mardi 18 décembre 2018

Saturne dévore ses anneaux à grande vitesse


Il y a un peu plus de deux mois, je vous relatais une étude stupéfiante qui montrait que les anneaux de Saturne étaient probablement en train de disparaître en se précipitant dans le belle géante. Cette découverte faisait suite à une autre de début janvier 2018, non moins stupéfiante, qui nous apprenait que les anneaux avaient certainement moins de 200 millions d'années. Aujourd'hui, une nouvelle étude enfonce le clou et vient confirmer que Saturne est en train de dévorer ses anneaux et n'en aura plus d'ici environ 300 millions d'années.




Les homo sapiens sapiens que nous sommes sont donc arrivés au bon moment dans l'histoire du système solaire. Au bon moment pour pouvoir être émerveillés par cette étrange planète dont Galilée le premier avait du mal à comprendre la forme annulaire. Ce sont des astronomes américains menés par James O'Donoghue du Goddard Space Flight Center qui viennent confirmer l'étude parue en octobre dernier. Ils publie leur étude aujourd'hui dans la revue de planétologie Icarus. Ils y montrent que les anneaux ne seraient en fait âgés que d'environ 100 millions d'années et surtout que leur taux de perte de masse serait considérable : entre 432 et 2870 kg par seconde. Ils ont pour cela observé la région équatoriale de Saturne dans l'infra-rouge avec un télescope terrestre, le télescope Keck de 10 m situé sur le Mauna Kea à Hawaï. Ils mesurent les caractéristiques de l'ion H3+ dans l'ionosphère de Saturne, et notamment sa densité au niveau de l'équateur de Saturne, là où on pense depuis quelques temps que se déroule une véritable "pluie d'anneau" qui précipite la zone interne des anneaux vers la planète gazeuse. L'ion H3+ (3 protons+2 électrons) est un traceur de la présence d'eau dans l'atmosphère de Saturne (un résidu de réaction chimique induite par la molécule H20).

Les chercheurs observent une nette augmentation de la densité de l'ion H3+ entre les latitudes 45°N et 39°S, accompagnée d'une basse température, ce qui indiquerait que l'ionosphère serait plus impactée par la pluie d'anneaux dans sa zone plus profonde. Avec le taux de perte de masse déduit de ces observations via des modélisations, James O'Donoghue et ses collaborateurs estiment le temps qu'il reste avant que la totalité des anneaux ait disparue : entre 168 millions et 1110 millions d'années avec comme valeur la plus probable 292 millions d'années. Ils considèrent pour cela que le printemps boréal qui existait sur Saturne lors de leurs observations est représentatif de toutes les saisons et que les anneaux peuvent se réorganiser dans le temps. Quelques centaines de millions d'années, c'est très peu par rapport à l'âge de Saturne et du système solaire (4,567 milliards d'années).


Avant la preuve flagrante de l'existence d'une pluie d'anneau apportée par la sonde Cassini et publiée il y a quelques mois, des indices d'un tel phénomène avaient été obtenus en 1981 déjà, lors du passage de la sonde Voyager 2. Celle-ci avait en effet observé d'étranges variations de l'ionosphère Saturnienne (sa haute atmosphère électriquement chargée), ainsi que des variations de densité incomprises dans les anneaux et surtout la présence de bandes sombres dans l'atmosphère de Saturne aux latitudes moyennes. Tous ces indices pouvaient laisser penser à une érosion des anneaux. Les bandes sombres semblaient en effet liées aux champs magnétiques très puissants de Saturne, qui emporteraient les particules de glace chargées électriquement vers la haute atmosphère de la géante. Cet afflux important d'eau des anneaux apparaissant à des latitudes spécifiques aurait "nettoyé" les brumes stratosphérique pour laisser apparaître les bandes sombres en réflexion.

Il semble bien que le champ magnétique Saturnien joue un rôle prépondérant dans cette forte érosion des anneaux. Il faut se rappeler que les anneaux sont formés principalement de glace, sous la forme de grains qui peuvent avoir une taille comprise entre quelques nanomètres et quelques dizaines de mètres. Les plus petites particules peuvent acquérir une charge électrique par irradiation de rayonnement ultra-violet ou par interaction avec du plasma induit par un bombardement de micrométéorites. Une fois chargées, ces particules deviennent sensibles au champ magnétique, qui vient s'ajouter à la force gravitationnelle en incurvant leur trajectoire et en les faisant tomber directement vers la planète. Or les zones les plus denses en H3+, donc en eau, correspondent aux latitudes où les lignes de champs magnétique qui interceptent les anneaux pénètrent dans l'atmosphère de Saturne. Les résultats de O'Donoghue et ses collègues collent parfaitement bien avec les données enregistrées dans les années 1980 par les sondes Voyager, et sont cohérentes avec les résultats de Cassini.



Par ailleurs, les chercheurs américains ont découvert une nouvelle bande sombre dans l'hémisphère sud, qui correspond à la zone où le champ magnétique intercepte l'orbite de Encelade. Or on sait que Encelade crache en permanence une quantité d'eau par ces geysers à travers sa croûte de glace fissurée. Une partie de cette eau tomberait ainsi directement vers Saturne au lieu de nourrir les anneaux, selon les astronomes américains.

Le scénario envisagé pour expliquer l'apparition finalement récente des anneaux de Saturne serait une collision entre lunes de glace en orbite autour de Saturne, qui aurait pu voir leurs trajectoire perturbée par le passage proche d'un astéroïde ou d'une comète.
L'équipe de O'Donoghue va maintenant essayer d'affiner le scénario de la disparition des anneaux, en observant notamment quelles sont les différences qui peuvent exister entre saisons Saturniennes. L'exposition aux UV solaires changeante devrait modifier la charge électrique globale des grains de glace et donc leur sensibilité au champ magnétique de Saturne et donc l'intensité de la pluie d'anneau..., mais ces observations vont prendre un peu de temps puisqu'une année sur Saturne dure 29,4 années terrestres...


Source

Observations of the chemical and thermal response of ‘ring rain’ on Saturn’s ionosphere. 
James O’Donoghue, Luke Moore, Jack Connerney, Henrik Melin, Tom Stallard, Steve Miller, Kevin H. Baines.
Icarus en ligne, 6 november 2018
https://doi.org/10.1016/j.icarus.2018.10.027


Illustrations

1) Saturne (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

2) Montage montrant à quoi pourrait ressembler Saturne dans 100 millions d'années (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

2 commentaires :

Yves a dit…

Ce n'est qu'à la deuxième lecture du titre que j'ai capté l'allusion à Saturne dévorant ses enfants ;)
Plus sérieusement, j'ai lu tout récemment une autre nouvelle à propos de Saturne (https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/systeme-solaire-surprenant-eau-anneaux-saturne-ressemble-celle-terre-62184/).
Se pourrait-il que la Terre ait vécu bien plus tôt que Saturne un scénario similaire, avec des lunes de glace dont les collisions auraient formé des anneaux, qui se seraient ensuite dissipés progressivement sous forme de "pluie" ? Bref un scénario moins violent que celui d'une multitude de collisions avec des comètes ou météorites.

Dr Eric SIMON a dit…

Dans le cas de Saturne, on voit que le champ magnétique joue un rôle prépondérant dans l'érosion des anneaux. Je ne suis pas sûr que la Terre aurait pu induire un mécanisme similaire. Il aurait fallu aussi sans doute que la Terre ne soit pas sur son orbite actuelle mais plus loin, ce qui n'est pas exclu par contre.