Umbriel, également appelé Uranus II, est le troisième satellite naturel d'Uranus par la taille. Découvert en 1851 par William Lassell, en même temps qu'Ariel, il reçoit alors le nom d'un personnage du poème La Boucle de cheveux enlevée d'Alexander Pope.
Umbriel est principalement constitué de glace, et d'une fraction substantielle de roche. Sa structure interne pourrait être différenciée entre un noyau rocheux et un manteau de glace. Sa surface est la plus sombre parmi celles des lunes d'Uranus, et aurait été principalement façonnée par des impacts météoritiques. Cependant, la présence de canyons suggère l'existence de processus endogènes dus à l'expansion de son intérieur au début de son évolution. Le satellite pourrait avoir subi un resurfaçage endogène qui aurait recouvert une partie des surfaces les plus anciennes.
Parmi les satellites d'Uranus, Umbriel a la surface la plus marquée par des cratères d'impact après Obéron, certains mesurant jusqu'à de diamètre. La principale caractéristique géologique à la surface d'Umbriel est un anneau de matériaux clairs au fond du cratère Wunda.
Comme tous les satellites d'Uranus, Umbriel s'est probablement formé à partir d'un disque d'accrétion entourant la planète juste après sa formation. Le système d'Uranus a été étudié de près une seule fois, par la sonde Voyager 2, en janvier 1986. Elle a pris plusieurs images d'Umbriel, qui ont permis de cartographier environ 40 % de sa surfaceLa partie éclairée d'Umbriel est restée limitée à un hémisphère pendant le passage à proximité de Voyager 2..
Découverte Umbriel est découvert par William Lassell le .. Bien que William Herschel, le découvreur de Titania et d'Obéron, ait revendiqué à la fin du avoir observé quatre lunes additionnelles d'Uranus., ces observations n'ont pas été confirmées. Ces quatre objets sont maintenant considérés comme des erreurs d'observation..
Tous les satellites d'Uranus ont reçu des noms de personnages des œuvres de William Shakespeare ou d'Alexander Pope. Les quatre premiers noms ont été suggérés par John Herschel, le fils de William, en 1852 à la demande de Lassell.. « Umbriel » est le nom d'un personnage de La Boucle de cheveux volée du poète Alexander Pope.. Dans cette œuvre, Umbriel est le « sombre farfadet mélancolique » et son nom fait référence au latin signifiant l'ombre. Les noms des formations remarquables sur le satellite ont également été choisis parmi les esprits du mal et du monde souterrain de différentes mythologies : Zlyden, Setibos, Minepa, Alberich, Fin, Gob, Kanaloa, Peri, Skynd, Vuver (voir Table). En 1851, Lassell attribua finalement aux quatre satellites connus des chiffres romains en fonction de leur éloignement de la planète et, depuis, Umbriel est également appelé Uranus IIEn effet, lorsque Lassel attribua à ce satellite le chiffre romain II, il ne connaissait qu'Ariel (lune) qui soit plus proche d'Uranus. Depuis, d'autres satellites y ont été découverts, mais les chiffres romains sont restés inchangés...
