Lorsque la sonde robotique Voyager 2 de la NASA a survolé Uranus et Neptune dans les années 1980, elle a révélé une anomalie : leurs champs magnétiques sont très désordonnés, contrairement à celui de la Terre, qui possède des pôles nord et sud bien définis.
De nouvelles recherches suggèrent que les variations de conductivité électrique au plus profond d’Uranus et de Neptune pourraient être la clé pour expliquer leurs champs magnétiques inhabituels et la façon dont ils pourraient évoluer au fil du temps. Cette découverte est issue d’une étude publiée dans Communications Physics, menée par des chercheurs de l’université du Texas à Austin, avec des collaborateurs de l’université de Californie à Los Angeles, de l’Imperial College London et de l’université de Northumbria.
Les champs magnétiques sont générés par le mouvement de fluides conducteurs d’électricité au plus profond d’une planète — ce processus naturel est appelé dynamo. Sur Terre, le noyau externe de la planète est composé de métal liquide entouré d’une couche de roche essentiellement solide. La convection du fer fondu, influencée par la rotation de la Terre, génère un champ magnétique qui ressemble à celui d’un aimant droit doté de pôles nord et sud puissants. C’est ce qui fait qu’une boussole s’aligne selon l’axe nord-sud.
La configuration magnétique de la Terre, ou son dipôle, est presque verticale, inclinée de seulement 11 degrés par rapport à son axe de rotation. En revanche, le dipôle magnétique d’Uranus est incliné de 59 degrés et celui de Neptune de 47 degrés.
Bien que les matériaux précis qui composent Uranus et Neptune restent inconnus, ces planètes — environ quatre fois plus larges que la Terre — ont été surnommées géantes de glace. On pense qu’elles sont constituées principalement d’hydrogène, d’hélium, d’eau, d’ammoniac, de méthane et de matériaux rocheux.
Selon l’auteur principal de l’étude, Chi Yan, chercheur associé à la Jackson School of Geosciences de l’UT, la grande taille de ces planètes, combinée à leur composition géochimique, pourrait être la recette des champs magnétiques inclinés.
« Au plus profond d’Uranus et de Neptune, les pressions et les températures deviennent extrêmement élevées », a déclaré Yan. « Dans ces conditions, qui peuvent amener les molécules d’eau à se briser en ions, le matériau peut devenir de plus en plus conducteur d’électricité avec la profondeur. »
Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques pour reproduire les champs magnétiques inhabituels observés par Voyager 2. En supposant que la conductivité électrique augmente à de plus grandes profondeurs et en envisageant diverses configurations internes, ils ont simulé comment le mouvement des fluides, la température et les champs magnétiques évoluent ensemble pour générer les dynamos des planètes.
Leurs modèles suggèrent que les champs magnétiques d’Uranus et de Neptune pourraient changer de manière substantielle en quelques décennies et être configurés différemment de ce qu’ils étaient lors de la mission Voyager 2.
« L’inclinaison magnétique de la Terre ne dérive que d’environ un degré en 50 ans », a déclaré Yan. « Nos modèles montrent que les géantes de glace peuvent se comporter très différemment. Sur certaines périodes, l’inclinaison oscille de dizaines de degrés en quelques décennies. Sur d’autres, elle ne se décale que légèrement sur la même durée. »
Entre-temps, les chercheurs analysent des images à haute résolution du télescope spatial James Webb (JWST), qui est sensible à la lumière infrarouge. Le télescope observe les émissions aurorales d’Uranus et de Neptune, qui se produisent lorsque des particules chargées provenant du Soleil interagissent avec les gaz des atmosphères des planètes, ce qui peut receler des indices sur un éventuel déplacement du dipôle.
« Nous sommes en plein travail sur le contenu de ces observations, mais la forme et la structure des aurores, ainsi que d’autres motifs étranges dans l’ionosphère, promettent de nous fournir un moyen de comprendre comment les champs magnétiques ont changé — un jalon important », a déclaré Tom Stallard, professeur à l’université de Northumbria, qui a dirigé la campagne d’observation du JWST et relu l’article pour la revue.
Les chercheurs prévoient de combiner les données des images aurorales du JWST, des observations du champ magnétique de Voyager 2 et des simulations de dynamo afin d’estimer comment les champs magnétiques des planètes pourraient être configurés aujourd’hui. Toutefois, pour bien comprendre l’intérieur de ces planètes, les chercheurs indiquent que des missions supplémentaires vers les géantes de glace sont nécessaires.
Ces recherches ont été financées par l’Institut de géophysique de l’université du Texas (UTIG) au sein de la Jackson School of Geosciences, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) et le Science and Technology Facilities Council.
DOI : Lien vers l’étude
Source : Texas (Austin) U.
