Département de Physique des Particules

L'origine des anneaux

Les anneaux de Saturne constituent l'une des régions les plus étonnantes du Système Solaire. Ils sont extraordinairement minces. Alors qu'ils font environ 250 000 km de diamètre, ils ne font pas plus de quelques dizaines de mètres d'épaisseur, une vraie lame de rasoir ! Malgré leur apparence impressionnante, il y a donc extrêmement peu de matière dans ces anneaux -- si on les compressait en un seul corps, celui-ci ne ferait pas plus de 100 km de diamètre. Leur origine est encore aujourd'hui un mystère. On sait néanmoins depuis plus d'un siècle grâce à l'astronome français, Edouard Roche (1820-1883) que les intenses forces de marées engendrées par la planète empêchent la formation de tout satellite à l'intérieur des anneaux. Or cette élégante vision a été mise à mal, quand les sondes Voyager 1 et 2 ont photographié pour la première fois en 1980 deux petits points de lumière dans les anneaux de Saturne : les satellites Pan et Atlas. Comment ces petits corps ont-ils bien pu se former dans un environnement aussi hostile où les marées de Saturne empêchent toute formation de satellite ? Se sont-ils constitués ailleurs ? Mais si tel est le cas, comment se sont-ils retrouvés au sein des anneaux ?

Deux soucoupes volantes

Le début de la réponse est venu au cours de l'été 2006, lorsque les caméras de la sonde CASSINI ont pris les premières images à haute résolution des satellites Pan et Atlas. Elles ont alors révélé des formes inattendues de « soucoupes volantes », qualifiées ainsi en raison d'importants « bourrelets » qui ceinturent l'équateur des deux petites lunes. Comparés aux satellites qu'ils entourent, ces bourrelets sont proprement gigantesques. "Nous n'avions jamais vu cela souligne Sébastein Charnoz. Ils ont en effet plusieurs kilomètres d'épaisseur, alors que Pan et Atlas ne font que 30 kilomètres de diamètre environ. Si l'on transpose ces excroissances à l'échelle de la Terre, c'est comme si notre plus haute montagne s'élevait à 1000 kilomètres d'altitude et entourait l'intégralité de notre équateur !"

Pour mieux comprendre ce qui se passe dans les anneaux, les chercheurs ont alors décidé de simuler sur ordinateur le bombardement incessant que subit un petit corps au milieu des anneaux. Par une simulation dite de « N-corps », l'interaction et les trajectoires de 10 000 particules, chutant sur les petits satellites ont été calculées. Ces simulations ont alors révélé, qu'en un temps très court (quelques années seulement) les particules de glaces des anneaux de Saturne s'empilent à l'équateur des satellites, reproduisant ainsi fidèlement l'apparition des excroissances observées. Ces excroissances pouvaient donc être constituées de particules issues des anneaux, particules empilées à la surface de satellites beaucoup plus anciens et déjà présents dès la formation des anneaux.

Le point d'orgue est venu en juin 2007 lorsque de meilleures images obtenues par CASSINI ont montré que les satellites étaient bien constitués de deux matériaux de types différents. "Le corps sphérique central est très rugueux alors que le bourrelet équatorial est très lisse continue S. Charnoz. C'est bien la preuve de notre scénario. Pan et Atlas se sont formés en deux phases : ils n'étaient à l'origine que de simples satellites plus ou moins sphériques, orbitant au sein des anneaux primitifs de Saturne. Leur gravité a ensuite attiré un matériau différent, celui des anneaux tombé en pluie sur les zones équatoriales".

La taille "initiale" des satellites était donc plus faible à l'origine et tout à fait conforme a celle attendues lors de la désintégration d'un corps plus massif. Pan et Atlas pourraient donc être deux des plus gros fragments du cataclysme ayant donné naissance aux anneaux. Cette conclusion ne constitue pas encore une preuve définitive mais elle renforce la théorie déjà proposée dans les années 1970 d'une formation des anneaux par fragmentation d'un objet d'environ 100 kilomètres de diamètre qui aurait dispersé des milliers de petits fragments de toutes tailles. Cette théorie est plus que jamais  considérée comme l'une des plus prometteuses pour expliquer le mystère des anneaux.

Publications :

" The equatorial ridges of Pan & Atlas : terminal accretionary ornaments "
  S. Charnoz, A. Brahic, P. Thomas, C. Porcot, dans la revue Science du 7 décembre 2007
pour une version électronique ( fichier PDF- 232 Ko)