La structure des planètes les plus éloignées de notre système solaire, Uranus et Neptune, étudiée

Une équipe de chercheurs de l'Université de Zurich et du NCCR PlanetS remet en question notre compréhension de la composition interne des planètes du système solaire. Uranus et Neptune, les deux planètes les plus éloignées, seraient en réalité plus rocheuses et moins glacées qu'on ne le pensait.

Types de planètes de notre système solaire

Les planètes du système solaire sont généralement divisées en trois catégories selon leur composition : les quatre planètes telluriques rocheuses (Mercure, Vénus, la Terre et Mars), suivies des deux géantes gazeuses (Jupiter et Saturne), et enfin des deux géantes de glace (Uranus et Neptune).

La nouvelle étude n'affirme pas que les deux planètes bleues sont riches en eau ou en roches, mais remet plutôt en question l'hypothèse que les planètes riches en glace soient la seule possibilité. Cette interprétation est également cohérente avec la découverte que la planète naine Pluton possède une composition principalement rocheuse.

L'équipe a développé un processus de simulation unique pour l'intérieur d'Uranus et de Neptune. « La classification des géantes de glace est trop simpliste, car Uranus et Neptune sont encore mal connues », explique Luca Morf, doctorant à l'Université de Zurich et principal auteur de l'étude. Les modèles physiques reposaient trop sur des hypothèses, tandis que les modèles empiriques étaient trop simplistes. « Nous avons combiné les deux approches pour obtenir des modèles d'intérieur à la fois "agnostiques" (ou non biaisés) et physiquement cohérents. » Pour ce faire, ils partent d'un profil de densité aléatoire pour l'intérieur de la planète. Ensuite, ils calculent le champ gravitationnel planétaire qui concorde avec les données d'observation et en déduisent une composition possible. Enfin, ils répètent le processus afin d'obtenir la meilleure adéquation possible entre les modèles et les données d'observation.

Un tout nouvel éventail de possibilités

Grâce à leur nouveau modèle agnostique, mais entièrement physique, l'équipe de l'Université de Zurich a découvert que la composition interne possible des « géantes de glace » de notre système solaire ne se limite pas à la glace (généralement représentée par l'eau). « C'est une hypothèse que nous avions formulée il y a près de 15 ans, et nous disposons désormais du cadre numérique nécessaire pour la prouver », explique Ravit Helled, professeur à l'Université de Zurich et responsable du projet. Cette nouvelle gamme de compositions internes montre que ces deux planètes pourraient être riches en eau ou en roche.

L'étude apporte également un nouvel éclairage sur les champs magnétiques énigmatiques d'Uranus et de Neptune. Alors que la Terre possède des pôles magnétiques nord et sud bien définis, les champs magnétiques d'Uranus et de Neptune sont plus complexes, présentant plus de deux pôles. « Nos modèles intègrent des couches d'eau ionique qui génèrent des dynamos magnétiques à des endroits expliquant les champs magnétiques non dipolaires observés. Nous avons également découvert que le champ magnétique d'Uranus prend naissance à une plus grande profondeur que celui de Neptune », explique Ravit Helled.

La nécessité de nouvelles missions spatiales

Bien que les résultats soient prometteurs, certaines incertitudes subsistent. « L'un des principaux problèmes est que les physiciens comprennent encore mal le comportement des matériaux soumis aux conditions de pression et de température extrêmes qui règnent au cœur d'une planète ; cela pourrait affecter nos résultats », explique Luca Morf, qui prévoit d'étendre les modèles ultérieurement.

Malgré les incertitudes, ces nouveaux résultats ouvrent la voie à un scénario inédit concernant la composition interne d'Uranus et de Neptune, remettent en question des hypothèses établies depuis des décennies et orientent les recherches futures en science des matériaux dans un contexte planétaire. « Uranus et Neptune pourraient être des géantes rocheuses ou des géantes de glace, selon les hypothèses du modèle. Les données actuelles sont insuffisantes pour trancher entre les deux ; des missions dédiées vers Uranus et Neptune sont donc nécessaires pour révéler leur véritable nature », conclut Ravit Helled.

Source : Université de Zurich