « glaces », au sens astrophysique du terme. Plus on avance dans la couche, plus la pression et la température augmentent rapidement, comprimant fortement les glaces. En fonction de la pression subie, différentes variantes de structures cristallines se forment à partir de l'eau jusqu'à ce que les molécules d'eau se désintègrent et que la glace superionique se forme.

On sait désormais que la glace superionique est la clé du champ magnétique : formée sous une pression extrême, l'eau à l'état de glace superionique n'est plus constituée de molécules ordonnées en un cristal, mais se décompose complètement en ses composants, à savoir des ions oxygène chargés négativement et des ions hydrogène chargés positivement. Les ions hydrogène positifs pourraient se déplacer à travers une masse stationnaire d'ions oxygène négatifs et, en tant que charge mobile, fournir le champ magnétique. Ce phénomène pourrait donc être à l'origine du champ magnétique de Neptune et d'Uranus. L'hypothèse souffrait pourtant d'un problème, la pression à l'intérieur des géantes de glace pouvait ne pas être suffisante pour transformer l'eau en glace superionique.

Dans l'étude actuelle, une équipe internationale à laquelle participent le GeoForschungsZentrum de Potsdam (GFZ) et le Carnegie Institution for Science aux États-Unis conclut que la pression à l'intérieur de Neptune et d'Uranus devrait être suffisamment importante pour produire de la glace superionique des 18e et 20e phases cristallines et fournir ainsi un champ magnétique. Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs et scientifiques ont transformé des échantillons en glace superionique entre deux couches de diamant. Ce résultat a été obtenu dans des conditions qui prévalent probablement à quelques milliers de kilomètres sous la surface de Neptune et d'Uranus : une pression de 150 gigapascals à des températures d'environ 6500 Kelvin.

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© NASA's Scientific Visualization Studio (détail). Visualisation du champ magnétique d'Uranus : les lignes du champ magnétique d'Uranus se présentent comme cette visualisation. Les mesures indiquent qu'elles sont créées par un processus différent de celui du champ magnétique terrestre.

D'après les expériences, on peut donc penser que la convection dans le manteau de glace superionique est à l'origine du champ magnétique de ces deux planètes. Cela expliquerait également la nature particulière du champ : les lignes de champ ne sont pas parallèles et symétriques à l'axe de rotation de la planète, comme c'est le cas pour le champ magnétique terrestre, mais sont étrangement inclinées. Cela suggère que le champ magnétique ne résulte pas du mouvement de rotation du noyau planétaire en fusion, comme le champ magnétique terrestre, mais d'autres phénomènes, comme le flux de particules chargées dans l'enveloppe de « glace » chaude. La manière dont ces courants circulent n'est pas claire : des recherches supplémentaires devront clarifier le degré de viscosité du milieu dans les profondeurs des géantes de glace et son influence sur les courants de convection. Uranus et Neptune recèlent suffisamment de mystères pour justifier un lobbying régulier des planétologues et astrologues amateurs et lancer une mission d'exploration aussi bien équipée que possible vers les deux géantes de glace.

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Article original sur Spektrum.de

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