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Saturne, père
de Jupiter
Le système d'anneaux (II)
Si
nous devions citer parmi tous les phénomènes célestes l’un des plus
merveilleux et facilement accessible, les anneaux de Saturne seraient sans conteste
retenus. Structure
unique dans le système solaire et majestueux par leurs dimensions, les anneaux
ont révélé une structure beaucoup plus complexe que
celle qu’on imaginait. C'est grâce à l'analyse spectrale de la lumière
réfléchie par les anneaux que nous savons aujourd'hui qu'ils sont constitués
d'une myriade de rochers glacés indépendants, disposés en fonction de leur masse sur
des orbites individuelles, et tellement denses, qu'à bonne distance ils donnent
l'illusion d'une surface pleine. A l'inverse des anneaux qui cerclent les
autres planètes, ceux de Saturne sont très brillants et réfléchissent entre
20 et 60% de la lumière. Illustrations
artistiques de la structure des anneaux. A gauche, une vue générale par
15°N imaginée par Chesley Bonestell. Noter l'aspect
laiteux et fragmentaire de l'anneau D intérieur formant une
sorte de brume au-dessus des nuages supérieurs. A droite, un
dessin réalisé par William K. Hartmann révèle la
structure individuelle des roches composant les anneaux.
Leur proximité ne permet toutefois pas de naviguer
"entre" les anneaux, ni à travers la division de
Cassini. Documents Bonestell
Space Art et Astronomica. C'est
peu de temps après l'invention de la lunette astronomique qu'en 1664 les
astronomes découvrirent une différence d'éclat dans la surface des
anneaux mais ce ne sera qu'au XIXeme
siècle qu'ils furent baptisés Anneau A, B et C par Wilhelm Struve et
Johann Encke. En
1895, grâce aux analyses spectroscopiques, James Keeler et William
Campbell découvrirent que les anneaux de Saturne ne tournaient pas tous
à la même vitesse. Une fois encore les lois de Kepler sont vérifiées : l'anneau extérieur (dénommé
Anneau A), le plus distant, tourne autour de Saturne en un peu moins de 15 heures,
tandis que la partie intérieure de l'anneau, celle qui touche pratiquement le
sommet des nuages (l'Anneau D) accomplit une révolution en moins de 5 heures,
effectuant 3 tours complets quand l'anneau extérieur n'en fait qu'un. Ils obéissent
en outre à des fractions entières de la période orbitale des satellites les plus proches de Saturne
pour des raisons liées à la stabilité gravitationnelle de leurs orbites
respectives[1] A lire : Saturne, le Seigneur des anneaux (sur le blog) Quelques unes parmi les plus belles photographies de Saturne
Observés au télescope, les anneaux se divisent en trois parties principales, se situant entre 14000 et 77000 km de la couche supérieure nuageuse de Saturne : - l’Anneau C dit de Crêpe (de 142000 à 31700 km) souvent sous-exposé sur les photographies en raison de sa faible luminosité, - l’Anneau B dit intérieur (de 31700 à 57300 km) qui s'arrête à la division de Cassini - l’Anneau A dit extérieur (de 62000 à 77000 km), Les Anneaux B et A représentent les parties les plus brillantes des anneaux. Les sondes spatiales ont révélé l'existence d'un Anneau E, très pâle et diffus, deux fois plus éloigné de Saturne que l'Anneau A (de 140000 à 160000 km) ainsi que deux anneaux pâles coincidant respectivement avec les orbites des lunes Janus/Epiméthée (entre les Anneaux F et G) et avec l'orbite de Pallène (entre les Anneaux G et E). L'Anneau A est séparé de l'Anneau B par un système d'anneaux sombres, la division de Cassini. Cette division aurait été découverte par Jean-Dominique Cassini vers 1684 (et non pas en 1676 comme beaucoup le disent sur base de sources incertaines). La division de Cassini se maintiendrait en raison d'une résonance gravitationnelle 2:1 avec le satellite Mimas. A écouter sur le blog : La musique de Saturne
Une découverte majeure concerne justement cette division de Cassini, un espace sombre de près de 4000 km de large. En préparant les expéditions Pioneer et Voyager, les ingénieurs de la NASA souhaitaient faire passer les sondes dans cet espace, pour éviter de faire un détour en passant autour des anneaux. La trajectoire fut modifiée par la suite, si bien que les sondes ne traversèrent pas les anneaux, mais circulèrent plus haut en latitude, se rapprochant jusqu'à 101000 km de Saturne. Cette intuition fut de bon aloi car Voyager 2 découvrit que la division de Cassini, que l'on croyait dépourvue de matériaux, renfermait en fait des blocs de 8 m de diamètre alignés côte-à-côte, formant 5 annelets concentriques que le faible pouvoir réfléchissant rendait invisible depuis la Terre ! En revanche, la NASA n’a pas hésité à faire passer la sonde Cassini à travers les anneaux en juillet 2004 à hauteur de l'Anneau D très peu dense.