Orbite Umbriel est en orbite autour d'Uranus à une distance moyenne d'environ . C'est le troisième plus éloigné des cinq grands satellites de la planèteLes cinq lunes principales sont Miranda, Ariel, Umbriel, Titania et Obéron.. Son orbite a une faible excentricité et une très petite inclinaison par rapport à l'équateur d'Uranus.. Sa période orbitale est d'environ terrestres et coïncide avec sa période de rotation. En d'autres termes, Umbriel est en rotation synchrone, et a toujours le même hémisphère en regard de la planète.. De même, elle possède un « hémisphère avant » qui fait face au mouvement orbital et un « hémisphère arrière » qui lui est opposé. Cette rotation synchrone résulte des frottements qu’ont entrainés les importantes marées causées par Uranus. L'orbite d'Umbriel est intégralement située à l'intérieur de la magnétosphère d'Uranus.. Ceci est important, car les hémisphères arrières des satellites (qui sont dépourvus d'atmosphère et qui orbitent au sein d'une magnétosphère, comme Umbriel) sont heurtés par le plasma magnétosphérique qui tourne en synchronisme avec la planète.. Ce bombardement peut conduire à un obscurcissement des hémisphères arrières, qui est effectivement observé sur toutes les lunes d'Uranus, sauf Obéron. Cette dernière passe une fraction significative de son temps hors de la magnétosphère d'Uranus. Umbriel sert de « puits » pour les particules chargées de la magnétosphère. Ainsi en 1986, alors que la sonde Voyager 2 était dans le voisinage de l'orbite de cette lune, elle observa une baisse dans le décompte des particules énergétiques qu'elle réalisait..
Comme l'axe de rotation d'Uranus est proche du plan de son orbite autour du Soleil et que les orbites des satellites sont proches de son plan équatorial, celles-ci sont dans un plan à peu près perpendiculaire au plan de l'orbite d'Uranus. Les satellites sont donc soumis à un cycle saisonnier extrême : chacun des pôles passe alternativement terrestres dans l'obscurité complète et 42 années continuellement éclairé, avec le Soleil près du zénith d'un des pôles au solstice. Le passage de Voyager 2 en 1986 a coïncidé avec le solstice d'été de l'hémisphère sud, avec près de la totalité de l'hémisphère nord dans l'obscurité. Tous les 42 ans, à l'équinoxe d'Uranus, la Terre traverse son plan équatorial et des occultations entre les lunes d'Uranus deviennent observables. En 2007 et 2008, un certain nombre de ces événements se sont produits. Parmi ces événements, il est possible de citer deux occultations de Titania par Umbriel le et le , et une occultation d'Ariel par Umbriel le — — .. , Umbriel n'est impliqué dans aucune résonance orbitale avec un autre satellite d'Uranus. Cependant, dans le passé, il peut avoir été en résonance 3:1 avec Miranda. Cela pourrait avoir conduit à augmenter l'excentricité orbitale de Miranda. Cette excentricité orbitale aurait contribué à l'échauffement interne et à l'activité géologique de la lune, alors que, dans le même temps, l'orbite d'Umbriel n'aurait été que faiblement perturbée. Uranus est plus faiblement aplatie à ses pôles, mais aussi 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. Après que Miranda s'est échappé de cette résonance (par le biais d'un mécanisme qui l'a probablement entraîné dans son inclinaison orbitale actuelle, anormalement élevée), son excentricité aurait été amoindrie, désactivant ainsi la source de chaleur qui alimentait l'activité géologique ancienne de Miranda..
Composition et structure interne vignette|Comparaison entre la Terre, la Lune et Umbriel. L’échelle est environ 28,9km par pixel Umbriel est la troisième en taille et le quatrième en masse décroissante des lunes d'Uranus. Sa masse spécifique est en effet de , ce qui indique que l'astre est principalement composé de glace d'eau. Par ailleurs, un composant dense encore inconnu, différent de la glace d'eau, constitue environ 40 % de la masse totale.. Cette substance pourrait être formée de roche et/ou de matière carbonée, y compris des composés organiques lourds formant du tholin. La présence de glace d'eau est étayée par les observations en spectroscopie infrarouge, qui ont révélé la présence de glace d'eau cristallisée à la surface de l’astre. Les bandes d'absorption de la glace d'eau sont plus marquées sur l'hémisphère avant d'Umbriel que sur l'hémisphère arrière. Les causes de cette asymétrie ne sont pas connues. Elles peuvent, cependant, être reliées au bombardement par les particules chargées de la magnétosphère d'Uranus, plus intense sur l'hémisphère arrière, en raison de la co-rotation du plasma. Les particules énergétiques tendent à faire gicler de la glace d'eau, à décomposer le méthane. qui y est piégé sous forme de clathrate, et le noircissent avec les autres matériaux organiques, laissant un résidu foncé et riche en carbone.
