Les anneaux de Saturne sont-ils jeunes ou vieux?

Agrandir l'image | Saturne, via le vaisseau spatial Cassini. Image via NASA / JPL-Caltech / Institut des sciences de l'espace / Europlanet.

Il y a quarante ans, lorsque j'apprenais l'astronomie, nous pensions tous que les anneaux iconiques de Saturne avaient toujours été là, aussi vieux que le système solaire lui-même. Nous avons supposé que Saturne s'était formée avec ses anneaux, vastes et glorieux, s'étendant sur près de 300 000 km (200 000 milles) au-dessus de l'équateur de la planète. Les anneaux semblaient si essentiels à Saturne même. Viennent ensuite les visites à Saturn des voyageurs 1 et 2, en 1980 et 1981. Leurs observations suggèrent que les anneaux pourraient être plus jeunes que la planète - beaucoup plus jeune - un phénomène temporaire, qui ne dure que des millions d'années dans les 4, 5 milliards d'années de la vie de notre système solaire. Et ces dernières années, les données de la sonde Cassini (2004-2017) semblaient indiquer que les anneaux de Saturne datent de 10 millions à 100 millions d'années. Maintenant, nous entendons dire que la perspicacité de Cassini n’était pas le dernier mot non plus. Une équipe de chercheurs a relancé le débat sur l’âge des anneaux de Saturne avec une étude qui indique que les anneaux sont les plus susceptibles de se former dans le système solaire primitif.

Les auteurs suggèrent que les processus qui éjectent de préférence les matières poussiéreuses et organiques des anneaux de Saturne - une «pluie annulaire» tombant en partie sur le sommet des nuages ​​de Saturne - pourraient rendre les anneaux plus jeunes qu’ils ne le sont réellement. Cassini, en fait, a rencontré cette pluie annulaire lorsqu’elle a plongé entre les anneaux de Saturne et sa haute atmosphère lors de sa grande finale en 2017.

Cette idée est discutée cette semaine par les astronomes lors d’une réunion conjointe du Congrès européen des sciences planétaires et de la Division des sciences planétaires de l’AAS à Genève, en Suisse. Il a été publié juste à temps pour cette réunion, le 16 septembre 2019, dans la revue à comité de lecture Nature Astronomy .

Voyager 2 a capturé les images pour réaliser ce composite, pris à travers des filtres ultraviolets, violets et verts. L'image était considérée comme époustouflante à l'époque. Les rencontres Voyager 1 et 2 Saturne ont eu lieu à neuf mois d'intervalle, en novembre 1980 et août 1981. Ces missions ont été à l'origine de la spéculation selon laquelle les anneaux de Saturne pourraient être plus jeunes que les astronomes l'avaient toujours présumé. Image via NASA / JPL-Caltech.

Une déclaration des auteurs de la nouvelle étude a déclaré:

Les plongées de Cassini à travers les anneaux lors de la Grande Finale de la mission en 2017 ont fourni des données interprétées comme preuve que les anneaux de Saturne se sont formés il y a quelques dizaines de millions d'années, à peu près à l'époque où les dinosaures a marché la terre. Les mesures gravimétriques effectuées pendant la plongée ont permis une estimation plus précise de la masse des anneaux, composés de plus de 95% de glace à l'eau et de moins de 5% de roches, de matériaux organiques et de métaux. L'estimation de masse a ensuite été utilisée pour déterminer la durée pendant laquelle la glace immaculée des anneaux devrait être exposée à la poussière et aux micrométéorites pour atteindre le niveau d'autres "polluants" que nous observons aujourd'hui. Pour beaucoup, cela a résolu le mystère de l'âge des anneaux.

Mais tous les scientifiques n'étaient pas convaincus. Dans un article publié au mois d'août dans Scientific American sur les anneaux de Saturne, Luke Dones, expert en anneaux, du Southwest Research Institute, aurait déclaré:

Je n'ai aucune objection aux jeunes bagues. Je pense juste que personne n’a trouvé une façon très plausible de les fabriquer. Cela nécessite un événement improbable.

En d’autres termes, au début du système solaire, lorsque beaucoup de débris volaient, il était facile d’imaginer les processus dynamiques capables de créer les anneaux: la capture des débris par la gravité de Saturne et / ou la dissolution des comètes, des astéroïdes, ou même de petites lunes. Une fois que les anneaux ont commencé à se former, il est également facile d’imaginer que des particules d’anneaux distinctes se heurtent les unes aux autres et se cassent encore plus, se dispersant autour de Saturne pour former ses anneaux. Mais l'article de Scientific American disait:

… Selon certains critiques, il est trop difficile de créer de tels anneaux dans le système solaire relativement placide d’aujourd’hui et de celui d’hier.

Astronome Aurélien Crida, via OCA. Il est l'auteur principal de la nouvelle étude suggérant que les bagues de Saturne sont très anciennes.

