Miranda
Vue du pôle sud de Miranda en janvier 1986. Photomontage photographique réalisé par la NASA.
Caractéristiques orbitales (Époque J2000.0)
Type	Satellite naturel d'Uranus
Demi-grand axe	129 900 km
Excentricité	0,0013
Période de révolution	1,413479 d
Inclinaison	4,338 °
Caractéristiques physiques
Dimensions	480×468×465,8 km
Masse	6,59×1019 kg
Masse volumique moyenne	1,20 x103 kg/m³
Gravité à la surface	0,079 m/s2
Albédo moyen	0,32
Température de surface	~ 86 K
Caractéristiques de l'atmosphère
Pression atmosphérique	Pas d'atmosphère
Découverte
Découvert par	Gerard Kuiper
Découverte	16 février 1948
Désignation(s) provisoire(s)	—
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Miranda, également connue sous le nom d'Uranus V, est un satellite d'Uranus. Cette lune fut découverte en 1948 par Gerard Kuiper. Elle porte le nom de Miranda, la fille du magicien Prospero qui apparait dans la tragi-comédie La Tempête de William Shakespeare. Miranda n'a été approchée qu'une seule fois, par la sonde Voyager 2 en janvier 1986. De tous les satellites naturels d'Uranus, Miranda est celui dont la sonde a fait les meilleures images. Néanmoins, durant le survol de la sonde, l'hémisphère Nord était plongé dans la nuit ; les observations se sont donc limitées à l'hémisphère Sud.

Miranda est la plus petite des cinq principales lunes^{note 1} en orbite autour d'Uranus. Elle est aussi la plus proche de cette planète, à seulement 129 900 km et la moins dense. Sa surface semble composée de glace d'eau mêlée à des composés de silicates et decarbonates ainsi qu'à de l'ammoniac. À l'instar des autres lunes d'Uranus, son orbite est inscrite dans un plan perpendiculaire à l'orbite de la planète autour du Soleil, ce qui provoque des variations saisonnières extrêmes en surface. En cela, elle suit la rotation atypique de la planète qui tourne selon un axe quasiment parallèle au plan de son orbite autour du Soleil. Comme les autres lunes d'Uranus, Miranda s'est très probablement formée à partir d'un disque d'accrétion, appelé sous-nébuleuse, qui entourait la planète peu de temps après sa formation ou après que l’événement catastrophique, qui lui a donné son inclinaison, se fut produit. Cependant, Miranda présente une inclinaison de 4,338 ° par rapport au plan de l’équateur uranien, inclinaison qui est la plus marquée parmi celles des lunes majeures. Cette petite lune, qui aurait pu n'être qu'un corps glacé et inerte couvert de cratères d'impact, est en fait un surprenant, et unique, patchwork de zones très variées. La surface de Miranda comprend de vastes plaines vallonnées piquées de cratères et traversés par un réseau de failles escarpées et de rupes. Cette surface présente surtout trois impressionnantes couronnes, aussi appelées « coronae », dont les diamètres dépassent les 200 km. Ces formations géologiques ainsi que l’inclinaison anormale de l'orbite signent une activité géologique et une histoire complexe. Miranda aurait été marquée par des forces de marée, des mécanismes de résonances orbitales, un processus de différenciation planétaire partielle ainsi que par des mouvements de convection, d’expansion de son manteau et des épisodes de cryovolcanisme.

Découverte et étymologie

Le découvreur de Miranda, l'astronomeGerard Kuiper en 1963.

Miranda est découverte le 16 février 1948 par l'astronome américano-hollandais Gerard Kuiper, depuis l'observatoire McDonald au Texas, 97 ans après la découverte de Titania et Obéron. Kuiper cherchait en fait à obtenir des données précises concernant les magnitudes relatives des quatre lunes d'Uranus alors connues : Ariel, Umbriel, Titania et Obéron¹.

Suite à une proposition de John Herschel, fils du découvreur d'Uranus William Herschel, toutes les lunes d'Uranus sont nommées d'après des personnages des œuvres de William Shakespeare ou d'Alexander Pope. Miranda est la fille du magicien Prospero, duc de Milan, dans la comédie La Tempête¹. Par ailleurs, cette lune est aussi appelée « Uranus V ».

Dans le même esprit, les noms des formations géologiques remarquables de Miranda proviennent des lieux où se déroulent les principales intrigues de l’œuvre de Shakespeare².

Orbite

Miranda, Uranus et les autres lunes photographiées par l'Observatoire du Cerro Paranal.

Miranda est le plus proche des principaux satellites naturels d'Uranus. Éloignée d’approximativement 129 900 kmd'Uranus, cette lune est sur une orbite qui possède une inclinaison et une excentricité notables par rapport au plan de l'équateur uranien^3,4. Son excentricité est d'un ordre de magnitude supérieur à celui des autres satellites naturels d'Uranus⁵. Ces paramètres orbitaux pourraient être la conséquence de résonances orbitales anciennes avec d'autres lunes uraniennes. Ainsi Miranda pourrait avoir été en résonance 3:1 avec Umbriel. Elle pourrait aussi avoir été, dans le passé, en résonance 5:3 avec Ariel⁵. Uranus est plus faiblement aplatie à ses pôles et également est plus petite, au regard de ses satellites, que Jupiter ou Saturne. De ce fait, ces lunes peuvent plus facilement se soustraire aux forces qui maintiennent leur orbite en résonance. C'est en échappant à ces résonances que Miranda aurait gagné son excentricité et surtout son inclinaison orbitale singulière⁵.

