Tout comme Uranus, Neptune est une géante glacée. Planète la plus éloignée de notre étoile, elle est le siège des tempêtes les plus violentes du Système solaire. Teinte bleue azur d’origine inconnue, pluies de diamants… Eh oui, Neptune recèle d’incroyables richesses… à découvrir dans ce dossier.

Planète Neptune vue dans sa totalité : elle est bleu intense sur fond noir.
Neptune vue par la sonde Voyager 2 en 1989. Crédit : Nasa/JPL

Découverte de Neptune

Neptune est la huitième et dernière planète du Système solaire, la plus éloignée du Soleil après Uranus à 30 unités astronomiques. Impossible à observer à l’œil nu, son existence n’a pu être confirmée qu’après l’invention du télescope.

Elle est ainsi la première planète a avoir été découverte par le calcul, à partir de la trajectoire et des caractéristiques d’Uranus. C’est le mathématicien français Urbain Le Verrier, spécialisé en mécanique céleste, qui a réalisé cet exploit entre 1844 et 1846.

Schéma qui représente Uranus et Neptune sur leurs orbites. On voit deux configurations pour montrer l'influence gravitationnelle qu'elles ont l'une sur l'autre. Schéma sur fond noir, Uranus en bleu clair et Neptune en bleu lavande.
Perturbations gravitationnelles entre Neptune et Uranus. Crédit : CC BY-SA 3.0

Uranus tourne autour du Soleil en 84 ans et Neptune en 165 ans. Régulièrement, Uranus “double” donc Neptune. Dans la configuration 1 de l’illustration ci-dessus, Neptune est “devant” Uranus. Elle attire Uranus vers elle, donc Uranus accélère sur son orbite à la vitesse v1, supérieure à sa vitesse nominale. Par action-réaction, Neptune ralentit à la vitesse v1n.

Dans la configuration 2, Neptune est “derrière” Uranus. Elle attire donc Uranus vers l’arrière. Ce freinage fait ralentir Uranus à la vitesse v2, inférieure à sa vitesse nominale. Réciproquement, Neptune accélère à la vitesse v2n. Ce sont les observations des avances et retards d’Uranus par rapport à son orbite non perturbée qui ont permis de découvrir Neptune.

Sur fond noir, deux clichés d'Uranus à gauche et Neptune à droite pris par Hubble. Les deux planètes sont floues et dans des teintes de blanc et bleu clair.
Montage photo d’Uranus (à gauche) et Neptune (à droite) vues par Hubble en 2018. Crédit : Nasa/Esa/A. Simon/M.H. Wong/A. Hsu

Neptune, la belle bleue

Avec Uranus, Neptune est la seule représentante des géantes glacées de notre Système solaire, aussi appelées sous-géantes car plus petites que Jupiter et Saturne. Neptune est plus massive qu’Uranus bien que légèrement plus petite. Quatre fois plus grande que la Terre, Neptune est aussi 17 fois plus lourde que notre planète.

Sa composition interne est similaire à celle d’Uranus. Neptune serait pourvue d’un noyau rocheux de fer et de silicates, lui-même entouré d’eau, de méthane et d’hydrocarbures dans différents états allant de solide (glaces) à liquide. Une atmosphère d’hydrogène, d’hélium et de méthane entourerait le tout.

Schéma de la structure interne de Neptune. On y voit une coupe de la planète avec le noyau au centre (marron), entouré d'une couche bleu-gris (glaces et liquides d'eau, ammoniac et méthane), et d'une couche bleu lavande qui représente l'atmosphère.
Structure interne de Neptune. Crédit : Nasa

L’atmosphère de Neptune se compose principalement d’hydrogène (84 %), d’hélium (12 %) et de méthane (1,5 %) avec des traces d’ammoniac, d’éthane et d’acétylène. C’est le méthane (CH4) qui absorbe la lumière dans les longueurs d’ondes vers le rouge – voir rappel sur la lumière – et fait apparaître Neptune en bleu.

Toutefois, le bleu si particulier de Neptune se rapproche de l’azur, et le méthane seul ne peut pas être responsable d’une telle teinte. Avec seulement du CH4, Neptune serait bleu-vert comme Uranus. D’autres éléments chimiques, encore inconnus, sont donc responsables de cette couleur caractéristique…

Sur fond noir, les deux planètes Uranus (à gauche) et Neptune (à droite) desquelles on distingue bien la légère différence de couleur, plus verdâtre pour Uranus.
Comparaison des couleurs bleu-vert d’Uranus (à gauche) et bleu azur de Neptune (à droite). Crédit : Nasa/JPL-Caltech/Björn Jónsson

Pleut-il des diamants sur Neptune ?

Dans les profondeurs de Neptune, la pression peut atteindre les 600 GPa et la température 7 000 °C. Dans de telles conditions, le carbone contenu dans les hydrocarbures de la planète pourrait alors se transformer… en diamant. En 2017, des scientifiques du Stanford Linear Accelerator Center ont d’ailleurs prouvé la faisabilité de cette réaction chimique.  

Les petits diamants formés dans la couche intermédiaire de Neptune tomberaient ensuite vers le noyau, donnant naissance à une pluie de nanodiamants… Le devenir de ces pierres précieuses neptuniennes est encore mal connu. Toutefois, les premières hypothèses parues dans la revue Nature Astronomy laissent rêveur. Enveloppe solide de diamant autour du noyau, ou mer d’hydrocarbure parsemée d’icebergs en diamant, à vous de choisir !

