Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Les mondes de Saturne

Saturne est une des planètes les plus fascinantes du Système Solaire. Ornée d’un système d’anneaux aussi grands que le système Terre-Lune, et d’à peine une dizaine de mètres d’épaisseur, elle est également accompagnée d’un cortège d’une trentaine de satellites d’une extraordinaire diversité, et enfin, son atmosphère est la plus violente de tout le système solaire : les vents peuvent atteindre quelques 1600 km/h.
Déjà visitée par les sondes Pioneer (1979) et Voyager.(1980 et 1981), elle est depuis ces six derniers mois sous l'oeil des caméras et instruments de la sonde Cassini.  Le système d'imagerie  ISS (Système Scientifique d'Imagerie) se compose de deux caméras, l’une à grand champ  (WAC-Wide Angle Camera) et l’autre, à champ étroit, comme un zoom puissant, (NAC-Narrow Angle Camera). Equipées d’une vingtaine de filtres, ces caméras sont capables de capturer des images depuis le proche infrarouge jusqu’à l’ultraviolet avec une qualité qui dépasse largement celle obtenue jusqu'ici..

"Pailles" et "cordes" dans les anneaux

Les missions Pioneer et Voyager avaient déjà révélé que les anneaux de Saturne ont en fait une infinité de détails imbriqués les uns dans les autres, une structure dite "fractale". Sur les images saisissantes de la mission Cassini, ils apparaissent comme une infinité de sillons plus ou moins brillants, un peu comme les sillons sur un disque de musique en vynil. En fait, si les anneaux étaient isolés de toute influence, ils ne devraient présenter aucune structure, être homogènes et s’étaler doucement. Mais en réalité, ils sont perturbés en permanence par les nombreux petits satellites de Saturne, et ce sont les forces de gravitation exercées par ces petites lunes qui « forgent » cette dentelle infinie de structures dans les anneaux.

CASSINI, au moment de sa mise en orbite, le 1er Juillet 2004 a fait un survol, une sorte de « vol plané » au dessus des anneaux, à moins de 60 000 km d’altitude et par endroit seulement 16 000 km (par comparaison, le diamètre de Saturne  est de 120 000 km et les anneaux ont un diamètre de 300 000 km), nous révélant ainsi de nouvelles structures à très haute résolution jusqu’ici jamais observées.

De gauche à droite : l'image globale des anneaux "côté jour "et "côté nuit", prises par Cassini fin octobre 2004, d'une distance de 800 000 km. Ces deux vues plongeantes montrent clairement la structure  fractale  en microsillons des anneaux (cliquer sur les images pour apprécier les détails). La deuxième image "côté nuit" est prise du coté non éclairé (le Soleil est de l’autre des anneaux). Elle semble être le négatif de la première image "jour" car les régions denses (qui sont brillantes dans l’image "jour") apparaissent sombrent car elles ne laissent pas passer la lumière, et inversement. La troisième image a été prise à moins de 60 000 km au dessus des anneaux et fourni un véritable "zoom". Les traits sombres visibles et dénommés "pailles" ont une longueur de quelques kilomètres et une largeur de seulement quelques centaines de mètres et étaient inconnus jusqu'ici (cliquer pour agrandir) La quatrième image a été prise du coté sombre des anneaux, au bord de la division de Encke (à 135000 km de Saturne). Les plus fins détails représentent environ 200 mètres seulement. Sur l’extrême bord de l’anneau, des stries noires et blanches sont visibles qui rappellent des cordes (« ropes » en anglais), une nouvelle famille de structures façonnée sans doute par l'action du petit satellite, Pan.  Crédits NASA/ESA

