Les anneaux de Saturne

La mission Cassini-Huygens

Les anneaux de Saturne sont un des plus beaux et des plus étonnants spectacles du système solaire. C’est pourquoi le 1er juillet 2004, le vaisseau spatial Cassini-Huygens a réduit sa vitesse pour être capturé par la force gravitationnelle de Saturne afin d'entrer en orbite avec elle. Le vaisseau spatial a exploré jusqu'en 2008 la planète Saturne, ses lunes mystérieuses, ses anneaux stupéfiants et son environnement magnétique complexe. Cassini doit faire 74 rotations autour de la planète, se rapprocher de Titan et des autres lunes glaciales de Saturne.

Le plus beau des spectacles est tout de même celui que nous proposent les anneaux de Saturne, chacun sur son orbite, tous alignés en une fine bande de quelques kilomètres.

Image : La mission Cassini-Huygens est un projet coopératif entre la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale italienne. JPL, est la division de l'Institut Technologique de Californie à Pasadena, qui gère la mission Cassini-Huygens pour la Direction de la NASA, à Washington. La navette spatiale Cassini a été conçue, développée et assemblée par JPL.

L'origine des anneaux

Les anneaux de Saturne sont constitués d'innombrables particules, chacune sur une orbite propre, de silicates, d'oxyde de fer et de particules de glace d'une taille variant du grain de poussière à quelques mètres. Les anneaux s'étendent sur une couche fine de plus de 400 000 km. À l'exception de l'anneau le plus externe, ils ne dépassent pas 1 km d'épaisseur. Toute cette matière réunie en un seul objet, serait équivalente à la taille d'EpiméthéeÉpiméthée situé sur la même orbite que Janus, ne mesure que 138x110x110 km. La forme de ce satellite est très irrégulière et sa surface présente de grandes vallées. On peut y apercevoir plusieurs cratères de plus de 30 kilomètres de large.  ou de ProméthéeProméthée est un satellite irrégulier de Saturne d'une taille de 148×100×68 km. Il présente de nombreuses vallées et falaises ainsi que plusieurs cratères d'une vingtaine de kilomètres de diamètre. Il paraît moins cratérisé que les lunes voisines, Pandore, Janus et Épiméthée. Sa faible densité et son albédo élevé semblent indiquer que Prométhée est un astre de glace très poreux. Les observations des années 1995 et 1996 ont mis en évidence que Prométhée était en retard de 20° par rapport à sa position de 1981. Cet écart ne peut pas s'expliquer par des erreurs d'observations. Il est donc possible que l'orbite de Prométhée ait changé à la suite d'une collision ou qu'il possède une lune compagne qui partage son orbite. c’est à dire pas plus grand qu'une lune de 100 à 150 km de diamètre.
La théorie proposée par Édouard Albert Roche au XIXe siècle, explique que les anneaux proviennent d'une lune de Saturne dont l'orbite se serait trop rapproché de la planète et qui aurait été mise en morceaux par les forces de marée ou bien désintégrée par l'impact d'une comète On peut dire qu'une comète est une grosse boule de neige sale mélangée à de la poussière, ayant en son centre un gros caillou.
Par le hasard des perturbations certains cailloux quittent un jour le nuage de Oort et plongent en direction du Soleil, chauffé, leur gaz s'évapore, une longue chevelure se déploie, ils sont devenus des comètes. Datant de la naissance du Soleil (5 milliard d'années), les comètes détiennent les plus anciennes archives du système Solaire.  ou d'un astéroïde.
Les anneaux de Saturne sont trop instables pour durer, ils ont donc une origine récente à l'échelle astronomique.

Depuis la Terre on peut observer trois anneaux, les anneaux (A et B) et un anneau plus ténu. La zone entre A et B est connue sous le nom de division de Cassini. L'anneau A est divisé par un espace moins visible nommé division d'Encke.
Les sondes Voyager ont détecté quatre autres anneaux beaucoup moins visibles. L'anneau F, l'un des plus externes, a une structure extrêmement complexe de plusieurs anneaux plus petits entrelacés. L'origine de ces nœuds est inconnue mais est probablement gravitationnelle. L'anneau E, le plus externe, s'étend sur 300 000 km et s'élargit progressivement après l'orbite d'Encelade jusqu'à atteindre 60 000 km d'épaisseur.

