Ariel est le quatrième plus grand satellite d'Uranus par sa taille, et le plus brillant de tous les satellites uraniens en termes d'albédo. Découvert le 24 octobre 1851 par l'astronome britannique William Lassell, il porte, comme l'ensemble des lunes d'Uranus, un nom emprunté à la littérature anglaise plutôt qu'à la mythologie gréco-romaine : Ariel provient à la fois du poème Le Viol de la Boucle d'Alexander Pope, où il est le sylphe protecteur de l'héroïne Belinda, et de la pièce La Tempête de Shakespeare, où Ariel est l'esprit de l'air au service de Prospero.

Sur le plan orbital, Ariel évolue à une distance moyenne d'environ 191 000 kilomètres du centre d'Uranus, ce qui en fait le deuxième satellite majeur en partant du centre, après Miranda et avant Umbriel, Titania et Obéron. Sa période orbitale est de 2,52 jours terrestres, et comme les autres grands satellites d'Uranus, elle est en rotation synchrone : la durée de sa révolution est égale à celle de sa rotation propre, si bien qu'Ariel présente toujours la même face à la planète. Son orbite est quasiment circulaire et très faiblement inclinée sur le plan équatorial d'Uranus, lequel est lui-même incliné de près de 98 degrés par rapport au plan de l'écliptique, ce qui confère à l'ensemble du système uranien une géométrie très particulière, avec des saisons extrêmes et des périodes d'illumination polaire prolongées.

Physiquement, Ariel présente un diamètre d'environ 1158 kilomètres, ce qui en fait le quatrième satellite d'Uranus par la taille, derrière Titania et Obéron mais devant Umbriel et Miranda. Sa masse est estimée à environ 1,25.10²¹ kilogrammes, et sa densité moyenne, de l'ordre de 1,66 g/cm³, suggère une composition mixte associant glace d'eau et matériaux rocheux silicatés en proportions comparables, avec probablement une fraction de composés carbonés et de glaces volatiles telles que le dioxyde de carbone ou l'ammoniac, cette dernière pouvant jouer un rôle d'agent antigel abaissant le point de fusion de la glace d'eau.

La surface d'Ariel a été observée en détail lors du survol de la sonde Voyager 2 en janvier 1986, seule mission spatiale à avoir approché le système uranien à ce jour. Ces données, bien que limitées à environ 35 % de la surface éclairée lors du passage, ont révélé un terrain d'une complexité géologique remarquable, considéré comme le plus jeune et le plus varié parmi les satellites majeurs d'Uranus. On y distingue plusieurs types de terrains : des régions cratérisées anciennes, des plaines relativement lisses résultant probablement d'un resurfaçage par cryovolcanisme, et surtout un réseau extensif de vallées tectoniques, appelées chasmata, qui entaillent la surface sur des largeurs pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilomètres et des longueurs de plusieurs centaines de kilomètres. Ces failles, bordées de systèmes de grabens, témoignent d'une activité tectonique extensive liée à des contraintes internes, probablement associées à un épisode d'expansion volumique de la croûte glacée, lui-même potentiellement lié au gel progressif d'un océan interne ou à des cycles de réchauffement par marées gravitationnelles.

Le fond de plusieurs de ces vallées présente un aspect lisse évoquant un remplissage par des matériaux ayant coulé à l'état visqueux, ce qui constitue l'indice le plus solide de cryovolcanisme sur Ariel, c'est-à-dire un volcanisme impliquant l'extrusion de mélanges liquides ou semi-liquides d'eau, d'ammoniac et éventuellement de méthane, plutôt que de silicates fondus comme dans le volcanisme terrestre classique. La densité de cratères d'impact varie considérablement selon les régions, ce qui permet aux planétologues d'établir une chronologie relative indiquant que le resurfaçage cryovolcanique et tectonique s'est poursuivi assez tardivement dans l'histoire du satellite, voire jusqu'à une période géologiquement récente à l'échelle du système solaire.
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Fissures à la surface d'Ariel. Crédit : JPL, NASA.

Le spectre de réflectance d'Ariel, obtenu par observations terrestres et par Voyager 2, indique une surface dominée par la glace d'eau cristalline, mais teintée par la présence de matériaux plus sombres, probablement des composés carbonés ou des silicates altérés, qui abaissent l'albédo dans certaines régions et confèrent au satellite une coloration légèrement grise à bleutée par endroits. Ariel présente l'albédo géométrique le plus élevé de tous les grands satellites d'Uranus, autour de 0,53, ce qui reflète une surface relativement jeune et peu contaminée par les dépôts sombres qui obscurcissent des lunes comme Umbriel.

Concernant la structure interne, les modèles suggèrent qu'Ariel pourrait être partiellement différencié, avec un noyau silicaté entouré d'un manteau de glace, bien que l'absence de données gravimétriques précises issues d'un survol rapproché rende cette hypothèse encore incertaine. Certains modèles envisagent la possibilité d'un océan liquide subsurfacique résiduel à l'interface noyau-manteau, maintenu par la présence d'antigel comme l'ammoniac et par un chauffage marémoteur passé, bien que l'intensité actuelle de ce chauffage soit probablement insuffisante pour maintenir un tel océan à l'état liquide aujourd'hui.

Sur le plan de l'exploration future, Ariel figure parmi les cibles scientifiques prioritaires évoquées dans les études de mission vers le système uranien recommandées par les rapports décennaux de planétologie, notamment américains, en raison précisément des indices de cryovolcanisme récent et de la possibilité d'un passé géologiquement actif, qui en font un candidat d'intérêt pour la compréhension des processus d'habitabilité potentielle dans les satellites glacés des géantes de glace.