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Saturne, père de Jupiter Les
anomalies dans les anneaux (III)
Globalement, le rapport de la taille de l’anneau est équivalent à celui
d'une feuille de papier de 200 m de diamètre. Sa limite extérieure se situe à
100000 km de Saturne (en excluant l'anneau E), délimitant un diamètre d'environ 338000 km : il s'étend
à peu de chose près sur la distance Terre-Lune ! L'anneau mesure donc
grosso-modo 65000 x 1.5 km
L'étude des échos radars et des relevés numériques effectués par Voyager permirent également de préciser qu’à mesure que l'on s'éloigne de Saturne, la taille des blocs formant les anneaux diminue, oscillant entre une dizaine de mètres et un peu moins d'un mètre. En dimension relative, l'anneau complet s'étend ainsi jusqu'à 4 rayons saturniens, au-delà de la limite de Roche, limite qui sépare la zone des anneaux de celle des satellites. Cette découverte est importante car elle bouleverse certains principes de mécanique. La limite de Roche est la distance à laquelle un corps ayant la densité de la planète-mère ne peut subsister sans être brisé par les forces gravitationnelles de marées provoquées par celle-ci. Sous une distance inférieure à 2.446 fois le rayon de la planète, tout corps éclate et s'éparpille pour former un anneau ou des satellites qui migreront sur des orbites plus stables. Dans le cas d'une planète, son orbite devient généralement plus courte et à tendance à se rapprocher de son étoile. Tout l'anneau de Saturne se situe sous 2.3 rayons saturniens, mis à part les trois anneaux E, F et G dont les rochers auraient pu former de véritables satellites. Ils semblent maintenus sur leur orbite par les effets gravitationnels des satellites proches, l'effet shepherd. Le meilleur exemple est l'Anneau F qui est entouré de 2 petits satellites dits "gardiens", situés de part et d'autre de l'anneau, à 1200 km de ce dernier et découverts par Voyager 1. Bien qu'ils perturbent sa structure, les spécialistes pensent qu'ils maintiennent l'anneau en place, empêchant sa dispersion. Le satellite Mimas, proche de l'Anneau G, assure une fonction similaire en vidant la division de Cassini de sa matière par un processus similaire à celui qui a donné naissance aux lacunes de Kirkwood dans la Ceinture des astéroïdes.
Les phénomènes gravitationnels ont manifestement créé de nombreuses anomalies dans les anneaux. La sonde Cassini a ainsi découvert en juillet 2004 plusieurs phénomènes inattendus. Comme nous l'avons évoqué, la division d'Encke doit son existence à la présence d'un petit satellite baptisé Pan mesurant 20 km de diamètre. Evoluant en plein milieu de l'Anneau A il a évidé celui-ci sur une largeur de 325 km. L'Anneau A présente également des ondes de densité entretenues par le passage répété des satellites Janus, Pandore et Prométhée. Derrière eux se forment des ondes de turbulences (festons) formant un sillage en spirale qui se dissipe graduellement du bord vers l'intérieur. Dans d'autres circonstances, on a découvert que le petit satellite dénommé temporairement S/2005 S1 présenté ci-dessous crée des turbulences temporaires dans la division de Keller.
Ces motifs dégradés très inattendus sont liés à un effet de résonance gravitationnelle. En effet, lorsque la période orbitale des roches glacées correspond à celle des lunes, l'influence gravitationnelle de ces dernières se manifeste en créant des ondes de densité. Les photographies présentées ci-dessous illustrent quelques uns de ces phénomènes gravitationnels dont les détails demeurent encore en partie inexpliqués. Il s'avère ainsi que les anneaux et les satellites qui gravitent à proximité forment un ensemble dynamique, lié par des phénomènes de résonance gravitationnelle conjugués extrêmement complexes. Ces interactions permanentes expliquent l'existence de l'anneau dans sa forme actuelle, très structurée et divisée.
