Saturne et ses anneaux vus depuis Cassini en janvier 2007. © Nasa, JPL

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Cassini : les anneaux de Saturne révèleront-ils enfin leurs secrets ?

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Les anneaux de Saturne restent bien mystérieux. Nous n'avons ainsi aucune certitude en ce qui concerne leur formation. Mais les dernières orbites de la sonde Cassini pourraient bien changer la donne. Les explications de Nicolas Altobelli, responsable scientifique de cette mission pour l'Agence spatiale européenne (ESA).

Les anneaux de Saturne intriguent à la fois les spécialistes et les astronomes amateurs. Ils sont en effet uniques dans le Système solaire (leur structure géologique n'a aucun équivalent sur Terre) et, en même temps, ils sont visibles depuis notre planète avec un télescope moyen, et sont très attrayants.

La sonde Cassini a permis d'en apprendre davantage sur eux. Il faut dire que lorsqu'elle est arrivée autour de Saturne, en 2004, seuls 20 % de ces anneaux étaient connus. Tout au long des treize années passées dans le système saturnien, la sonde a pu les observer avec une définition de quelques centaines de mètres pour les meilleurs clichés, ce qui représente une amélioration d'un facteur 5 par rapport aux images transmises par les sondes Voyager.

L'autre grande avancée, par rapport aux deux sondes Voyager, c'est la durée de la mission. Alors que Voyager 1 et 2 n'ont fait que survoler Saturne, respectivement en novembre 1980 et août 1981, Cassini a pu suivre l'évolution des anneaux sur le long terme, ce qui a permis de nombreuses découvertes.

Nicolas Altobelli, responsable scientifique de la mission Cassini pour l'Agence spatiale européenne (ESA), nous explique pourquoi le « grand final » de cette sonde devrait aider les scientifiques à retracer l'histoire des anneaux de Saturne.

Les différents anneaux de Saturne. © Nasa, JPL

La masse des anneaux, un indice précieux

Il reste beaucoup à apprendre en ce qui concerne Saturne. Par exemple, aussi surprenant que cela puisse paraître, treize ans après son arrivée autour de la planète, Cassini n'a pas encore réussi à dater la naissance des anneaux !

Or, les dernières orbites de la sonde autour de Saturne, lors du grand final, vont permettre de déterminer leur masse. « Cela n'a pas pu être fait jusqu'à maintenant car il s'agit d'une mesure compliquée à réaliser ». On utilise pour cela le « lien radio entre la sonde et la Terre, pour voir des modifications minuscules de la valeur de la vitesse de Cassini par rapport à la Terre avec une précision très impressionnante de 0,05 millimètre par seconde à plus d'un milliard de kilomètres ».

Cette modification de la vitesse de la sonde s'explique par la gravité de Saturne. Mais, en mesurant d'infimes variations, « nous sommes capables de séparer la gravité des anneaux de celle de la planète ». À partir du moment où l'on est capable de mesurer la « poussée gravitationnelle ou l'influence gravitationnelle des anneaux, on est capable de déterminer leur masse ».

Les anneaux de Saturne en fausses couleurs. Chaque couleur renseigne sur la taille des particules qui les composent. La couleur pourpre indique des régions où il y a un manque de particules de taille inférieure à 5 centimètres, tandis que les nuances de vert et de bleu indiquent des régions où il y a des particules inférieures à 5 centimètres, voire 1 centimètre. © Nasa, JPL

Les anneaux sont-ils nés après ou en même temps que Saturne ?

Connaître cette masse est important parce que cela mettra une contrainte sur la formation des anneauxGrosso modo, « deux scénarios s'opposent » :

  • Première hypothèse : les anneaux qui entourent la planète sont « jeunes, et il s'agit d'un petit objet capturé, comme une comète qui, par effet de marée et de différentiel de gravitation, s'est complètement désintégrée ». Dans ce scénario, les « particules peuvent se mettre en orbite autour de Saturne sous la forme d'anneaux ». Problème, sachant que les anneaux sont composés d'eau pure à plus de 95 %, cela ne fonctionne pas car « nous savons que les comètes ne sont pas composées d'eau pure » ; l'eau qu'elles contiennent est surtout un mélange de grains de silicates avec différents types de glace.
  • Seconde hypothèse : les « anneaux sont aussi vieux que la planète ». Au moment de la formation de Saturne, il y aurait eu « assez de gaz pour qu'une lune de la taille de Titan migre vers la planète et s'en approche suffisamment pour que les forces de marée arrachent sa surface glacée ». Dans ce scénario, le noyau de cette lune, plus solide que la surface, « n'a pas été désintégré mais est simplement tombé dans Saturne ». La partie glacée de la lune s'est mise en orbite autour de la planète. Ce scénario est attrayant mais, dans ce cas, « pourquoi les anneaux ne sont-ils pas plus sombres ? » Vieux de plusieurs milliards d'années, ils devraient être salis et noircis par le bombardement des poussières micrométriques provenant du milieu interplanétaire. « Or, les anneaux sont très brillants ! »

La connaissance de la masse totale des anneaux est donc un « paramètre essentiel pour faire la différence entre ces deux scénarios et retracer l'histoire de leur formation ». Les dernières données laissent à penser que les anneaux sont faiblement massifs, ce qui « accréditerait le scénario d'une formation récente ».