Dans les milliers d'images des anneaux, les scientifiques de l'équipe "Imagerie" de Cassini ont découvert une multitude de détails insoupçonnés :
 - les "pailles" :ce sont des variations de brillance très étroites d'une longueur de seulement quelques kilomètres dont la texture rappelle celle d’une botte de foin (voir l'image ci-dessus). Les « pailles » semblent être ce que les physiciens appèlent des "ondes de Jeans", bien connus de ceux qui étudient les disques de matière. En effet, la gravité tend à rassembler la matière en « grumeaux », alors que les effets de marée de Saturne toute proche tendent à les détruire. La nature trouve un équilibre entre les deux forces et les grumeaux s’allongent pour former des filaments de matière. Cela explique peut-être l’existence des « pailles ». Cette structure est une toute véritable découverte et est pour les astrophysiciens un nouvel outil  pour comprendre la microphysique des anneaux de Saturne.
  - les "cordes" : sur le bord de certains anneaux sont visibles des structures filamenteuses brillantes, qui évoquent d’épaisses cordes tendues sur le bord de l’anneau. Une "corde" est visible sur une image de Cassini prise quelques heures à peine après le passage d’un petit satellite appelé Pan (image de gauche). Ce dernier crée, du fait de sa gravité, un sillage derrière lui qui déforme le bord de l’anneau et lui fait subir des cycles compression - décompression. Quand le bord de l’anneau se décompresse après le passage du satellite, les particules dans les anneaux s’organisent en structure filiforme. Les détails précis de ce mécanisme collectif entre les particules des anneaux restent cependant encore obscurs.

Les mystères de l'anneau F

L’anneau F de Saturne, le plus extérieur, a été découvert par les sondes Pioneer à une distance moyenne de  140 000 km. Il est parcouru de part et d’autres par deux petits satellites, appelés "Prométhée" et "Pandore" qui l’empêchent de se disperser dans l’espace et pour cette raison sont appelés les satellites « bergers ».

CASSINI a découvert que l'anneau F était formé d'au moins quatre "sous-anneaux" bien visibles sur les nouvelles images. Le satellite "Prométhée" au cours de son chemin, rentre parfois littéralement en collision avec l’anneau, lui arrachant des bouts de matière, comme cela est visible sur les images de la caméra à petit champ. Cependant, l’anneau semble pouvoir se réparer tout seul : tous les stigmates de cette destruction systématique semblent disparaîtrent en moins de trois mois… Il y a là un mystère que seule l’observation régulière de l’anneau F permettra de percer au cours des quatre années de la mission CASSINI.

Contacts :   
                  
                  

Publications :

"Cassini Imaging Science : initial Results on Phoebe and iapetus"  (lire aussi...)
C. C. Porco et l'équipe Imagerie (dont A. Brahic, S. Charnoz)
publié dans Science, 25 Février 2005, vol 307, P. 1237, pour télécharger l' article (format PDF/442Ko)

"Cassini Imaging Science : initial Results on Saturn's Rings and Small Satellites"
C. C. Porco et l'équipe Imagerie (dont A. Brahic, S. Charnoz)
publié dans Science, 25 Février 2005, vol. 307, p.1226   pour télécharger l' article (format PDF/455Ko)

"Cassini Imaging Science : Initial Results on Saturn's atmosphere"
C. C. Porco et l'équipe Imagerie (dont A. Brahic, S. Charnoz)
publié dans Science, 25 Février 2005, vol 307, p. 1243, pour télécharger l' article (format PDF/411Ko)
 

voir         : Vieilles et nouvelles lunes  : le nouveau visage des satellites de Saturne  (24 Fevrier 2005)

voir aussi : "Le site CIRS du Service d'Astrophysique"
                "Le site de l'équipe de recherche GAMMA-Gravitation de l'Université Paris 7-CASSINI (en français)"
                "Le site de la mission CASSINI-HUYGENS de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) (en anglais)"
                "Le site de la mission CASSINI-HUYGENS au Centre National d'Etudes Spatiales (en français)"
                "Le site du Jet Propulsion Laboratory NASA-CALTECH (en anglais)"
                "Le site officiel de la mission CASSINI-HUYGENS de la NASA (en anglais)"

La mission Cassini-Huygens est le fruit d'une collaboration entre l'Agence Spatiale des Etats-Unis ( National Aeronautics Space Administration-NASA), l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence Spatiale Italienne.