La découverte de Neptune eut un très grand retentissement au XIXe siècle. Elle fait date dans l’histoire des sciences car elle marque le triomphe de la mécanique céleste : le calcul permettait de découvrir un corps céleste situé à plus de 4 milliards de kilomètres de la Terre !

     Gravitant à environ 4,5 milliards de kilomètres du Soleil sur une orbite quasi circulaire, Neptune met cent soixante-cinq ans pour accomplir une révolution. 

     Son plan équatorial est incliné de près de 30 degrés par rapport au plan de son orbite. Bien que trois fois plus petit que Jupiter, Neptune est une planète géante qui est composée à 99% d’hydrogène et d’hélium. Avec un diamètre de 49 520 kilomètres, Neptune est à peine plus petit qu’Uranus. Cependant, sa masse est légèrement supérieure, de l’ordre de 17,2 fois celle de la Terre (contre 14,5 fois pour Uranus), ce qui lui confère la masse volumique moyenne la plus élevée des planètes géantes. Comme Neptune est notablement moins massif que Jupiter ou Saturne, donc moins " comprimé " par la gravité, il contient une plus grande proportion d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. 

     Objet de huitième magnitude, donc invisible à l’œil nu, Neptune se présente au télescope comme un disque bleu-vert d’un diamètre apparent de l’ordre de 2 secondes d’angle ; on discerne très difficilement quelques marques dans son atmosphère. 

     Avant l’ère spatiale, deux satellites seulement étaient connus : Triton et Néréide. Par ailleurs, en observant des occultations d’étoiles par Neptune à partir d’observatoires différents, des chercheurs français et américains avaient, dès 1984 et 1985, simultanément détecté au moins deux " arcs " de matière autour de la planète. 

     L’existence de vents violents, la persistance de grandes structures ovales, sortes d’immenses tourbillons, ainsi que la grande variabilité de marques plus petites étaient totalement inattendues pour une atmosphère qui reçoit du Soleil vingt fois moins d’énergie que Jupiter, ou encore trois cent cinquante fois moins d’énergie que la Terre. Les grandes structures proches de l’équateur se déplacent à une vitesse de 325 mètres par seconde par rapport à l’intérieur de Neptune tandis que de petites structures se meuvent deux fois plus vite. Avec Saturne, Neptune est la planète qui connaît les vents les plus rapides du système solaire. Comme dans le cas d’Uranus et contrairement à Jupiter et à Saturne, l’atmosphère de Neptune tourne moins vite dans les zones équatoriales qu’aux latitudes élevées.

     Comme les autres planètes géantes, Neptune possède des anneaux, mais ceux-ci sont très particuliers : ils présentent en effet des arcs de matière. La sonde Voyager-2 a révélé que la planète était entourée d’un système complet d’anneaux ténus sertis d’arcs brillants. 

     Au moins quatre anneaux ténus entourent Neptune. Le plus externe contient trois arcs de matière plus dense s’étendant en longitude sur 4 degrés, 4 degrés et 10 degrés ; ce sont eux qui sont responsables des occultations secondaires observées depuis la Terre. Les noms L, E et F ont alors été proposés pour ces arcs (pour Liberté, Égalité et Fraternité en cette année du bicentenaire de la Révolution française). Les anneaux sont si ténus qu’ils ne peuvent être observés depuis la Terre ; les caméras de la sonde n’ont pu en obtenir des images que grâce aux poses les plus longues tentées au cours de cette mission. 

    Il reste à comprendre comment le matériau autour de Neptune est confiné non seulement radialement (comme les anneaux minces de Saturne et d’Uranus), mais aussi azimutalement dans les arcs, qui semblent stables. L’explication réside probablement dans l’interaction de satellites proches avec ces arcs. Les satellites connus à ce jour ne suffisent cependant pas pour expliquer cette stabilité, mais les théoriciens étudient d’autres hypothèses. 

     Il est nécessaire de poursuivre l’observation d’occultations stellaires depuis la Terre pour surveiller l’évolution des arcs... et, avec un peu de patience, on verra se former un magnifique anneau supplémentaire, quand Triton se brisera en une multitude de petits cailloux en pénétrant dans la limite de Roche de Neptune, dans un peu moins de 100 millions d’années !

     Avant le survol de Neptune par la sonde Voyager-2, seuls deux satellites, Triton et Néréide, étaient connus. Ils sont dits irréguliers car leurs orbites sont insolites :

- Triton a un mouvement rétrograde sur une orbite très inclinée par rapport au plan équatorial de Neptune,
- et Néréide gravite sur une orbite fortement excentrique.

  
    En 1989, les images prises par Voyager-2 ont révélé six nouveaux satellites qui forment un système régulier tournant dans le sens direct sur des orbites circulaires et peu inclinées.

     Triton a été découvert le 10 octobre 1846 par William Lassel, dix-sept jours seulement après la découverte de la planète elle-même. Avec un diamètre de 2 705 kilomètres, c’est l’un des plus gros satellites du système solaire. À cause des effets de marée avec Neptune (analogues à ceux qui existent entre la Terre et la Lune) et de son mouvement orbital rétrograde, Triton se rapproche inexorablement de la planète. Dans moins de 100 millions d’années, quand il ne sera plus qu’à 1 000 ou 2 000 kilomètres de Neptune, il pénétrera dans la limite de Roche de la planète et se brisera en fragments de quelques centaines de kilomètres qui subiront des collisions mutuelles : certains iront enrichir et embellir les anneaux, d’autres s’écraseront sur la planète.

     Triton se présente comme un corps brillant dont la surface est géologiquement très jeune  ; il possède des cratères volcaniques relativement récents et une atmosphère d’azote, comme la Terre et Titan. La taille, la masse, l’atmosphère ténue et beaucoup d’autres caractéristiques de Triton rappellent fortement la seule planète qui n’a pas encore été visitée par une sonde, Pluton.

     Il a fallu attendre plus d’un siècle pour connaître le deuxième satellite de Neptune, Néréide, découvert en 1949 par Gerard P. Kuiper, et sur lequel on possède, encore aujourd’hui, peu d’informations car Voyager-2 est passé à 4,7 millions de kilomètres de celui-ci et n’a pu en fournir qu’une image à basse résolution.

     Des six petits satellites découverts par la sonde, seuls Proteus et Despina ont pu être photographiés de manière à distinguer quelques détails de leur surface : ils semblent de forme irrégulière et couverts de cratères.

     À l’exception de Triton, tous les satellites de Neptune possèdent une surface très sombre : Néréide ne renvoie dans l’espace que 14% du rayonnement lumineux solaire, et les petits satellites environ 6%. Certains des satellites de Neptune, notamment les plus petits, pourraient représenter les fragments d’un satellite primitif de plus grande taille, brisé lors d’une collision.

1996 Encyclopædia Universalis France