Planète géante gazeuse du système solaire
L’orbite de Neptune autour du Soleil n’est que faiblement elliptique (excentricité de 0,009), parcourue en 164 ans et 8 mois. Le demi-grand axe vaut 30,1 unités astronomiques (soit 4,51 milliards de km ; la lumière du Soleil met plus de 4 heures pour parvenir à la planète).
La masse de la planète s’élève à 17,15 masses terrestres (102,43×1024 kg), son rayon équatorial à 24 764 km, le rayon polaire étant aplati de 2,7 %.
Invisible à l’œil nu, la planète Neptune a été identifiée pour la première fois en 1846 par l’astronome Johann Gottfried Galle, observant dans la direction indiquée par les calculs indépendants de John Couch Adams et d’Urbain Le Verrier. Ceux-ci, analysant les perturbations de la trajectoire d’Uranus, les avaient interprétées comme le résultat du champ gravitationnel d’une planète inconnue. La découverte de Neptune confirma leur intuition, quand bien même leurs calculs étaient erronés. La découverte de Neptune dans le ciel, objet invisible à l’œil nu de magnitude 7,7, nécessite des jumelles et la connaissance des éphémérides. On distingue alors seulement un disque pâle de 2,4 secondes d’arc de diamètre, de couleur verdâtre. Seul le télescope spatial Hubble est à même de distinguer des détails sur le disque planétaire.
L’atmosphère et la structure interne
L’essentiel de nos informations sur Neptune provient de la sonde Voyager 2, qui a survolé la planète en août 1989. Cette sonde a révélé l’existence de nombreuses structures atmosphériques, dont la grande tache sombre, ainsi que la présence de vents rapides (300 m/s). Elle a mesuré la période de rotation propre, égale à 16 h 7 min. La planète présente une couleur bleu profond, due au méthane, qui absorbe la composante rouge de la lumière incidente solaire. Les observations du télescope spatial Hubble ont révélé la disparition de la grande tache en 1994, puis la réapparition d’une autre, équivalente, dans l’hémisphère Sud. La présence de nombreux motifs atmosphériques dénote une enveloppe fluide bien plus agitée que celle d’Uranus. Cela est à relier au fait que, comme Jupiter et Saturne, Neptune rayonne plus d’énergie que le Soleil n’en envoie. Cette énergie résulte de la lente contraction de la planète : le mécanisme de Kelvin-Helmholtz convertit l’énergie gravitationnelle en chaleur. La température de brillance de la planète, 56 kelvins, est alors égale à celle d’Uranus, malgré un ensoleillement 2,5 fois moindre.
Comme les autres planètes géantes, Neptune résulterait de l’effondrement d’une atmosphère fluide d’hydrogène et d’hélium autour d’un noyau dense. Ce noyau serait constitué de quelques masses terrestres de roches, surmonté d’une gangue de glaces et d’une enveloppe fluide d’hydrogène moléculaire et d’hélium principalement. Dans l’état actuel des connaissances, il est impossible de déterminer si les composantes de glaces et de roches sont effectivement distinctes ou mélangées. Par rapport à Jupiter et à Saturne, l’atmosphère est de bien moindre importance et n’occuperait que 30 % du rayon. Contrairement au champ magnétique de la plupart des objets du système solaire, celui de Neptune possède une structure complexe qui n’est pas dipolaire ; sa source serait située non pas dans le noyau planétaire mais dans des couches plus superficielles.
Les satellites et les anneaux
Neptune, à l’instar des autres planètes géantes, est accompagnée d’un cortège de satellites. Jusqu’à la sonde Voyager, seuls Triton et Néréide étaient connus, leurs diamètres étant respectivement de 2 700 et de 340 km. Six autres satellites ont été clairement identifiés par la sonde. L’orbite de Néréide se distingue par son excentricité de 0,75, la plus forte parmi les corps majeurs du système solaire.
Triton présente plusieurs particularités. Il s’agit du seul parmi les gros satellites du système solaire à avoir une orbite rétrograde (c’est-à-dire une orbite opposée aux autres orbites du système solaire). Il n’a pas pu se former dans cette configuration autour de Neptune. Comme, de plus, son axe de rotation est incliné de 157° par rapport à celui de Neptune, on pense qu’il a été capturé par la planète. Il pourrait s’agir initialement d’un des plus gros objets de la ceinture de Kuiper. Il présente une surface jeune, car très peu cratérisée, avec des volcans de glaces. Il compte parmi les rares corps du système solaire au volcanisme actuellement actif, avec la Terre, Vénus et Io (satellite de Jupiter). Ce volcanisme semble d’un type particulier : les éruptions de matériaux volatils (azote, méthane) seraient dues non pas à une activité interne, mais au réchauffement saisonnier du Soleil.
La sonde Voyager a levé le doute sur les anneaux de Neptune. Depuis la Terre, ils ne peuvent être vus qu’indirectement, uniquement lorsqu’ils occultent une étoile. Leur existence n’a été admise qu’en 1986, diverses observations concordant pour montrer qu’ils n’apparaissaient que sous forme d’arcs incomplets. Voyager a confirmé que les anneaux de Neptune présentent la particularité d’être très inhomogènes en longitude, et que seules trois composantes plus épaisses sont visibles depuis la Terre.
Les anneaux, au nombre de quatre, orbitent entre 1,7 et 2,5 rayons planétaires. De même que tous les anneaux dans le système solaire, ils sont extrêmement minces ; comme ceux de Jupiter et d’Uranus, ils contiennent très peu de matière.
