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Le mystère de l'âge des anneaux de Saturne peut-être élucidé

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Nous connaissons l'existence des anneaux de Saturne depuis près de quatre siècles, mais on ignore toujours quand et comment ils se sont formés. Les données fournies par la sonde spatiale Cassini-Huygens en orbite autour de Saturne depuis 2004 viennent de réhabiliter une hypothèse à ce sujet. Les anneaux de Saturne pourraient s'être formés presque en même temps que la géante, voici plus de 4,4 milliards d'années.

Les anneaux de Saturne sont constitués de particules, faites de 95 à 99 % de glace d'eau pure et de poussières, dont les tailles varient de quelques micromètres à quelques centaines de mètres. Les anneaux forment un disque de 140.000 km de diamètre comportant plusieurs divisions de largeurs variables. Ils s'étendent de 7.000 à 72.000 km de la surface de Saturne et leur épaisseur varie de 2 à 10 mètres seulement. © Nasa

En 1610, Galilée est le premier à observer Saturne avec une lunette. Il remarque aussitôt sa forme étrange. En 1655, Huygens comprend quant à lui qu'il doit s'agir d'un anneau et en 1675, Giovanni Domenico Cassini découvre qu'il est composé, en réalité, d'un grand nombre d'anneaux concentriques séparés. Astronomes, mathématiciens et physiciens vont alors essayer de connaître leur nature et leur origine, mais il faudra attendre le XIXe siècle pour que des progrès notables soient accomplis. En 1859, James Clerk Maxwell fait voler en éclats la théorie proposée par Laplace en 1787. Les anneaux de Saturne ne peuvent pas être solides, les lois de la physique l'interdisent. Maxwell en déduit qu'il s'agit probablement d'un ensemble de petits corps orbitant autour de Saturne.

Les anneaux de Saturne, un casse-tête pour mathématiciens

Si Sofia Kovalevskaya (en français et en allemand, elle signe Sophie Kowalevski) avait vécu au XXIe siècle, elle aurait probablement été l'une des lauréates de la médaille Fields. La mathématicienne russe, née en 1850 et décédée en 1891, qui s'est illustrée par des travaux sur les équations aux dérivées partielles, a complétée le travail de Maxwell en prouvant que les anneaux de Saturne ne pouvaient pas non plus être liquides. L'astronome états-unien James Edward Keeler confirma finalement l'hypothèse de Maxwell en 1895.

Entre-temps, le mathématicien et astronome français Édouard Roche en était arrivé à la conclusion que les anneaux de Saturne provenaient probablement de la destruction d'une lune par les forces de marée de la géante. Ceux-ci se trouvent en effet sous la fameuse limite de Roche. Dans cette hypothèse, ils auraient pu prendre naissance à une date arbitraire entre la formation de Saturne et aujourd'hui.

Cette vidéo a été réalisée avec de vraies images prises par la sonde spatiale Cassini-Huygens. Elle offre une plongée spectaculaire dans le monde des anneaux et des lunes de Saturne. © VideoFromSpace, YouTube

Les progrès de la planétologie liés à l'ère spatialeayant conduit les astrophysiciens à adopter l'hypothèse de la nébuleuse primitive de Kant-Laplace et à la développer pour expliquer l'origine du Système solaire,on pouvait en déduire que les anneaux de Saturne sont peut-être un vestige de la matière en train de s'organiser dans le disque protoplanétaire. Ils seraient donc aussi âgés que la planète, c'est-à-dire plus de 4,4 milliards d'années.

Une horloge basée sur la contamination par les poussières

Un argument militait cependant contre cette dernière hypothèse. Les anneaux de Saturne sont en effet composés pour l'essentiel de glace très pure, ce qui est cohérent avec l'hypothèse d'une formation conjointe avec Saturne dans une région riche en gaz et poussières glacées et non avec la destruction ultérieure d'une lune rocheuse par les forces de marée ou suite à une collision. Or, le taux de chute des poussières interplanétaires connu dans le Système solaire interne en direction du Soleil conduisait à penser que les anneaux auraient dû être contaminés fortement pas ces particules à moins qu'ils ne soient âgés que de quelques centaines de millions d'années tout au plus. Dans cette dernière hypothèse, les anneaux se seraient formés probablement suite à la destruction d'une lune avec un manteau glacé important et un cœur rocheux avalé par Saturne après qu'il ait été dépouillé de son enveloppe de glace au passage de la limite de Roche.

Le journal Nature vient d'indiquer que lors du colloque consacré aux anneaux planétaires par le Cassini Rings Working Group du 13 au 15 août 2014 à Boulder, dans le Colorado, l'astrophysicien Sascha Kempf avait confirmé ce qu'il annonçait depuis quelque temps déjà, à savoir que l'argument des poussières interplanétaires ne tenait pas la route.

Pendant sept années Kempf et ses collègues ont utilisé un instrument à bord de la sonde Cassini pour mesurer le flux de poussières tombant en direction de Saturne. En se basant sur le flux connu plus proche du Soleil, les chercheurs pensaient observer environ 800 poussières dont les trajectoires et les vitesses démontreraient qu'elles ne pouvaient pas venir des corps célestes orbitant autour de la planète géante. Or, à leur grand surprise, ils n'en ont détecté que 140 semblant, qui plus est, provenir de la ceinture de Kuiper où circule des petits corps glacés comme Makemake et Quaoar, voire carrément du nuage de Oort. C'est très insuffisant pour polluer les anneaux de Saturne ce qui vient donc de relancer le débat sur leur origine et leur âge.