En janvier 1986, quelques jours avant le drame de Challenger, la sonde américaine Voyager 2 arrive dans les parages d'Uranus. Bien que les images en couleurs réelles soient un peu décevantes, les images en fausses couleurs nous ont permis de mieux distinguer les particularités de l'atmosphère de la planète. Comme on pouvait s'y attendre, on a pu voir qu'Uranus ne tournait pas sur elle-même comme les autres planètes, mais roulait sur son orbite autour du Soleil. Jusqu'à présent, un tel degré d'inclinaison n'a pu s'expliquer mais une théorie veut qu'un astéroïde soit entré en collision avec la planète, ce qui l'a fait basculer.
On pense que l'atmosphère d'Uranus est composée d'environ 83 % d'hydrogène, 15 % d'hélium et 2 % de méthane. Comme pour Neptune, c'est la petite quantité de méthane qui donne à la planète sa couleur bleue. Le méthane absorbe la lumière rouge et réfléchit la lumière bleue. Neptune possédant plus de méthane qu'Uranus, sa couleur bleue est plus intense. La proportion de l'hydrogène par rapport à l'hélium est identique à celle du Soleil, suggérant que la planète n'a subi aucune modification depuis sa formation.
L'atmosphère d'Uranus est recouverte d'un brouillard épais qui ne permet pas d'observer sa structure dans la lumière visible. Cette brume est composée d'hydrocarbures comme l'acétylène produits par l'action de la lumière solaire (égale à la moitié de la lumière émise par la Lune sur la Terre) sur l'atmosphère de méthane. Des images en infrarouge ont permis d'observer des nuages le long des bandes nuageuses un peu à la manière des autres géantes gazeuses. Les astronomes ont réussi à calculer le temps que ces nuages mettaient à faire le tour de la planète. Environ 17 heures vers 25° de latitude et 16 heures à 40° de latitude. Plus on se dirige vers l'équateur et moins rapide est le déplacement atmosphérique.
Sur Uranus, on a mesuré des vents très puissants qui tournent dans le sens de rotation de la planète aux latitudes moyennes. Mais vers l'équateur, ils se déplacent dans le sens opposé à des vitesses approchant 360 km/h.
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