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back to basicSaturneback to basic - 01/10/2005 par Jacques-Olivier Baruch,Sébastien Charnoz,Philippe Zarka dans mensuel n°390 à la page 91 (2890 mots) | Gratuit
La planète aux anneaux, avec ses quarante-sept satellites répertoriés, ressemble à un système planétaire en miniature. Depuis 2004, la sonde Cassini l'ausculte sous toutes les coutures. Pour au moins quatre ans.
Saturne est-elle la seule planète à anneaux ? Non, les quatre planètes géantes Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune en possèdent. Ceux de Saturne sont les plus développés, les mieux visibles, les premiers observés... et les plus étudiés. Ce sont aussi les plus massifs. Leur masse est un milliard de fois plus grande que celle de l'unique anneau de Jupiter. Elle est aussi dix millions de fois plus grande que celle des anneaux de Neptune, surtout concentrés dans quatre arcs, alors qu'elle équivaut à cent mille fois la masse des fins anneaux d'Uranus. Invisibles à l'oeil nu, les anneaux de Saturne furent notés par Galilée en 1610 comme une fluctuation de la lumière provenant de chaque côté de la planète. En 1655, le Néerlandais Christiaan Huygens ne vit plus d'excroissance près de la planète et imagina que cette variabilité provenait de la position de la Terre par rapport au plan d'un disque équatorial entourant Saturne. Cette explication fut confirmée en 1659, quand l'inclinaison du plan des anneaux fut de nouveau suffisante pour qu'ils réfléchissent assez de lumière solaire vers la Terre. Il publia sa découverte en écrivant ce texte énigmatique : AAAAAAA CCCCC D EEEEE G H IIIIIII LLL MM NNNNNNNNN OOOO PP Q RR S TTTTT UUUUU, une anagramme, comme c'était l'usage à l'époque, de Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato « Il est ceint d'un anneau fin, plat, qui ne le touche nulle part et est incliné sur l'écliptique ». Pourquoi parle-t-on de saturnisme ? En moyenne à 1,427 milliard de kilomètres du Soleil, Saturne est la plus lointaine planète visible à l'oeil nu. Elle parcourt son orbite presque circulaire excentricité de 0,056 en 29,46 ans, un rythme si lent que les Romains lui ont donné ce nom du père de Jupiter qui, dans la mythologie grecque, est le dieu Chronos. Même idée chez les Chinois qui la nommait la « planète sempiternelle ». La planète était donc associée au temps, mais aussi au froid, au vu de son éloignement du Soleil. C'est pourquoi les alchimistes et les astrologues du Moyen Âge appelaient le plomb, un métal froid et sombre, le saturne. Le terme « saturnisme », maladie neurologique, hématologique et rénale due à l'intoxication par le plomb, a été utilisé pour la première fois en 1877.
Quant aux saturnales, il s'agit de fêtes païennes romaines, en l'honneur de Saturne, dieu de l'agriculture, entre mi-décembre et les calendes de janvier, afin de rendre le sol fertile. L'une de ces fêtes célébrait la nativité... du Soleil, en cette période suivant le solstice d'hiver.
Quelle est la composition de la planète ? Saturne est la petite soeur de Jupiter. Son rayon équatorial est un peu plus petit 60 268 kilomètres contre 71 492 pour celui de Jupiter. Sa rapide rotation a produit un aplatissement des pôles mesuré pour la première fois par William Herschel en 1789. Il est d'environ 9 %, le plus fort dans le système solaire il vaut 0,3 % pour la Terre et 6,5 % pour Jupiter. Composée essentiellement d'hydrogène 88 % et d'hélium 10 % avec quelques traces de méthane et d'ammoniac, sa densité de 0,69 gramme par centimètre cube est moindre que celle de l'eau 1 gramme par centimètre cube et de Jupiter 1,33 gramme par centimètre cube. Comme les autres planètes géantes, elle ne possède pas de sol solide, mais la pression s'accroît tellement quand on plonge dans ses nuages qu'on doit rencontrer assez vite une zone où l'hydrogène devient métallique puis liquide. Le centre est occupé par un noyau rocheux deux fois plus gros que celui de la Terre.
Comme Jupiter, Saturne émet plus d'énergie qu'elle n'en reçoit du Soleil. Mais alors que l'énergie rayonnée par Jupiter provient de sa contraction gravitationnelle encore inachevée, celle de Saturne est sans doute due à la condensation de l'hélium et à sa chute vers le coeur de la planète.
Dans la haute atmosphère, des orages, semble-t-il liés aux saisons saturniennes, se développent à différentes latitudes dans de gros nuages convectifs. Le plus puissant jamais observé fut la « Tempête du Dragon », observée en septembre 2004 par la sonde américaine Cassini lors de ses premières révolutions autour de la planète aux anneaux.