La période orbitale de Miranda est de 1,413 journées terrestres, et elle coïncide avec sa période de rotation⁶. Ainsi Miranda est en rotation synchrone, de sorte que, vue d'Uranus, elle présente toujours la même face⁶. Cette orbite donne à la petite lune un hémisphère uranien (toujours orienté vers Uranus) et un hémisphère anti-uranien (qui tourne en permanence le dos à la planète)⁷. De même elle possède un hémisphère à l'apex du mouvement orbital, c'est-à-dire qui fait en permanence face à la direction vers laquelle se déplace Miranda, et un hémisphère à l'anti-apex qui est en permanence rivée dans la direction d'où provient la lune⁷. Cependant ces hémisphères (et les pôles géographiques qu'ils impliquent) n'ont pas toujours été ceux qu'a observé la sonde Voyager 2 lors de son passage, mais des preuves ont été trouvées de l’existence d'une ancienne orientation⁸. Cette ancienne orientation était associée à un paléopole (le pôle autour duquel l'astre tournait alors) ainsi qu'à un paléoapex puisqu'il semble qu'elle fut alors déjà en rotation synchrone⁸.

L'orbite de Miranda est complètement inscrite dans la magnétosphère d'Uranus⁹. L'hémisphère arrière des satellites dont l'orbite est entièrement située au sein de la magnétosphère de la planète est impacté par le plasma magnétosphérique qui est en rotation avec la planète¹⁰. Ce bombardement pourrait entraîner l'assombrissement des hémisphères arrières de l'ensemble des satellites majeurs uraniens à l'exception d'Obéron⁹. Miranda capture en effet les particules magnétosphériques chargées. En 1986 la sonde Voyager 2 permit d'observer une baisse prononcée du nombre de particules énergétiques à proximité de l'orbite des lunes uraniennes¹¹.

À l'instar des autres satellites d'Uranus, Miranda orbite dans le plan équatorial uranien. Cependant l'axe de rotation d'Uranus est quasiment inscrit dans son plan orbital. Ainsi, les pôles géographiques de la lune sont continuellement éclairés durant 42 ans, puis plongés dans la nuit pour la même période de temps. Aussi, Miranda est sujette à des cycles saisonniers extrêmes tels qu'ils sont observés sur Terre aux pôles (voir Nuit polaire ou Jour polaire) autour des solstices¹². Le survol de Voyager 2 coïncida avec le solstice d'été de l'hémisphère sud de 1986, alors que la quasi totalité de l'hémisphère nord était dans l'obscurité. Une fois tous les 42 ans, quand Uranus a une équinoxe et que la Terre s'inscrit dans son plan équatorial, les lunes d'Uranus peuvent s'occulter les unes les autres. Un certain nombre de ces événements ont eu lieu en 2006–2007, incluant une occultation d'Ariel par Miranda le 15 juillet 2006 à 00:08 UT et une occultation d'Umbriel par Miranda le 6 juillet 2007 à 01:43 UT¹³.

Composition et structure interne

Un phénomène de convection thermique à viscosité constante.

Il existe une distinction claire entre les différents satellites selon leur forme. Leur taille implique qu'ils sont sphériques ou non. Les satellites ayant un diamètre supérieur à 400 km sont sphériques et la taille de leur relief est alors négligeable devant la taille de l'astre¹⁴. Avec un rayon moyen de 235 km, Miranda est proche de cette limite¹⁵. Il est le moins dense des satellites majeurs d'Uranus. Sa densité de 1,15 ± 0,15 g·cm^-3 est proche de celle de la glace d'eau¹⁶. L'observation de sa surface dans les longueurs d'onde de l'infrarouge a permis de caractériser, en surface, la présence de glace d'eau mêlée à des composés desilicates et de carbonates¹⁷. Les mêmes observations de surface pourraient aussi caractériser la présence d’ammoniac (NH₃) dans une proportion de 3 %¹⁸. Au regard des mesures faites par la sonde Voyager 2, la proportion de roches représenterait entre 20 et 40 % de la masse totale de la lune¹⁶.

Miranda pourrait s'être partiellement différenciée en un noyau de silicates et un manteau de glaces¹⁹. Dans ce cas, le manteau gelé aurait une épaisseur de 135 km alors que le noyau aurait un rayon d'environ 100 km¹⁹. Selon cette configuration, l’évacuation de la chaleur interne de la lune se serait alors opérée par conduction thermique²⁰. Cependant l'observation des coronae pourrait être le témoignage d'un mouvement deconvection thermique en surface. Ce mouvement est issu des profondeurs de la lune, qui se serait alors substitué au phénomène de conduction, justifiant une différenciation partielle⁷.

Géographie

Miranda possède une surface étonnante et unique en son genre^21,15. Parmi les structures géologiques qui la recouvrent figurent fractures, failles, vallées, cratères, crêtes, gorges, dépressions, falaises et des terrasses^22,23. En effet, cette lune de la taille d'Encelade est une surprenante mosaïque de zones très variées. Certaines régions sont anciennes et ternes. À ce titre, elles portent de très nombreux cratères d'impacts comme cela est attendu d'un petit corps inerte²¹. D'autres régions sont faites de bandes rectangulaires ou ovoïdes. Elles comportent des ensembles complexes de crêtes et de rupes (escarpements de failles) parallèles ainsi que de nombreux affleurements de matériaux brillants et sombres, suggérant une composition exotique²⁴. Cette lune n'est très probablement composée que de glace d'eau en surface, ainsi que de roches de silicate et d'autres composés organiques plus ou moins ensevelis²⁴.

Illustration des positions des principales structures géologiques sur une image de Miranda.