Notes sur le système solaire externe: Saturne, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez10 January 2014

Notes sur le système solaire externe: Saturne, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le système solaire externe: Saturne. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Saturne, structure interne, Les anneaux, La sonde Cassini-Huygens.
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Après Jupiter, nous arrivons à Saturne qui orbite autour du Soleil à une distance moyenne de

9,5 unités astronomiques. Deuxième planète par la taille avec un diamètre de 121 000

kilomètres, elle est surtout connue pour ces magnifiques anneaux. Tout comme Jupiter, elle

tourne très vite sur elle-même, en une dizaine d'heures, et est essentiellement constituée

d'hydrogène et d'hélium, comme le prouve sa très faible densité de seulement 0,69 fois celle de

l'eau.

La planète a été étudiée en détail par 3 sondes : Pioneer 11 en 1979, Voyager 1 en 1980 et

Voyager 2 en 1981. Celles-ci ont révélé la complexité des anneaux et ont apporté des images à

haute résolution de la surface visible de Saturne. Cette dernière s'est révélée beaucoup moins

colorée que celle de Jupiter, avec néanmoins des bandes jaunâtres parallèles à l'équateur et

quelques taches blanches.

Une image de Saturne prise par la sonde Cassini en novembre 2003 depuis une distance de 111

millions de kilomètres. Crédit : NASA/ESA

Saturne a une structure interne semblable à Jupiter. Un aplatissement plus fort de la planète

suggère que son noyau rocheux est plus volumineux. Le champ magnétique plus faible indique

quant à lui que la couche d'hydrogène métallique doit être moins épaisse. La partie supérieure

de l'atmosphère est également similaire à celle de Jupiter, avec les trois même couches (NH3,

NH4SH et H2O) et une structure en bandes parallèles à l'équateur. Le manque de couleur et de

contraste est dû à la plus faible gravité de Saturne, qui fait que les trois couches se répartissent

sur plusieurs centaines de kilomètres, au lieu de plusieurs dizaines pour Jupiter. Les couches

profondes sont ainsi masquées par des centaines de kilomètres de brume.

Comme sa voisine, Saturne émet plus d'énergie qu'elle n'en reçoit, en l'occurrence 2,5 fois plus.

Cela n'est probablement pas dû à de l'énergie accumulée durant la phase de formation, mais

plutôt à des chutes d'hélium vers l'intérieur de la planète, similaires à nos chutes de pluie. Ces

mouvements transforment de l'énergie gravitationnelle en chaleur et peuvent également

expliquer la faible concentration en hélium dans les couches externes.

Les anneaux

Les anneaux de Saturne furent observés pour la première fois par Galilée en 1610, qui les prit

pour deux satellites de la planète. Christian Huygens les décrivit comme un anneau unique en

1655. Ils ne furent identifiés comme plusieurs anneaux que quelques années plus tard, en

particulier par Cassini en 1675 qui identifia la discontinuité qui porte son nom.

Une vue des anneaux de Saturne prise par la sonde Cassini neuf jours avant son entrée en orbite à

une distance de 6,4 millions de kilomètres. Les anneaux sont principalement formés de glace d'eau et

les variations de couleur sont probablement dues à différents degrés de contamination par d'autres

éléments, par exemple des roches. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute

Les anneaux ont un diamètre externe de l'ordre de 600 000 kilomètres et une épaisseur d'à

peine 2 kilomètres. Les photographies prises par les sondes montrent que les anneaux

relativement larges que l'on peut voir depuis la Terre sont en fait formés d'une multitude

d'anneaux très fins et très proches. Ces anneaux très fins sont eux-mêmes composés d'une

myriade de petits corps solides indépendants, en orbite autour de la planète et tournant

d'autant plus vite qu'ils sont proches de Saturne. Ces corps sont essentiellement constitués de

glace ou bien de roche recouvertes de glace. Leur taille varie entre le millimètre et plusieurs

dizaines de mètres.

Les planétologues pensent que les anneaux sont le résultat de l'explosion d'un satellite qui s'est

trop rapproché de Saturne. Imaginez en effet qu'un corps de grande taille vienne s'aventurer

trop près de la planète. Tous les points de ce corps ne se trouvent pas à la même distance de

Saturne, ils vont donc être soumis à des forces de gravité légèrement différentes. L'écart est en

particulier très important entre la face tournée vers la planète et la face opposée. Le résultat

global est que le corps est soumis à une force qui tend à l'étirer et même à le déchirer - on

parle d'une force de marée car c'est le même phénomène qui explique les déformations de la

Terre donnant lieu aux marées. L'éclatement se produit lorsque la force de marée devient

supérieure aux forces de cohésion du corps, ce qui se produit quand la planète atteint une

distance minimale appelée la limite de Roche. Remarquons que les forces de marée

interviennent encore de nos jours en empêchant les débris de s'agglomérer pour former un

nouveau corps.

Un gros plan des anneaux de Saturne pris par la sonde Cassini lors de sa mise en orbite autour de la

planète en juillet 2004. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute

Saturne est entourée d'une vingtaine de satellites dont certains interagissent avec les anneaux.

Ainsi, le satellite Mimas est à l'origine de la plus grande discontinuité dans les anneaux, la

division de Cassini. Si des corps se trouvaient dans cette division, leur période orbitale serait

exactement la moitié de celle de Mimas. Il y aurait donc un effet de résonance similaire à celui

qui affecte les astéroïdes et Jupiter, et l'orbite de ces corps serait modifiée. D'autres satellites,

qualifiés de bergers, ont l'effet inverse. En agissant de concert, ils tendent à confiner certains

des petits corps dans des orbites bien définies.

La sonde Cassini-Huygens

Notre connaissance de Saturne et de ses satellites a fait un bond énorme en avant avec la

mission Cassini-Huygens, une collaboration entre la NASA et l'ESA. Le lancement de la sonde

s'est déroulé en octobre 1997 et l'arrivée à Saturne en juillet 2004. Cette mission est le plus bel

exemple de billard interplanétaire à ce jour puisqu'elle a fait appel à quatre reprises à

l'assistance d'une planète, deux fois Vénus, une fois la Terre, puis enfin Jupiter en l'an 2000.

Cette mission met en jeu deux éléments : un orbiteur qui tourne autour de Saturne depuis 2004

et une sonde qui plongea dans l'atmosphère de Titan. L'orbiteur, nommé Cassini, étudie

l'atmosphère de Saturne, en particulier ses puissants vents, le système d'anneaux et la

magnétosphère. Il procède également à des survols rapprochés des différents satellites de

glace, tout spécialement Titan, dont il a observé l'atmosphère et la surface. La sonde, baptisée

Huygens, a atteint Titan en janvier 2005. Elle a étudié la composition de l'atmosphère du

satellite, pendant sa chute qui dura deux heures et demi, et sa surface. Les noms des deux

sondes sont dédiés à deux astronomes du XVIIe siècle, le Hollandais Christian Huygens, qui

découvrit Titan et fut le premier à comprendre que Saturne était entouré d'anneaux, et l'Italien

Jean-Dominique Cassini, qui découvrit la première division dans les anneaux.

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