Une brève histoire des anneaux incroyables de Saturne

La planète Saturne se situait entre le soleil et la sonde Cassini - protégeant l’engin de l’éblouissement aveuglant du soleil - lorsque Cassini acquit cette image. Cassini a tourné autour de Saturn de 2004 à 2017.

Par Vahe Peroomian, Université de Californie du Sud - Collège Dornsife de lettres, arts et sciences

Beaucoup rêvent de ce qu'ils feraient s'ils avaient une machine à remonter le temps. Certains voyageraient il y a 100 millions d'années, lorsque les dinosaures parcouraient la Terre. Peu de gens, cependant, penseraient à prendre un télescope avec eux et si, après l'avoir fait, observaient Saturne et ses anneaux.

La question de savoir si notre astronome voyageur peut observer les anneaux de Saturne est discutable. Les anneaux, sous une forme ou une autre, existent-ils depuis les débuts du système solaire, il y a 4, 6 milliards d'années, ou s'agit-il d'un ajout plus récent? Les anneaux s'étaient-ils même formés lorsque l'astéroïde Chicxulub a exterminé les dinosaures?

Je suis un scientifique de l'espace passionné par l'enseignement de la physique et de l'astronomie. Les anneaux de Saturne m'ont toujours fasciné, car ils racontent comment les yeux de l'humanité ont été ouverts aux merveilles de notre système solaire et du cosmos.

Notre vision de Saturne évolue

Lorsque Galilée observa pour la première fois Saturne à travers son télescope en 1610, il était encore plongé dans la gloire de découvrir les quatre lunes de Jupiter. Mais Saturne le laissa perplexe. Regardant la planète à travers son télescope, il le considérait d'abord comme une planète à deux très grandes lunes, puis comme une planète isolée, puis à nouveau à travers son nouveau télescope, en 1616, comme une planète à bras ou à poignées.

Quatre décennies plus tard, Giovanni Cassini a d'abord suggéré que Saturne était une planète aux anneaux. Galileo avait alors vu différentes vues des anneaux de Saturne. En raison de l'inclinaison de 27 degrés de l'axe de rotation de Saturne par rapport au plan de son orbite, les anneaux semblent basculer vers la Terre et s'éloigner de la Terre avec le cycle de 29 ans de la révolution de Saturne autour du soleil, offrant à l'humanité une vision en perpétuelle évolution. des anneaux.

Mais de quoi étaient faites les bagues? Étaient-ils des disques solides comme certains l'ont suggéré? Ou étaient-ils constitués de particules plus petites? Au fur et à mesure que la structure des anneaux augmentait, que de plus en plus de trous étaient découverts et que le mouvement des anneaux autour de Saturne était observé, les astronomes se rendirent compte que les anneaux n'étaient pas solides et étaient peut-être composés d'un grand nombre de clairons ou de petites des lunes. Dans le même temps, les estimations de l’épaisseur des anneaux allaient des 300 milles de Sir William Herschel en 1789 à l’estimation beaucoup plus précise d’Audouin Dollfus de moins de deux milles en 1966.

La compréhension des anneaux par les astronomes a radicalement changé avec les missions Pioneer 11 et Voyager double sur Saturne. La photographie maintenant célèbre des anneaux de Voyager, éclairée par le Soleil, montrait pour la première fois que ce qui paraissait être les vastes anneaux A, B et C comprenait en fait des millions de petits anneaux.

Voyager 2, image en fausses couleurs des anneaux B et C de Saturne montrant de nombreuses boucles. Image via la NASA.

La mission Cassini à Saturne, après avoir passé plus de dix ans en orbite autour du géant aux anneaux, a offert aux scientifiques planétaires des vues encore plus spectaculaires et surprenantes. Le magnifique réseau d'anneaux de Saturne a une épaisseur comprise entre 10 mètres (33 pieds) et un kilomètre (0, 6 mille). La masse combinée de ses particules, composées à 99, 8% de glace et dont la plupart ont une taille inférieure à un mètre (environ un mètre), représente environ 16 quadrillions de tonnes, soit moins de 0, 02% de la masse de la Lune de la Terre, et moins de la moitié de la masse des Mimas de la lune de Saturne. Cela a amené certains scientifiques à se demander si les anneaux étaient le résultat de la dissolution d'une des lunes de Saturne ou de la capture et de la dissolution d'une comète errante.

