Galilée a été le premier à observer Saturne avec une lunette. Il découvrit qu'elle avait une forme étrange dont la nature ne fut comprise qu'en 1655 par le mathématicien, astronome et physicien, Huygens : la géante était entourée d'un anneau, et plusieurs même, comme Giovanni Domenico Cassini le montre quelques années plus tard. En 1859, le physicien James Clerk Maxwell, à qui l'on doit la théorie du champ électromagnétique, fait voler en éclats la théorie proposée par Laplace en 1787, selon laquelle les anneaux de Saturne sont solides.
En se basant de façon ingénieuse sur les lois de la mécanique, Maxwell en déduit qu'ils sont probablement constitués d'un ensemble de petits corps en orbite. Il faudra ensuite attendre les travaux de la mathématicienne russe, Sofia Kovalevskaya (1850-1891) pour avoir la preuve que les anneaux de Saturne ne peuvent pas être liquides. C'est finalement en 1895 que les observations de l'astronome états-unien, James Edward Keeler, confirment définitivement la version de Maxwell.
Les astrophysiciens et les mathématiciens intéressés par la cosmogonie tenteront ensuite d'expliquer la formation de ces anneaux. Certains ont expliqué qu'ils proviendraient de la destruction d'un petit corps céleste qui se serait trop approché de Saturne. Ce faisant, il serait passé sous la limite définie par le mathématicien et astronome Edouard Roche, c'est-à-dire la distance minimale en-deçà de laquelle un petit corps, s'approchant d'un gros, est détruit par les forces de marée. Mais si tel est bien le cas, à quel moment s'est produit cet événement ? Des milliards d'années ? Tout au début de la naissance du Système solaire ou plus récemment ?
L'essor de l'exploration spatiale avec les sondes Voyager et Cassini, et bien sûr les instruments au sol, nous a fourni des renseignements dont ne pouvaient rêver Galilée et Laplace. Ces recherches nous permettent de nourrir des modèles théoriques et des simulations numériques sur ordinateur qui sont en mesure de donner des réponses à toutes ces questions. Un groupe de planétologues anglo-saxons vient d'ailleurs de publier dans le célèbre journal Icarus un article aboutissant à une conclusion étonnante : les anneaux de Saturne sont éphémères, ils se seraient formés il y a 100 millions d'années, tout au plus, et dans 300 millions d'années, ils disparaîtrons.
En se basant de façon ingénieuse sur les lois de la mécanique, Maxwell en déduit qu'ils sont probablement constitués d'un ensemble de petits corps en orbite. Il faudra ensuite attendre les travaux de la mathématicienne russe, Sofia Kovalevskaya (1850-1891) pour avoir la preuve que les anneaux de Saturne ne peuvent pas être liquides. C'est finalement en 1895 que les observations de l'astronome états-unien, James Edward Keeler, confirment définitivement la version de Maxwell.
Les astrophysiciens et les mathématiciens intéressés par la cosmogonie tenteront ensuite d'expliquer la formation de ces anneaux. Certains ont expliqué qu'ils proviendraient de la destruction d'un petit corps céleste qui se serait trop approché de Saturne. Ce faisant, il serait passé sous la limite définie par le mathématicien et astronome Edouard Roche, c'est-à-dire la distance minimale en-deçà de laquelle un petit corps, s'approchant d'un gros, est détruit par les forces de marée. Mais si tel est bien le cas, à quel moment s'est produit cet événement ? Des milliards d'années ? Tout au début de la naissance du Système solaire ou plus récemment ?
L'essor de l'exploration spatiale avec les sondes Voyager et Cassini, et bien sûr les instruments au sol, nous a fourni des renseignements dont ne pouvaient rêver Galilée et Laplace. Ces recherches nous permettent de nourrir des modèles théoriques et des simulations numériques sur ordinateur qui sont en mesure de donner des réponses à toutes ces questions. Un groupe de planétologues anglo-saxons vient d'ailleurs de publier dans le célèbre journal Icarus un article aboutissant à une conclusion étonnante : les anneaux de Saturne sont éphémères, ils se seraient formés il y a 100 millions d'années, tout au plus, et dans 300 millions d'années, ils disparaîtrons.
