Cassini offre un nouveau regard sur les anneaux de Saturne

En septembre 2017, à court de carburant, la sonde spatiale Cassini a achevé sa mission en plongeant dans l'atmosphèreatmosphère de SaturneSaturne. Au passage, elle a fourni des informations détaillées sur les fameux anneaux qui entourent la planète. Des données sur lesquelles les astronomesastronomes continuent de travailler. Et aujourd'hui, des chercheurs du CNRS notamment publient quelques-uns de leurs résultats.

Les chercheurs ont travaillé sur des images haute résolutionrésolution ainsi que sur des profils spectraux et thermiques. Leur objectif : mieux comprendre les propriétés physiques des anneaux de Saturne. Ainsi « les données fournies par l'imageur hyperspectral WIMS ont permis de tirer profit des survolssurvols en rase-motte effectués par Cassini », explique Stéphane Le Mouélic, chercheur au Laboratoire de planétologie et géodynamique (Nantes/Angers). « Les anneaux sont très finement structurés. Ils apparaissent dominés par la signature infrarouge de la glace d'eau, avec une composante plus ou moins importante de contaminants pouvant correspondre à des particules de fer métallique nanophase. Aucune trace d'ammoniaqueammoniaque, de méthane ou de molécules organiques n'a en revanche été détectée. »

Le spectromètre infrarouge CIRS a quant à lui servi à étudier la température des anneaux de Saturneanneaux de Saturne. Une variable intéressante, car elle trahit le comportement dynamique des particules dans le plan équatorial de la planète ainsi que leur structure interne. Les astronomes avaient déjà fait un lien entre le gradient de température entre les faces éclairées et non éclairées par le soleilsoleil et la densité - et donc l'épaisseur - des anneaux A et B. Plus la densité est élevée, plus le gradientgradient de température l'est aussi. Mais aujourd'hui, des analyses plus précises montrent que l'anneau A se comporte différemment. Du fait, sans doute, d'une dynamique verticale des particules plus importante et d'un transfert de chaleurchaleur plus efficace.

Grâce aux données fournies par Cassini, les chercheurs en savent désormais plus sur les anneaux de Saturne, nommés dans l’ordre alphabétique correspondant à la chronologie de leur découverte. © Nasa/JPL-Caltech, Space Science Institute

Des mystères restent à résoudre

Les chercheurs montrent par ailleurs que de minuscules luneslunes se cachent dans ces anneaux, et à la manière d'une protoplanète, elles interagissent avec les particules qui les entourent. Elles nous offrent ainsi un nouvel aperçu de la formation de notre Système solaire à travers son disque d'accrétiondisque d'accrétion évoluant sous l'influence des massesmasses qui le composent.

En revanche, les chercheurs ne sont pas parvenus à expliquer l'observation, au cœur des anneaux, de trois structures distinctes : en grumeaux, lisse ou striée. Sur les images en haute résolution, elles apparaissent sous la forme de ceintures aux contours nets, suggérant que l'apparence des anneaux n'est pas uniquement fonction de la quantité de matériel disponible.

WIMS a aussi révélé un autre mystère : des bandes de glace d’eau anormalement faibles dans la partie la plus externe de l'anneau A. Surprenant pour cette région très réfléchissante que les astronomes imaginaient composée de glace peu contaminée.

Quelques réponses donc, mais encore bien des mystères qui persistent avant de pouvoir démêler la dynamique de ces anneaux et modéliser leur évolution.

Les anneaux de Saturne : un cocktail coloré...

Après de multiples survols des lunes de Saturne, la nouvelle phase de la mission Cassini-Huygens, qui axe ses observations sur le système d'anneaux de façon à les étudier plus en détails, dévoile ses premiers résultats et images qui montrent l'anneau B vu comme jamais auparavant ! Ces images n'ont pas été acquises dans le visible ou l'ultravioletultraviolet. Il s'agit d'images synthésisées à partir des données radio reçues sur Terre.

Article de Rémy DecourtRémy Decourt paru le 06/06/2005

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L'analyse de cette première série d'images ravit les scientifiques tant les informations contenues et connexesconnexes sont de grande qualité et vont contribuer à mieux comprendre l'histoire de ces anneaux toujours bien énigmatique. Ces images révèlent la structure de l'anneau B, très différente des anneaux A et C.

© Fey Gueules d'Humour pour Futura-Sciences

Cassini a constaté que les parties intérieure et extérieure de l'anneau B renferment elles-mêmes des anneaux qui ont des centaines de kilomètres de largeur, extrêmement variables par la quantité de matériaux qu'ils renferment. Un des plus importants, mesurant 5000 km de largeur, contient lui-même plusieurs bandes et est lui-même quatre fois plus dense que l'anneau A et presque 20 fois plus dense que l'anneau Ca.

Enfin, ces images montrent également les dispositifs qui forment ces anneaux et ont surtout permis de déterminer la distribution (qui n'apparaît pas uniforme) et la taille des particules de petite taille, environ 5 cm, des anneaux A, B et C.

Parmi les autres dispositifs détectés lors cette occultationoccultation, plus d'une quarantaine d'ondes de densité dans l'anneau A provoquées par des interactions gravitationnelles des lunes voisines. Ces ondes de densité sont à même de renseigner les scientifiques sur la densité, la masse, la surface des anneaux, leur épaisseur verticale ainsi que d'autres propriétés physiques. Si certaines de ces vaguesvagues ont déjà été observées par Voyager, certaines le sont pour la première fois mais pas dans ce grand nombre et pas avec cette clarté exceptionnelle, où la structure de sa partie interne apparaît à la fois lisse et légèrement onduleuse, alors que sa partie interne présente un grand nombre de boucles denses, étroites et d'aspect tranchant.

Occultation radio

Ces premières occultations radio des anneaux, de l'atmosphère et de l'ionosphèreionosphère de Saturne ont été menées le 3 mai 2005 et d'ici la fin de la mission, 40 autres occultations radio et 80 occultations stellaires sont prévues. La sonde a envoyé trois signaux radio de fréquencesfréquences différentes sur Terre et ces signaux ont été reçus par les antennes du réseau profond de la NASANASA. Ces signaux ont traversé les anneaux de Saturne avant de nous parvenir et ont été analysés pour voir de quelle façon ils sont affectés lors de la traversée des anneaux. Plus un anneau est dense et plus le signal reçu sera faible. cette façon de procéder permet de tracer la distribution et la quantité de la matièrematière constituante des anneaux et de déterminer la taille des particules.