La seconde division importante des anneaux est la division d'Encke qui se situe en bordure de l'Anneau A extérieur (et dont le nom est trompeur car Johann Encke n'a pa pu l'observer avec sa lunette de 240 mm d'ouverture). Beaucoup plus étroite et plus pâle que la division de Cassini, son existence sera confirmée dans les anses par William Lassel et William Dawes en 1850. Sa largeur ne dépasse pas 325 km ou 0.5". Il faut un instrument d'au moins 250 mm d'ouverture pour l'observer sur les anses. En photographie, en compositant plusieurs centaines d'images au moyen d'une webcam, on peut parfois l'enregistrer avec un télescope de 200 mm d'ouverture. Sous ce diamètre, ce que vous pensez être la division d'Encke est en fait une zone sombre de l'Anneau A connue sous le nom de "minimum d'Encke" A l'image de la division de Cassini, la division d'Encke se compose de rochers épars et renferme deux annelets torsadés. Mais comparée à la division de Cassini, la division d'Encke est pratiquement évidée suite aux passages répétés du petit satellite Pan. A l'actif de Voyager, il y a également la mise en évidence de la structure de l'Anneau D tout près de la planète. Il s'étend sous l'Anneau C, au point que les blocs de rochers touchent pratiquement le sommet des nuages de l'atmosphère. Lorsque le Soleil les frappe, ils forment une sorte de neige en suspension au-dessus des nuages. De l'autre côté, au-delà de l'Anneau A, Voyager a découvert 3 groupes d'annelets irréguliers, baptisés F, G et E, à mesure qu'on s'éloigne de Saturne. Ils se situent parmi les orbites des 5 satellites les plus proches. Lorsque la Terre traverse le plan équatorial de Saturne, les anneaux disparaissent totalement à notre vue et il faut user de techniques infrarouges (sensibles à la chaleur des poussières) pour les détecter. Ce phénomène étonnant se produit tous les 15 ans. Il s’est présenté pour la dernière fois entre mai 1995 et février 1996. En fait, les anneaux ne disparaissent pas complètement. Seules restent visibles dans un grand télescope les régions les plus denses qui diffusent la lumière du Soleil.
Avant les missions Voyager, on supposait que les anneaux avaient une épaisseur réduite à quelques kilomètres. Suite à l'occultation de l'étoile ß Scorpio par les anneaux, les spectrophotomètres de Voyager 2 permirent de scruter la structure des anneaux avec une résolution de 100 mètres. On découvrit que son épaisseur minimale oscillait entre 100 et 150 m seulement. Si l'on tient compte des petites particules, d'une taille inférieure à 1 cm qui gravitent autour des anneaux, son épaisseur est voisine de 1.5 km et se compose de 7 strates de matériaux pris en sandwich par une légère couverture d'hydrogène. Ils sont principalement constitués de cailloux proches de la constitution des astéroïdes, composés d’oxyde de fer et de glace.
Un nouvel anneau géant Le 6 octobre 2009, grâce à la vision infrarouge du télescope spatial Spitzer de la NASA, Anne Verdiscer et Michael Skrustkie de l'Université de Virginie, ainsi que Douglas Hamilton de l'Université du Maryland ont annoncé la découverte un nouvel anneau autour de Saturne. Son diamètre total depuis le centre de la planète atteint 12 millions de kilomètres, soit près de 100 fois le diamètre de Saturne ! Constitué de poussières et de glaces, cet anneau immense est incliné de 27° par rapport au plan des autres anneaux et s'inscrit dans l'orbite de Phoebe, l'une des lunes de Saturne. Epais d'environ 5 millions de kilomètres (40 fois le diamètre de Saturne), cet anneau est très diffus; il ne contiendrait que 20 grains de matière par km3, ce qui signifie que si on se trouvait à l'intérieur, on ne le distinguerait même pas ! Sa faible densité explique qu'il soit passé inaperçu si longtemps. Prochain chapitre |
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