Anneaux d'Uranus - Définition

Exploration

Les anneaux ont été intensément étudiés pendant le passage de la capsule spatiale Voyager 2 en janvier 1986. Deux nouveaux anneaux ténus, λ et 1986U2R, ont été découverts, portant le nombre d´anneaux connus à onze. Les anneaux ont été étudiés grâce à l’analyse par occultation dans les gammes radio, ultraviolette et optique. Voyager 2 a observé les anneaux sous diverses perspectives par rapport au Soleil, donnant des images en lumière diffusée en arrière, sur le côté et en avant. L´analyse de ces images a permis la détermination complète de la brillance en fonction de la phase et des albédos géométrique et de Bond des particules des anneaux. Deux anneaux, ε et η ont été résolus sur les images, révélant une structure fine et compliquée. L´analyse des images de Voyager a aussi permis la découverte de dix lunes internes, dont les deux bergers de l’anneau ε, Cordélia et Ophélie.

Dynamique et origine

Un schéma des anneaux internes, en couleurs renforcés, selon Voyager 2.

Un problème encore ouvert sur les anneaux étroits d´Uranus est leur mécanisme de confinement. Sans un tel mécanisme pour maintenir ensemble leurs particules, les anneaux se disperseraient radialement très vite. Et leur durée de vie en l’absence de ce mécanisme ne peut pas dépasser un million d´années. Le modèle le plus courant pour ce genre de confinement, proposé initialement par Goldreich et Tremaine, consiste en ce qu´une paire de lunes, les bergers internes et externes, interagissent gravitationnellement avec l´anneau, et agissent comme source et puits respectivement pour compenser les fluctuations de moment cinétique (ou aussi bien d´énergie cinétique). Ce faisant, ils maintiennent la cohésion de l´anneau, mais ils s´en écartent progressivement. Pour être efficaces, les masses des bergers doivent dépasser celle de l´anneau par un facteur au moins 2 ou 3. On peut voir ce mécanisme à l´œuvre dans le cas de l’anneau ε, où Cordelia et Ophelia jouent le rôle de bergers. Cordelia est aussi le berger externe de l’anneau δ et Ophelia celui de l’anneau γ. Cependant, on ne connaît pas de lune de plus de 10 km à portée des autres anneaux. La distance actuelle de Cordelia et Ophelia de l´anneau ε permet d´estimer l’âge de l’anneau. Les calculs montrent qu´il ne peut être plus vieux que 6×10⁸ a.

Comme les anneaux d´Uranus apparaissent jeunes, ils doivent être continuellement renouvelés par collision et fragmentation de plus grands objets. Les estimations montrent que le temps de vie par collision d´une lune de la taille de Puck est de quelques milliards d´années. Le temps de vie d´un satellite plus petit est bien plus court. Donc toutes les lunes et anneaux internes peuvent être les produits de cassure de quelques lunes de la taille de Puck pendant les derniers 4,5 milliards d´années. Toute brisure de ce genre aurait déclenché une cascade de collisions broyant rapidement tous les gros fragments en particules bien plus petites, y compris la poussière. Finalement la majorité de la masse est perdue, et les particules survivantes sont seulement celles qui sont stabilisées par des résonances mutuelles et des effets de berger. À la fin de cette évolution, il ne devrait rester qu´un système d´anneaux étroits. Mais quelques mini-lunes peuvent rester au sein des anneaux à présent. Leur taille est probablement limitée à quelque 10 km.

L´origine des bandes de poussière pose moins de problèmes. La poussière a un temps de vie très court, de 100 à 1 000 a. Les bandes doivent donc être continûment réalimentées par des collisions entre particules plus grandes des anneaux, des mini-lunes et des météoroïdes provenant de l´extérieur du système uranien. Les ceintures de mini-lunes et de particules elles-mêmes sont invisibles, en raison de leur faible densité optique, alors que la poussière se révèle en diffusion de la lumière vers l’avant. Les anneaux principaux étroits et les ceintures de mini-lunes qui créent les bandes de poussière diffèrent probablement dans la distribution des tailles. Les anneaux principaux ont plus de corps entre le centimètre et le mètre. Ce type de distribution accroît la surface des objets dans les anneaux, ce qui conduit à une haute densité optique en lumière diffusée vers l’arrière. Par contre, les bandes de poussière ont assez peu de grosses particules, ce qui résulte en une basse densité optique.