Tout évolue dans l'Univers et rien, à part peut-être certaines lois fondamentales de la physique, ne demeure de toute éternité. Il suffit pour cela de se référer à la découverte de la tectonique des plaques ou à la théorie du Big Bang. C'est dans le cadre de cette autre représentation du Monde, ce nouveau paradigme dont les Terriens ont pris conscience depuis plus de 50 ans, que s'inscrit la stupéfiante conclusion des chercheurs. Ils se sont appuyés sur plusieurs travaux et, en particulier, sur des observations faites dans l'infrarouge avec les instruments du Keck à Hawaï.
Une pluie de particules glacées et chargées sur Saturne
Ces observations, datant du début des années 2010, précisaient les caractéristiques de la présence de nombreux cations trihydrogène dans l'ionosphère de Saturne. Que l'on puisse en trouver n'est pas étonnant puisqu'il s'agit d'H3+, l'ion le plus abondant dans le milieu interstellaire, où il demeure stable, compte tenu de la température très basse et de l'extrême ténuité de ce milieu. La plus simple des molécules triatomiques, dans laquelle trois protons se partagent deux électrons, avait déjà été détectée dans les atmosphères des géantes depuis un certain moment (1989, avec Jupiter).
Mais ce qui s'est révélé riche en enseignements, cette fois-ci, est que les ions H3+ sont particulièrement présents dans des bandes dans les hémisphères Nord et Sud où l'on sait que plongent et émergent des lignes de champs de la magnétosphère de Saturne. Ces bandes sont particulièrement brillantes mais, a contrario, elles apparaissaient sombres sur des images prises par les sondes Voyager 1 et 2 lorsqu'elles ont visité Saturne au début des années 1980.
Or, déjà en 1986, le planétologue John E.P. Connerney, plus connu sous le diminutif de Jack Connerney, avait interprété ces bandes comme étant le résultat de l'afflux de particules de glaces chargées conduisant à « disperser » un brouillard présent dans ces régions de l'ionosphère ; ces bandes devenant moins brillantes, moins contrastées et donc plus sombres.
Jack Connerney revient aujourd'hui sur le sujet, dans l'article d'Icarus, rédigé sous la direction de son collègue de la Nasa, James O'Donoghue, et qui permet d'emboîter les pièces d'un puzzle.
Il apparaît maintenant que les ions de trihydrogène, dans les bandes considérées, sont le produit final de réactions chimiques à partir de particules de glaces chargées qui se sont vaporisées dans l'ionosphère. Ces particules proviennent des anneaux de Saturne où elles ont acquis leurs charges, soit sous l'effet du rayonnement ultraviolet ionisant provenant du Soleil, soit au contact du plasma produit par les collisions entre les micrométéorites et les particules de glaces de ces anneaux. En devenant chargées, ces particules deviennent alors sensibles aux champs magnétiques de Saturne qui les guident sous l'influence de la gravité de la planète le long des lignes de champs qui vont les conduire dans les bandes sombres de Voyager.
On peut évaluer la quantité de particules glacées qui est ainsi arrachée aux anneaux au cours du temps. C'est de cette façon que l'on aboutit au chiffre de 300 millions d'années pour le temps qui devrait rester à vivre à ces anneaux. Le phénomène contraint aussi les estimations concernant l'âge des anneaux qui ne devrait pas dépasser 100 millions d'années, un chiffre dont l'ordre de grandeur est cohérent avec une autre estimation déjà avancée mais, sur une autre base, il y a quelques années.
Un résultat qui laisse songeur comme l'explique James O'Donoghue : « Nous avons la chance d'être présent pour voir le système des anneaux de Saturne, qui semble être en plein milieu de sa vie. Mais si les anneaux sont bien temporaires alors nous avons peut-être manqué ceux de Jupiter, Uranus et Neptune quand ils étaient géants ».
CE QU'IL FAUT RETENIR
Les données des sondes Voyager, complétées par des observations dans l'infrarouge sur Terre avec le télescope Keck à Hawaï, montrent que des particules de glace issues des anneaux de Saturne tombent en pluies sur la géante gazeuse.
Le phénomène est dû au fait que les particules des anneaux se chargent sous l'effet des rayons ultraviolets et du plasma généré par le bombardement des micrométéorites. Elles deviennent alors sensibles aux lignes de champs magnétiques de la planète, en plus de sa gravité, ce qui les conduit à tomber sur Saturne.
Les anneaux devraient ainsi disparaître en 300 millions d'années tout au plus et ce phénomène implique aussi qu'ils sont récents, ce que se laissait déjà entendre depuis quelques temps.