La masse globale de l'anneau, déterminée par défaut par l'absence de perturbations sur la trajectoire des sondes spatiales est évaluée à un dix millionième de celle de la planète, soit environ 2x1019 kg, le poids du satellite Mimas. Cette valeur renforce l'idée que l'anneau s'est formé suite à l'éclatement d'un satellite qui se serait trouvé sous la limite de Roche pour une raison qui reste à expliquer. Toutefois la persistance de l'anneau au fil des éons demeure un mystère. La petite histoire des "spokes"[2] Une dernière découverte confirma les observations effectuées depuis l'Observatoire d'Harvard aux environs de 1874 par le Français E.Trouvelot émigré aux Etats-Unis. C'est la présence de bandes radiales sombres, les "spokes" ou marbrures, dans les anneaux de Saturne, et en particulier dans l'Anneau B. C'est l'astronome belge Francois Joseph Charles Terby qui reporta pour la première fois en 1887 la présence de spokes dans l'Anneau C (Cf.MNRAS, 72, p257,1912). L'observation sera répétée peu de temps après ainsi qu'en 1888 par l'Anglais Thomas Gwyn Empy Elger de Kempston. Le Belge Paul Stroobant rapporta également leur observation en 1890. Des spokes seront également découvertes dans l'Anneau A par l'astronome Eugene Antoniadi en 1896 mais sa découverte ne connaîtra pas la renommée de ses "canaux" martiens et passera même quasi inaperçue. En effet, ces phénomènes ont toujours été fugaces et ne sont visibles que dans des instruments d'au moins 200 mm d'ouverture.
L'existence de ces marbrures sera confirmée le 15 juin 1957 à 6h TU pour être précis par l'astronome amateur américain Chester J.Smith, membre de l’association des observateurs de la Lune et des planètes (ALPO). Muni d'une lunette de 241 mm d'ouverture, il fit des dessins de Saturne révélant des "encoches" particulières ou des "structures radiales" dans l'Anneau A s'étendant vers l'extérieur à partir de la division de Cassini. D'autres amateurs observèrent ces structures à la même époque. A partir de 1972, l'amateur japonais Toshihiko Ozawa spécialiste des dessins planétaires († 2001) les observa maintes fois avec une lunette de 200 mm d'ouverture comme en témoigne le dessin présenté ci-dessus signalant la présence d'"une étrange forme sur l'Anneau B", sans que l'on comprenne réellement de quoi il s'agissait. L'astronome amateur américain Stephen James O'Meara vivant aujourd'hui à Hawaii et photographe pour le magazine "Sky & Telescope", réputé pour avoir l'oeil très aguerri confirma également leur existence en 1977. Au cours d'une communication privée, il me dit qu'il ignorait leur existence jusqu'au jour où il entreprit d'étudier l'Anneau A de Saturne à l'Observatoire du Collège d'Harvard (HCO). C'est alors qu'il remarqua des spokes dans l'Anneau B et alerta un chercheur d'Harvard. Ce dernier lui dit aussitôt qu'il devait s'agir d'illusions. En effet, la vitesse de rotation différentielle des anneaux de Saturne (rotation Keplérienne, plus rapide au centre qu'à l'extérieure) empêche l'extension radiale de toute formation d'objets car ils ne peuvent survivre aux forces de cisaillement. A la différence des autres observateurs, O'Meara était tellement persuadé de l'existence de ces spokes qu'il entreprit de les étudier de manière systématique. Il accumula ainsi des années d'observations, déterminant leur durée de rotation, leur apparence sur les deux anses et leur visibilité par rapport à l'angle d'ouverture des anneaux. Malgré tout ce travail et la soumission d'articles sur le sujet, personne ne les publia parce que tout le monde pensait qu'il s'agissait d'illusions. C'est alors que juste avant la rencontre de Voyager 1 avec Saturne, O'Meara fit part de ses observations à un journaliste spécialisé dans l'exploration spatiale revenant du JPL, lui demandant de le recontacter lorsque la sonde spatiale aurait photographié ces structrues radiales dans l'Anneau B.
Par un heureux hasard, en 1981 la sonde Voyager 1 les photographia et c'est ainsi que Stephen O'Meara fut crédité d'avoir découvert les spokes avant la sonde Voyager. Pour O'Meara, il ne s'agissait pas d'une illusion observée une nuit, mais bien des structures réelles et persistentes qui semblaient défier les lois du mouvement des planètes. Les images prises par la sonde Voyager 1 confirmèrent que ces formations radiales s'étendaient vers l'extérieur de l'Anneau B, parcourant des secteurs larges de plus de 2000 km en moins de 12 minutes (soit 10000 km/h ou 2.8 km/s !). Contredisant la 3eme loi de Kepler qui impose à tout corps en rotation d'avoir une vitesse différentielle en fonction de la distance au centre, ces formations restent en cohésion comme si elles étaient maintenues par une force invisible. De l'avis des spécialistes, il peut s'agir de poussières en suspension au-dessus des anneaux, dont la sustentation serait induite par le champ magnétique de Saturne, raison pour laquelle elles n'obéiraient pas aux lois de la mécanique. Mais
actuellement le mystère demeure quant à la nature réelle de ces formations
qui ne sont pas permanentes mais réapparaissent de temps à autre
indépendamment de l'inclinaison des anneaux par rapport à la Terre. Dernier chapitre
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