Image : le diamètre équatorial de Saturne est de 120 536 km.

Un système complexe

Les anneaux de Saturne entretiennent des résonances complexes avec certains de ses satellites. Certains, nommés 'satellites bergers' (Atlas, Prométhée et Pandore), sont clairement indispensables pour la stabilité des anneaux. Mimas semble responsable de la division de Cassini, Pan est situé à l'intérieur de la division d'Encke. Le système global est d'une très grande complexité comme le montre les résultats de la sonde Cassini, entrée dans l'orbite de Saturne en 2004. Ce système planétaire complexe et étonnant intrigue les scientifiques.
Une de ces intrigues concerne la division Cassini, c’est à dire le grand intervalle situé entre les anneaux A et B. Alors que les anneaux de Saturne sont presque exclusivement composés d'eau sous forme de glace, les données montrent que la division Cassini contient plus de poussières que de glace.
La division Cassini découverte au 17ème siècle par Giovanni Domenico Cassini, révéla que les anneaux de Saturne ne constituaient pas des éléments contigus.

Les particules situées entre les anneaux A et B ressemblent remarquablement à ce qui a été observé sur Phoebe, une des lunes de Saturne.
Ces particules noires relancent la théorie selon laquelle les anneaux seraient les restes d'une lune désintégrée. La sonde Cassini a détecté de grandes quantités d'oxygène aux abords des anneaux. Ce phénomène pourrait s'expliquer par une collision qui aurait provoqué cette séparation substantielle d'oxygène.

Image : photographie prise par la sonde Voyager 2, le 22 aout 1981

La limite de Roche

Les anneaux de Saturne sont instables. Mais le plus remarquable est la proximité des anneaux par rapport à sa planète.
En effet la zone des anneaux se situe à peine, entre 60 et 200 000 km de la planète, alors que Saturne a un diamètre équatorial de 120 536 km. Cela explique l'instabilité de cette structure en anneaux. Ces structures de particules ne peuvent donc exister que dans un périmètre bien défini à l'intérieur de la limite de Roche maintenues par la forte d'attraction de la planète proche.
A proximité de la planète, les forces d'attraction de Saturne sur deux particules rocheuses proches, est supérieure à l'attraction mutuelle entre les deux rochers, cela empêche l'accrétion des particules entre elles et cela maintient la structure en anneaux.
La distance à laquelle ces deux effets s'annulent s'appelle la limite de Roche. Au delà de la limite de Roche, les collisions amènent les particules à s'accoler par accrétion et à former un satellite. Depuis la Terre cette structure semble homogène mais observés de plus près, les anneaux montrent des bandes distinctes. Plus près encore, on verrait d'innombrables particules libres qui disparaitraient très rapidement si aucun mécanisme ne les maintenait en place. C’est là que rentre en piste les satellites gardiens. Ce rôle de sculpteur et de gardien de ces structures, est principalement joué par ces satellites.

Les anneaux de Saturne ont moins d'un kilomètre d'épaisseur et peuvent localement, être beaucoup plus minces. En effet, les collisions tendent à réduire les mouvements perpendiculaires au plan équatorial.
La forme naturelle d'un anneau est donc d'être plate et large, étalée régulièrement jusqu'à la limite de Roche. Tous les objets sortant de cette zone se transforment en satellite. L'origine des anneaux reste un des problèmes les plus ardus qui se pose aux astronomes. D'autant qu'il ne s'agit pas d'un phénomène unique. Jupiter, Uranus et Neptune possèdent elles aussi des systèmes d'anneaux comparables.

Image : La photographie ci-contre est constituée d'un assemblage de clichés pris par Voyager 2 à une distance de 21 millions de km.
Les trois satellites de Saturne visibles à gauche sont de haut en bas : Téthys (1050 km de diamètre), Dioné (1120 km), et Rhéa (1530 km). On aperçoit aussi sur cette photo, l'ombre de Téthys qui forme un point noir sur la planète.