Si tel est le cas, les anneaux existants aujourd'hui autour de Jupiter, Uranus et Neptune sont peut-être des vestiges d'anneaux beaucoup plus grandes.
Laurent Sacco (Futurasciences)
Une pluie de particules glacées et chargées sur Saturne
Ces observations, datant du début des années 2010, précisaient les caractéristiques de la présence de nombreux cations trihydrogène dans l'ionosphère de Saturne. Que l'on puisse en trouver n'est pas étonnant puisqu'il s'agit d'H3+, l'ion le plus abondant dans le milieu interstellaire, où il demeure stable, compte tenu de la température très basse et de l'extrême ténuité de ce milieu. La plus simple des molécules triatomiques, dans laquelle trois protons se partagent deux électrons, avait déjà été détectée dans les atmosphères des géantes depuis un certain moment (1989, avec Jupiter).
Mais ce qui s'est révélé riche en enseignements, cette fois-ci, est que les ions H3+ sont particulièrement présents dans des bandes dans les hémisphères Nord et Sud où l'on sait que plongent et émergent des lignes de champs de la magnétosphère de Saturne. Ces bandes sont particulièrement brillantes mais, a contrario, elles apparaissaient sombres sur des images prises par les sondes Voyager 1 et 2 lorsqu'elles ont visité Saturne au début des années 1980.
Or, déjà en 1986, le planétologue John E.P. Connerney, plus connu sous le diminutif de Jack Connerney, avait interprété ces bandes comme étant le résultat de l'afflux de particules de glaces chargées conduisant à « disperser » un brouillard présent dans ces régions de l'ionosphère ; ces bandes devenant moins brillantes, moins contrastées et donc plus sombres.
Jack Connerney revient aujourd'hui sur le sujet, dans l'article d'Icarus, rédigé sous la direction de son collègue de la Nasa, James O'Donoghue, et qui permet d'emboîter les pièces d'un puzzle.
Il apparaît maintenant que les ions de trihydrogène, dans les bandes considérées, sont le produit final de réactions chimiques à partir de particules de glaces chargées qui se sont vaporisées dans l'ionosphère. Ces particules proviennent des anneaux de Saturne où elles ont acquis leurs charges, soit sous l'effet du rayonnement ultraviolet ionisant provenant du Soleil, soit au contact du plasma produit par les collisions entre les micrométéorites et les particules de glaces de ces anneaux. En devenant chargées, ces particules deviennent alors sensibles aux champs magnétiques de Saturne qui les guident sous l'influence de la gravité de la planète le long des lignes de champs qui vont les conduire dans les bandes sombres de Voyager.
On peut évaluer la quantité de particules glacées qui est ainsi arrachée aux anneaux au cours du temps. C'est de cette façon que l'on aboutit au chiffre de 300 millions d'années pour le temps qui devrait rester à vivre à ces anneaux. Le phénomène contraint aussi les estimations concernant l'âge des anneaux qui ne devrait pas dépasser 100 millions d'années, un chiffre dont l'ordre de grandeur est cohérent avec une autre estimation déjà avancée mais, sur une autre base, il y a quelques années.
Un résultat qui laisse songeur comme l'explique James O'Donoghue : « Nous avons la chance d'être présent pour voir le système des anneaux de Saturne, qui semble être en plein milieu de sa vie. Mais si les anneaux sont bien temporaires alors nous avons peut-être manqué ceux de Jupiter, Uranus et Neptune quand ils étaient géants ».
CE QU'IL FAUT RETENIR
Les données des sondes Voyager, complétées par des observations dans l'infrarouge sur Terre avec le télescope Keck à Hawaï, montrent que des particules de glace issues des anneaux de Saturne tombent en pluies sur la géante gazeuse.
Le phénomène est dû au fait que les particules des anneaux se chargent sous l'effet des rayons ultraviolets et du plasma généré par le bombardement des micrométéorites. Elles deviennent alors sensibles aux lignes de champs magnétiques de la planète, en plus de sa gravité, ce qui les conduit à tomber sur Saturne.
Les anneaux devraient ainsi disparaître en 300 millions d'années tout au plus et ce phénomène implique aussi qu'ils sont récents, ce que se laissait déjà entendre depuis quelques temps.
Si tel est le cas, les anneaux existants aujourd'hui autour de Jupiter, Uranus et Neptune sont peut-être des vestiges d'anneaux beaucoup plus grandes.
Laurent Sacco (Futurasciences)
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