Les anneaux dynamiques

Au cours des quatre siècles qui se sont écoulés depuis l'invention du télescope, des anneaux ont également été découverts autour de Jupiter, Uranus et Neptune, les planètes géantes de notre système solaire. La raison pour laquelle les planètes géantes sont ornées d'anneaux et de terre et les autres planètes rocheuses n'a pas été proposée pour la première fois par Eduard Roche, astronome français en 1849.

Une lune et sa planète sont toujours dans une danse gravitationnelle. La lune de la Terre, en tirant sur les côtés opposés de la Terre, provoque les marées de l'océan. Les forces de marée affectent également les lunes planétaires. Si une lune s'aventure trop près d'une planète, ces forces peuvent vaincre la «colle» gravitationnelle qui tient la lune ensemble et la déchirer. Cela provoque la rupture de la lune et sa propagation le long de son orbite d'origine, formant un anneau.

La limite de Roche, la distance de sécurité minimale pour une orbite lunaire, est environ 2, 5 fois le rayon de la planète à partir du centre de la planète. Pour l’énorme Saturne, il s’agit d’une distance de 87 000 km au-dessus des nuages ​​et correspond à la position de l’anneau F extérieur de Saturne. Pour la Terre, cette distance est inférieure à 10 000 km (6 200 miles) au-dessus de sa surface. Un astéroïde ou une comète devrait s'aventurer très près de la Terre pour être déchirée par les forces des marées et former un anneau autour de la Terre. Notre propre lune est très sûre à 380 000 km.

Le concept d’artiste de la sonde spatiale Cassini de la NASA est sur le point de faire l’une de ses plongées entre Saturne et ses anneaux les plus profonds dans le cadre de la grande finale de la mission. Image via NASA / JPL-Caltech.

La maigreur des anneaux planétaires est due à leur nature en constante évolution. Une particule annulaire dont l'orbite est inclinée par rapport au reste de l'anneau finira par entrer en collision avec d'autres particules annulaires. Ce faisant, il perdra de l'énergie et s'installera dans le plan de l'anneau. Sur des millions d'années, toutes ces particules errantes tombent ou se mettent en ligne, ne laissant que le système en anneau très fin que les gens observent aujourd'hui.

Au cours de la dernière année de sa mission, la sonde Cassini a plongé à plusieurs reprises dans l’écart de 7 000 km (4 350 miles) entre les nuages ​​de Saturne et ses anneaux intérieurs. Ces observations sans précédent ont clairement révélé un fait: les anneaux changent constamment. Les particules individuelles dans les anneaux sont continuellement bousculées les unes aux autres. Les particules de l'anneau pleuvent régulièrement sur Saturne.

Le berger des lunes Pan, Daphnis, Atlas, Pandora et Prométhée, mesurant entre 5 et 80 miles (8 et 130 km) de largeur, berce littéralement les particules de l'anneau en les maintenant dans leur orbite actuelle. Les ondes de densité, provoquées par le mouvement des lunes de berger dans les anneaux, agitent et remodèlent les anneaux. De petites lunes se forment à partir de particules annulaires qui se fusionnent. Tout cela indique que les bagues sont éphémères. Chaque seconde, jusqu'à 40 tonnes de glace des anneaux pleuvent sur l'atmosphère de Saturne. Cela signifie que les anneaux peuvent ne durer que quelques dizaines à des centaines de millions d'années.

Un astronome voyageant dans le temps aurait-il vu les anneaux il y a 100 millions d'années? Un indicateur de l'âge des anneaux est leur formation de poussière. Les objets exposés à la poussière qui pénètrent notre système solaire pendant de longues périodes deviennent plus poussiéreux et plus foncés.

Les anneaux de Saturne sont extrêmement brillants et sans poussière, ce qui semble indiquer qu'ils se sont formés il y a de 10 à 100 millions d'années, si la compréhension des astronomes quant à la manière dont les particules de glace collectent la poussière est correcte. Une chose est sûre. Les anneaux que notre astronaute voyageant dans le temps aurait pu voir auraient été très différents de ce qu'ils sont aujourd'hui.

Vahe Peroomian, professeur agrégé de physique et d'astronomie, Université de Californie du Sud - Collège Dornsife de lettres, arts et sciences

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.

Conclusion: comment et quand les anneaux de Saturne ont été fabriqués, à partir de quoi et s'ils dureront.