Planète géante de glaces
type de planète
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Une (planète) géante de glaces[note 1], parfois appelée planète géante glacée ou planète sous-géante, ou encore, d'après le nom des deux exemples présents dans notre système solaire, un(e) Uranus ou un(e) Neptune (le second étant plus couramment utilisé), est une planète géante qui n'est pas principalement composée d'hydrogène et d'hélium, mais plutôt d'éléments volatils tels le méthane, l'ammoniac et l'eau. Ces matériaux sont appelés « glaces » en astrophysique, quel que soit leur état (solide, liquide…), à l'inverse de la définition usuelle de ce mot[1]. Les géantes de glaces sont donc distinctes des planètes naines, satellites et autres corps célestes composés en grande partie de glace d'eau, telles les comètes[2].
Les géantes de glaces se forment vraisemblablement dans les quelque premiers millions d'années de l'accrétion d'un système planétaire, lorsque le disque protoplanétaire contient encore suffisamment de gaz[3], vite capturés par l'étoile et les éventuelles géantes joviennes.
Deux types de géantes de glaces sont distingués selon leur température : les Neptune chauds, orbitant près de leur étoile, et les Neptune froids, plus éloignés de leur étoile, comme Uranus et Neptune.
Terminologie
En 1952, l'écrivain de science-fiction James Blish forge le nom de gas giant (« géante gazeuse »)[4] pour désigner les grosses planètes non telluriques du système solaire. Le nom de cette classe était alors synonyme de « planète géante ». Cependant, il était déjà clair à l'époque que la composition d'Uranus et Neptune est très différente de celle de Jupiter et Saturne[5]. Elles sont essentiellement constituées de composés plus lourds que l'hydrogène et l'hélium et forment à ce titre un groupe distinct de planètes géantes. Étant donné que, lors de leur formation, Uranus et Neptune ont incorporé des matériaux sous forme de glace ou de gaz piégé dans de la glace d'eau, et que ces planètes sont ainsi composées d'éléments volatils plus lourds, l'appellation « géante de glace » s'est peu à peu imposée[6],[5].
L'usage le plus ancien connu de la locution ice giant en anglais date de 1978 environ[5],[7], l'expression devenant d'usage courant dans les années 1980[5].
Composition et structure
Les planètes géantes de glace sont composées essentiellement des éléments de masse intermédiaire (carbone, azote, oxygène), plus lourds que les « gaz » (hydrogène, hélium) mais moins que les « roches » (silicium) et les « métaux » (fer, nickel)[note 2]. Les géantes de glace sont distinctes des planètes naines, satellites et autres corps célestes composés en grande partie de glace d'eau, comme les comètes[2].
Les planètes géantes de glace ont des composés plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, qui constituent environ 20 % de leur masse alors qu'en comparaison, ils sont les principaux constituants des planètes Jupiter et Saturne, les deux autres géantes gazeuses du système solaire[8]. On retrouve ainsi dans les géantes de glace des éléments tels que le carbone, l'azote, l'oxygène et le soufre. Ces éléments, volatils à des températures supérieures à 100 kelvins, auraient été piégés dans différents types de glace, dont de la glace d'eau, lors de la formation des planètes. En appliquant différentes équations d'état, les modélisations obtiennent une structure internes similaire pour les deux géantes de glace.
On a en fait peu d'indices directs de la composition des « géantes de glace » (y compris celle d'Uranus ou de Neptune), et au XXIe siècle un nombre croissant de théories remettent le terme en question. Ces planètes pourraient être largement constituées de roches, voire d'un océan magmatique[9].
Exemples
Les planètes Uranus et Neptune appartiennent à la classe des planètes géantes glacées. Dans leur masse globale (et non pas seulement leur atmosphère), elles sont composées d'environ 20 % d'hydrogène, à comparer aux près de 90 % que ce gaz représente pour Jupiter et Saturne, les géantes gazeuses les plus massives du Système solaire[10].
Les géantes de glace se forment vraisemblablement dans les quelques premiers millions d'années de l'accrétion d'un système planétaire, lorsque le disque protoplanétaire contient encore suffisamment de gaz[3], vite capturés par l'étoile et les éventuelles géantes joviennes.
On distingue deux types de géantes de glace selon leur température : les Neptune chauds, orbitant près de leur étoile, et les Neptune froids, plus éloignés de leur étoile, comme Uranus et Neptune.
Géantes de glace extrasolaires
Les géantes de glace ont un aspect bleuâtre dû aux quantités importantes de glace de méthane qu'elles contiennent[11]. Sont confirmées comme telles :