Illustration d'une pluie de diamants sur Neptune. On y voit la planète en coupe et des petits diamants qui y tombent, un peu partout sur l'image.
Des diamants sur Neptune ? Crédit : Greg Stewart/Slac

Un climat apocalyptique

Tout comme sur les autres géantes gazeuses, les vents neptuniens soufflent en bandes parallèles à l’équateur et d’immenses orages et vortex ponctuent la surface de la planète. Les vents de Neptune sont les plus rapides du Système solaire, puisqu’ils peuvent dépasser les 2 000 km/h !

Zoom sur la surface bleue de Neptune où l'on voit des nuages parallèles à l'équateur, dans la très haute atmosphère, dont les ombres se reflètent sur les nuages inférieurs (d'apparence uniforme).
Nuages dans la très haute atmosphère de Neptune. Crédit : Nasa/JPL

Par ailleurs, Neptune possède une Grande Tache sombre, similaire à la Grande Tache rouge de Jupiter. Cette tempête anticyclonique a été observée pour la première fois par la sonde Voyager 2 en 1989, et réapparaît périodiquement à la surface de la planète. Les vents y soufflent jusqu’à 2 500 km/h, ce qui en fait la tempête la plus rapide du Système solaire. 

Anneaux et satellites neptuniens

Neptune possède cinq anneaux, du plus proche au plus éloigné de la planète : Galle, Le Verrier, Lassell, Arago et Adams. Très peu lumineux, ils sont de composition et d’origine inconnues. Leur existence a été prouvée par l’observation grâce à la sonde Voyager 2. L’anneau extérieur, Adams, a la particularité de posséder quatre arcs plus brillants que le reste du cercle et appelés Liberté, Égalité, Fraternité et Courage.

Photo en noir et blanc prise par Voyager 2 de deux anneaux de Neptune. On voit l'anneaux d'Adams en gris et des arcs plus brillants en blanc.
L’anneau d’Adams (extérieur) et ses arcs brillants. Crédit : Nasa/JPL/Space Science Institute/Caltech

Les anneaux de Neptune se sont probablement formés après la naissance du Système solaire, suite à la collision d’anciens satellites de la planète. À ce jour, Neptune possède encore au moins 14 lunes naturelles. En huitième position par rapport à Neptune, Triton est le plus imposant – plus grand que Pluton – et sans nul doute un des plus intéressants.

Contrairement à toutes les autres grandes lunes du Système solaire, Triton tourne autour de Neptune dans le sens des aiguilles d’une montre – vu de dessus. Ainsi, il ne peut pas avoir été formé en même temps que la planète à partir du même disque d’accrétion, mais a dû être capturé par Neptune. Triton proviendrait en réalité de la ceinture de Kuiper.

Montage qui montre au premier plan Triton en dégradé de gris et à l'arrière-plan Neptune de son bleu habituel.
Triton au premier plan et Neptune (montage). Crédit : Nasa

Triton possède une atmosphère ténue, probablement issue de geysers dont les traces ont été observées sur la calotte polaire au sud de Triton. Avec Io et Encelade, la lune fait ainsi partie des rares satellites naturels à présenter une activité géologique récente, notamment sous forme de cryovolcanisme – volcans de glace qui éjectent des éléments volatils comme l’eau, l’ammoniac ou le méthane.  

Projets d’exploration ?

Quasiment tout ce que l’on sait de Neptune aujourd’hui est basé sur les observations effectuées par la sonde Voyager 2 lors de son survol le 25 août 1989. De par sa distance à la Terre, l’envoi d’une mission d’exploration vers cette planète est un véritable défi technique et financier. Mariner Mark II, Prometheus, Odinus… nombreux sont les projets – européens, américains – abandonnés ou restés en suspens.

Le plus grand espoir de concrétisation repose aujourd’hui sur la Nasa. L’agence spatiale américaine a longtemps réfléchi à une mission d’étude d’Uranus et Neptune. Mais l’état de ses finances l’obligent à choisir l’une des deux planètes… Des observations d’Hubble en 2017 ont montré une activité insoupçonnée chez Uranus, d’où une première attirance pour cette géante glacée. Mais l’intérêt scientifique de la lune neptunienne Triton, siège d’un volcanisme actif, semble avoir pris le dessus.

Illustration d'une mission vers Neptune : on voit Neptune en bleu, sa lune Triton en gris et une sonde à leurs côtés.
Une mission vers Neptune d’ici 2030. Crédit : Nasa

C’est donc vers Neptune que devrait s’élancer la prochaine mission d’envergure dédiée à l’étude d’une planète externe. La sonde devra survoler Jupiter pour bénéficier de son assistance gravitationnelle, ce qui ne peut se produire que tous les 12 ans, dans un alignement des planètes bien spécifique. La prochaine fenêtre de tir est donc prévue pour 2028 à 2030, avec une arrivée autour de Neptune dans les années 2040.

Pluies de diamants, bleu outremer inexpliqué, grande tâche sombre fantôme… Il semblerait donc que l’énigmatique Neptune soit en mesure de conserver ses secrets pendant encore quelques années.


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