Quelle est la durée de sa rotation ? Tout dépend de quelle région on parle. L'atmosphère ne tourne pas sur elle-même d'un seul bloc. Ses nuages circulent d'autant plus vite qu'ils sont près de l'équateur. C'est pour cela que les astronomes ont longtemps discuté de la durée du jour saturnien. En 1790, William Herschel l'évalua à 10 heures 16 minutes. En décembre 1876, une tache brillante, visible pendant plus d'un mois près de l'équateur et observée par Asaph Hall à Washington, tourna selon une période de 10 heures 14 minutes 24 secondes. En 1903, une autre apparition de taches, observée notamment par Edward Barnard, conduisit à la valeur de 10 heures 38 minutes. Quant à son coeur, on pensait avoir mesuré sa rotation de 10 heures 39 minutes avec Voyager, par l'intermédiaire des ondes radio liées aux aurores et produites près de ses pôles magnétiques. Si cette méthode fournit une grande précision dans le cas de Jupiter, les mesures, deux décennies plus tard, de la sonde européano-américaine Ulysse et de Cassini, ont révélé que la période radio de Saturne variait d'au moins 1 %. Sa valeur actuelle est 10 heures 45 minutes... et elle bouge encore ! Il semble que cette variation provienne d'un « glissement » des sources d'ondes radio par rapport au champ magnétique, sous la pression variable du vent solaire.
Possède-t-elle un champ magnétique ? Oui, comme la Terre et Jupiter, Saturne possède un champ magnétique qui est celui d'un dipôle. Son moment est 36 fois plus petit que celui de Jupiter. Il est aussi 540 fois plus grand que celui de la Terre, bien que comparable en intensité de surface du fait de la plus grande taille de Saturne. Son origine provient des courants électriques qui parcourent la couche d'hydrogène métallique interne. Particularité : l'axe du dipôle est incliné de moins de 1° par rapport à l'axe de rotation de la planète contre 10° environ pour la Terre et Jupiter. La magnétosphère de Saturne ressemble, en vingt fois plus grand, à celle de la Terre. Son interaction avec le vent solaire produit une onde de choc qui se déploie à environ 1,2 million de kilomètres de la planète dans la direction du Soleil. À l'arrière, sa queue a une forme régulière par suite de la coïncidence de l'axe magnétique et de l'axe de rotation de la planète.
La magnétosphère interne est quasi dépourvue de ceintures de radiations car les anneaux absorbent les particules chargées. Cassini a tout de même découvert une petite ceinture, où sont piégés les électrons, à l'intérieur de l'anneau D, le plus proche de la planète.
Quel est le nombre de ses satellites ? Tout dépend comment on les compte et à quelle taille on s'arrête. La liste n'est pas près d'être close car les anneaux sont constitués de milliards de rochers en orbite. Chacun d'entre eux pourrait être considéré comme un satellite. C'est Huygens qui découvrit en 1655 le premier d'entre eux, Titan, qui, avec ses 5 150 kilomètres de diamètre, est presque la plus grande lune du système solaire. Il est dépassé uniquement par Ganymède, le plus gros satellite de Jupiter. Jean-Dominique Cassini allongea la liste à 5 en rajoutant Rhéa, Japet, Dioné et Téthys. Avant l'ère spatiale et le survol du monde saturnien par les sondes américaines Pioneer 11 et Voyager 1 et 2, la liste comportait 9 noms alors qu'elle en contient aujourd'hui 47. Certains ont été vus presque par hasard en analysant les données. D'autres, tel le petit Pan, ont été prédits par la théorie. Un modèle stipulait que si un satellite se trouvait près du bord d'un anneau, ce dernier serait ondulé, un peu comme le sillage d'un bateau. Une telle ondulation fut observée en 2004 dans la division d'Encke, à l'intérieur de l'anneau A. Le satellite fut alors recherché, et Pan fut découvert.
Dix-huit nouveaux membres ont été découverts récemment. Une série de 12 satellites irréguliers ont été détectés en 2004 à l'aide des télescopes géants installés à Hawaï. Avec leurs orbites inclinées, excentriques et loin de la planète, ils ont sûrement été capturés par celle-ci. De son côté, depuis juillet 2004, la sonde Cassini en a dévoilé au moins quatre qui gravitent au voisinage de l'anneau F. Au début juillet 2005, trois d'entre eux avaient été nommés officiellement par le groupe de l'Union astronomique internationale chargé de la nomenclature des corps planétaires. Ils se nomment Methone, Pallène et Polydeuce.
Titan est-il vraiment une Terre congelée ? Plus ou moins. Titan est, avec Triton, la principale lune de Neptune, le seul satellite du système solaire à posséder une riche atmosphère d'azote. Comme la Terre. Les réactions chimiques avec l'hydrogène et le carbone du méthane doivent ressembler à ce qui se passait sur Terre il y a 4 milliards d'années. Les molécules de méthane sont cassées par le rayonnement solaire, les atomes se réassociant sous forme de molécules complexes. Comme sur la Terre primitive, hormis la température : - 179 °Celsius. C'est donc un processus beaucoup plus lent qui se déroule là-bas. Avant la descente de la sonde européenne Huygens dans l'atmosphère de Titan, le 14 janvier 2005, on avait repéré de nombreuses molécules organiques complexes, tels l'acide cyanhydrique ou l'acétylène, des ingrédients de la chimie prébiotique. Contrairement à la Terre, la pression et la température mesurées au sol ne permettent pas la présence d'eau liquide, mais sont compatibles avec les trois états solide, liquide, gazeux du méthane. Ce gaz, qui est facilement dissocié par le rayonnement solaire, doit être produit en permanence. Mais quelle en est la source ? Une évaporation de lacs ou de mers ? A priori, non : les