À part l’eau, le seul autre composé chimique identifié à la surface d'Umbriel par spectroscopie infrarouge est le dioxyde de carbone (), qui est concentré principalement sur l'hémisphère arrière. Son origine n'est pas clairement expliquée. Il pourrait être produit sur place à partir des carbonates ou de matériaux organiques sous l'influence des particules énergétiques provenant de la magnétosphère d'Uranus, ou par le rayonnement solaire ultraviolet. Cette dernière hypothèse expliquerait l’asymétrie de sa distribution, puisque l'hémisphère arrière est soumis à une influence magnétosphérique plus intense que l’hémisphère avant. Une autre source possible serait le dégazage de primordial piégé par la glace d'eau à l'intérieur d'Umbriel. La fuite de ce de l’intérieur pourrait être reliée à l’activité géologique passée de ce satellite.
Umbriel peut s'être différencié en un noyau rocheux surmonté par un manteau de glace. Dans ce cas, le rayon du noyau () serait environ 54 % du rayon de la lune, et sa masse environ 40 % celle de la lune – proportions dépendant de la composition de ce satellite. La pression au centre d'Umbriel serait d'environ (). L'état du manteau glacé n'est pas connu, bien que l'existence d'un océan sous la surface soit considérée comme improbable.
Structures en surface vignette|upright|Carte d'Umbriel montrant les polygones à sa surface|alt=Un corps sphérique bleuâtre, avec la surface criblée de cratères et de polygones. La partie en bas à droite paraît lisse.
Umbriel est le plus sombre des satellites d'Uranus, qui sont eux-mêmes plus sombres que les satellites des planètes plus proches du Soleil.. Par exemple, la surface d'Ariel, un satellite jumeau d'à peu près la même taille, est plus de deux fois plus lumineuse. Umbriel a un albédo de Bond d'environ 10 %, à comparer aux 23 % d'Ariel. La réflectivité de la surface du satellite décroît de 26 % à l'angle de phase de 0° (albédo géométrique) à 19 % pour un angle de phase de 1°, c'est l'effet d'opposition. Contrairement à ce qui est observé pour Obéron (une autre lune uranienne sombre), la surface observée d'Umbriel est légèrement bleuâtre.. En plus, des dépôts récents d'impact apparaissent, très clairs et au bleu encore plus prononcé (notamment dans le cratère Wunda, près de l'équateur).. Il se peut qu'il y ait une asymétrie entre les hémisphères avant et arrière. Ce dernier paraîtrait ainsi plus rouge que le premier. Cette asymétrie n'est pas complètement établie car la surface du satellite n'est connue qu'à 40 %.. Le rougissement de la surface serait la conséquence de l'érosion spatiale due au bombardement par les particules chargées et les micrométéorites depuis le début du Système solaire. Cependant, l'asymétrie de couleur d'Umbriel est probablement aussi causée par l'accumulation de matériaux rougeâtres provenant des parties externes du système d'Uranus, peut-être des satellites irréguliers. Cette accumulation se produirait de préférence sur l'hémisphère avant. La surface d'Umbriel est relativement homogène : elle ne présente pas de fortes variations en albédo ou en couleur.
Les spécialistes n'ont jusqu’à présent identifié avec certitude qu'une classe de structures géologiques à la surface d'Umbriel : les cratères d'impact.. La surface d'Umbriel a bien plus de cratères, et de plus grands, que celle d'Ariel ou de Titania, et est également la moins active géologiquement.. Seul Obéron a plus de cratères d'impact qu'Umbriel. Les diamètres des cratères observés vont de quelques kilomètres à pour le plus grand qui ait été clairement identifié, Wokolo. Tous les cratères connus sur Umbriel ont des pics centraux, mais aucun ne possède de système d'éjectas radiaux.