Uranus et Neptune sont souvent décrits comme des quasi-jumeaux, mais une nouvelle étude suggère que leur chimie, et peut-être leur histoire, pourraient différer plus que prévu.
« Uranus et Neptune ressemblent peut-être à des jumeaux aujourd’hui, mais leur chimie nous dit qu’ils ressemblent davantage à des cousins avec des histoires très différentes », a déclaré le Dr Olivier Mousis, chercheur au Southwest Research Institute.
« Leurs compositions atmosphériques pourraient être liées à différentes régions du disque protoplanétaire où les planètes se sont formées, ce qui ferait de leurs similitudes une coïncidence remarquable. »
Les deux planètes n’ont été visitées qu’une seule fois, par Voyager 2 de la NASA dans les années 1980, et leur composition profonde est largement inconnue.
Les auteurs de l’étude ont donc utilisé comme sonde indirecte le monoxyde de carbone détecté dans la haute troposphère.
On pense que ce gaz se forme au plus profond des planètes, où il est lié chimiquement à l’eau, puis transporté vers le haut par mélange vertical.
En modélisant ce processus, les chercheurs peuvent travailler à rebours pour estimer la quantité d’oxygène qui se trouve en dessous.
« Nous ne pouvons pas accéder directement aux atmosphères profondes d’Uranus et de Neptune, mais les traceurs chimiques nous permettent de sonder les conditions cachées sous leurs nuages visibles », a déclaré le Dr Mousis.
« L’étude du monoxyde de carbone est particulièrement utile en raison de son abondance dans la haute troposphère. »
« Grâce à ces données, nous pouvons modéliser l’évolution chimique du disque protoplanétaire et l’origine de ses matériaux. »
Pour Uranus, le modèle a utilisé une nouvelle mesure de monoxyde de carbone d’ALMA, que l’équipe a estimée à environ 5,6 parties par milliard. Le niveau de Neptune est environ deux ordres de grandeur plus élevé.
Lorsque le mélange vertical pouvait varier en fonction de la latitude, les scientifiques ont estimé qu’Uranus avait un rapport oxygène/hydrogène de 62 à 177 fois supérieur à celui du Soleil, tandis que celui de Neptune était de 222 à 342 fois.
Ils ont également estimé les rapports carbone/oxygène d’environ 0,06 à 0,52 pour Uranus et de 0,02 à 0,12 pour Neptune.
Ensuite, ils ont comparé ces ratios avec un modèle du disque protoplanétaire du Soleil.
La plage supérieure d’Uranus est proche de la valeur du Soleil, tandis que celle de Neptune est nettement inférieure.
Les résultats suggèrent que les éléments constitutifs de Neptune pourraient s’être formés près de la ligne de glace d’eau, plus proche du Soleil.
Les valeurs inférieures d’Uranus pourraient correspondre à des matériaux formés à l’intérieur de la ligne de glace de méthane.
« La chimie de Neptune est difficile à concilier avec l’idée qu’elle s’est formée là où nous la voyons aujourd’hui, en puisant dans le même réservoir de matériaux cosmiques qu’Uranus », a déclaré le Dr Mousis.
« Au lieu de cela, nos modèles nous portent à croire que ses éléments constitutifs ont parcouru un long chemin jusqu’à l’endroit où Neptune pourrait les accumuler. »
« En bref, deux mondes superficiellement similaires pourraient avoir atteint leurs emplacements et formations actuels via deux chemins évolutifs très distincts. »
« En raison du manque d’accès in situ aux atmosphères d’Uranus et de Neptune, la portée complète de la compréhension de leur composition, de leurs intérieurs et de leurs formations est fondamentalement limitée. »
« Nos découvertes ont des implications au-delà de Neptune et d’Uranus et même bien au-delà de notre système solaire. »
« Des planètes de taille comparable à Uranus et Neptune sont communes autour d’autres étoiles, c’est pourquoi Uranus et Neptune sont des références essentielles pour comprendre comment les planètes se forment et évoluent dans la galaxie, et c’est précisément pourquoi des missions comme l’Uranus Orbiter and Probe de la NASA, dont le lancement est prévu au cours de la prochaine décennie, sont si importantes. «
Les résultats paraissent cette semaine dans le journal Astronomie et astrophysique.
