Saturne n’a pas toujours eu ses anneaux
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Parmi les dernières actions de la sonde Cassini avant sa plongée fatale dans l’atmosphère de Saturne, elle a pu mesurer la masse et l’âge des anneaux de Saturne. Et ces anneaux sont beaucoup plus récents que la planète. Cela signifie que pendant une grande partie de sa vie, Saturne n’a jamais eu d’anneaux.
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L’un des derniers actes de la sonde Cassini de la NASA avant sa mort dans l’atmosphère d’hydrogène et d’hélium de Saturne consistait à se frayer un chemin entre la planète et ses anneaux et à servir de sonde gravimétrique. Des mesures précises de la trajectoire finale de Cassini ont maintenant permis aux scientifiques de faire la première estimation précise de la quantité de matériau dans les anneaux de la planète, en les pesant en fonction de la force de leur attraction gravitationnelle.1
Sommaire
Utiliser Cassini comme une sonde gravimétrique
Cette estimation, environ 40 % de la masse de la lune de Saturne, Mimas, elle-même 2 000 fois plus petite que la lune de la Terre, leur indique que les anneaux sont relativement récents, puisqu’ils ont vu le jour il y a moins de 100 millions d’années et peut-être aussi récemment que 10 millions d’années.
Une illustration d’artiste de la sonde Cassini, présentée sur une photo réelle de Saturne et ses anneaux pendant que Cassini traversait le plan de l’anneau – Crédit : NASA/JPL-Caltech
Leur jeune âge infirme un argument de longue date parmi les scientifiques planétaires. Certains pensaient que les anneaux se sont formés avec la planète il y a 4,5 milliards d’années à partir de débris de glace restant en orbite après la formation du système solaire. D’autres pensaient que les anneaux étaient très jeunes et que Saturne avait, à un moment donné, capturé un objet dans la ceinture de Kuiper ou une comète et l’avait progressivement réduit à des débris en orbite.
Les anneaux de Saturne date de 100 millions à 10 millions d’années
La nouvelle estimation de masse est basée sur une mesure du degré de déviation de la trajectoire de vol de Cassini par la gravité des anneaux lorsque l’engin spatial a volé entre la planète et les anneaux lors de son ultime orbite en septembre 2017. La déviation ne correspond pas aux prévisions basées sur des modèles de la planète et des anneaux. Ce n’est que lorsque l’équipe a pris en compte les vents très forts dans l’atmosphère de Saturne, chose impossible à observer de l’espace, que les mesures ont eu un sens, leur permettant de calculer la masse des anneaux.
L’intérieur de Saturne est principalement composé de trois couches: un noyau interne profond constitué principalement d’éléments lourds, avec une enveloppe d’hydrogène liquide métallique, entourée d’une couche d’hydrogène moléculaire. Les mesures de Cassini indiquent aux scientifiques la taille du noyau, la circulation des vents dans l’atmosphère et la masse des anneaux – Crédit : NASA/JPL-Caltech
La première fois que j’ai regardé les données, je n’y croyais pas, car j’avais confiance en nos modèles et il a fallu un certain temps pour comprendre que certains effets modifiaient le champ de gravité que nous n’avions pas pris en compte selon Burkhard Militzer, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l’Université de Californie à Berkeley, qui modélise les intérieurs planétaires. Cela s’est avéré être des flux massifs dans l’atmosphère d’au moins 9 000 kilomètres de profondeur autour de la région équatoriale. Nous avons pensé au préalable que ces nuages ressemblaient à des nuages sur la Terre, qui sont confinés dans une couche mince et ne contiennent presque pas de masse. Mais sur Saturne, ils sont vraiment massifs.
Des nuages massifs sur la planète
Ils ont également calculé que les nuages à la surface de l’équateur de Saturne tournent 4 % plus vite que la couche de 9 000 kilomètres de profondeur. Cette couche plus profonde prend 9 minutes de plus que les sommets des nuages à l’équateur, qui font le tour de la planète toutes les 10 heures et 33 minutes. La découverte de couches en rotation profonde est une révélation surprenante sur la structure interne de la planète selon Linda Spilker, scientifique du projet Cassini, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. La question est de savoir ce qui provoque la profondeur de la partie de l’atmosphère qui tourne le plus rapidement et ce que cela nous dit sur l’intérieur de Saturne.
Militzer a également pu calculer que le noyau rocheux de la planète devait représenter entre 15 et 18 fois la masse de la Terre, ce qui est similaire aux estimations précédentes. L’équipe, dirigée par Luciano Iess de l’Université Sapienza de Rome, en Italie, a présenté ses résultats aujourd’hui dans la revue Science.
Les anneaux viennent-ils d’une comète de glace ?
Les premières estimations de la masse des anneaux de Saturne, entre la moitié et le tiers de la masse de Mimas, provenaient de l’étude des ondes de densité qui parcourent les anneaux rocheux et glacés. Ces ondes sont provoquées par les 62 satellites de la planète, y compris Mimas, qui crée ce qu’on appelle la Division de Cassini entre les deux plus grands anneaux, A et B. Mimas est une lune lisse et ronde, avec un diamètre de 246 kilomètres. Elle a un gros impact de cratère qui la fait ressembler à l’étoile noire des films Star Wars.
Mimas, l’une des lunes de Saturne qui ressemble à l’Etoile Noire de Star Wars
Les gens ne faisaient pas confiance aux mesures des ondes, car il pourrait y avoir des particules massives dans les anneaux, mais qui n’affectent pas ces ondes selon Militzer. Nous avons toujours soupçonné qu’il y avait une masse cachée que nous ne pouvions pas voir dans les vagues. Heureusement, alors que Cassini approchait de la fin de sa vie, la NASA l’a programmée pour effectuer 22 plongées entre la planète et les anneaux afin de sonder le champ de gravité de Saturne. Des radiotélescopes terrestres mesuraient la vitesse de l’engin spatial à une fraction de millimètre près par seconde.
La nouvelle valeur de masse de l’anneau se situe dans la plage des estimations précédentes et permet aux chercheurs de déterminer leur âge. Ces calculs d’âge, dirigés par Philip Nicholson de l’Université Cornell, reposent sur un lien que les scientifiques avaient précédemment établi entre la masse des anneaux et leur âge. Une masse inférieure indique un âge plus jeune, car les anneaux sont initialement constitués de glace et sont brillants, mais avec le temps, ils sont contaminés et obscurcis par des débris interplanétaires.
Ces mesures ont été possibles uniquement parce que Cassini a volé si près de la surface au cours des dernières heures selon Militzer. C’était un moyen classique et spectaculaire de mettre fin à la mission.