Aurélien Crida de l'Observatoire de la Côte d'Azur est l'auteur principal de la nouvelle étude. Voici pourquoi il croit que le débat n'est pas encore réglé. il a dit:

Nous ne pouvons pas mesurer directement l'âge des anneaux de Saturne comme ceux d'une souche, nous devons donc déduire leur âge d'autres propriétés comme la masse et la composition chimique. Des études récentes ont émis l’hypothèse que le flux de poussière est constant, la masse des anneaux est constante et que les anneaux retiennent tout le matériel de pollution qu’ils reçoivent.

Cependant, tous ces points suscitent encore beaucoup d'incertitude et, pris en compte avec les autres résultats de la mission Cassini, nous pensons qu'il est bien établi que les anneaux sont beaucoup, beaucoup plus anciens.

Crida et ses collègues soutiennent dans leur étude que la masse mesurée lors de la finale de la mission Cassini est «extraordinairement en accord» avec les modèles d'évolution dynamique des anneaux massifs remontant au système solaire primordial.

Galileo découvrit les anneaux de Saturne en 1610. À travers sa première lunette astronomique, il pensa qu'ils ressemblaient à des «poignées» ou peut-être à de grandes lunes de part et d'autre de Saturne. Christiaan Huygens a ensuite repris les observations de Saturne et a publié cette image de compilation, montrant comment l'apparence de Saturne avait changé de 1610 à 1646, dans son Systema Saturnium. C'est Huygens qui a révélé le mystère des anneaux de Saturne en disant: «Elle [Saturne] est entourée par un anneau mince et plat, ne touchant nulle part, incliné vers l'écliptique." Lisez davantage l'histoire de notre connaissance des anneaux de Saturne.

Nadia Drake, auteur de l' article de Scientific American dans Saturn en août, a décrit les anneaux de Saturne comme «des particules glacées dont la taille varie du microscope à la maison mobile». Crida et ses collègues ont décrit de manière plus prosaïque les composants individuels des anneaux de Saturne:

… Des particules et des blocs dont la taille varie de quelques mètres à quelques micromètres. Les interactions visqueuses entre les blocs entraînent l’étalement des bagues et entraînent le matériau comme un tapis roulant. Cela conduit à une perte de masse du bord le plus à l'intérieur, où les particules tombent dans la planète, et du bord externe, où le matériau traverse la limite externe dans une région où les lunes et les satellites commencent à se former.

Des anneaux plus massifs se propagent plus rapidement et perdent de la masse plus rapidement. Les modèles montrent que quelle que soit la masse initiale des anneaux, les anneaux ont tendance à converger vers une masse mesurée par Cassini au bout d'environ 4 milliards d'années, ce qui correspond à l'échelle de temps de la formation du système solaire.

Crida a résumé la position de son équipe en ces termes:

D'après notre compréhension actuelle de la viscosité des anneaux, la masse mesurée lors de la Grande Finale Cassini serait le produit naturel de plusieurs milliards d'années d'évolution, ce qui est attrayant. Certes, rien n’interdit aux anneaux d’être formés très récemment avec cette masse précise et d’avoir à peine évolué depuis. Cependant, ce serait une coïncidence.

Hsiang-Wen (Sean) Hsu de LASP et ses collègues ont rapporté en 2018 qu'ils avaient collecté avec succès du matériel microscopique en flux continu provenant des anneaux de Saturne. Lire la suite.

Hsiang-Wen Hsu du Laboratoire de physique de l'atmosphère et de l'espace (LASP) de Boulder, au Colorado, faisait partie d'une équipe qui a annoncé les résultats d'octobre 2018 relatifs à une «pluie torrentielle». Les résultats, via Cassini, ont montré que 600 kilogrammes ( 1 300 livres) de grains de silicate tombent toutes les secondes sur Saturne des anneaux. D'autres études ont montré la présence de molécules organiques dans la haute atmosphère de Saturne, supposées provenir des anneaux. Hsu a commenté:

Ces résultats suggèrent que les anneaux «se nettoient» eux-mêmes des polluants. La nature de ce processus de nettoyage de bague potentiel est toujours mystérieuse.

Cependant, notre étude montre que l'âge d'exposition n'est pas nécessairement lié à l'âge de formation, de sorte que les anneaux peuvent sembler artificiellement jeunes.

Agrandir l'image | Une autre image Cassini des anneaux de Saturne, via NASA / JPL-Caltech / Institut des sciences de l’espace / Europlanet.

Conclusion: les données de Cassini semblaient indiquer des anneaux d’une durée de 10 à 100 millions d’années seulement. Une nouvelle étude suggère que des matériaux poussiéreux et organiques éjectés des anneaux de Saturne - une «pluie de cercle» - pourraient faire paraître les anneaux plus jeunes qu’ils ne le sont réellement. Dans l’état actuel des choses, nous ne savons pas si les anneaux de Saturne sont jeunes ou vieux; nous savons seulement que les astronomes continuent à apprendre à leur sujet.

Source: Les anneaux de Saturne sont-ils vraiment jeunes?

Via Europlanet