Saturne, les anneaux ! Ah, là, là, ma cousine, les joyaux du Système Solaire !!

LORSQUE LES ANNEAUX DE SATURNE FURENT DÉCOUVERTS, PERSONNE N'AVAIT IMAGINÉ QU'UNE PLANÈTE PUISSE ÊTRE CEINTE D'UN TEL SYSTÈME. AUJOURD'HUI, ILS RÉVÈLENT RÉGULIÈREMENT DE NOUVELLES SURPRISES, À L'IMAGE DE LEURS LUNES CACHÉES, D'UNE SPIRALE MYSTÉRIEUSE OU ENCORE DE TEMPÊTE ÉLECTRIQUE.

Les anneaux de Saturne sont les anneaux planétaires les plus importants du Système Solaire, situés autour de la géante gazeuse Saturne. Bien qu'ils semblent continus vus depuis la Terre, ils sont en fait constitués d'innombrables particules de glace (95 à 99 % de glace d'eau pure selon les analyses spectroscopiques) et de poussière dont la taille varie de quelques micromètres à quelques centaines de mètres ; ils ont chacun une orbite différente. Les anneaux forment un disque dont le diamètre est de 360 000 km (les anneaux principaux s'étendent de 7 000 à 72 000 km) comportant plusieurs divisions de largeurs variées et dont l'épaisseur va de 2 à 10 mètres.

Invisibles de la Terre à l'œil nu, les anneaux de Saturne ont cependant une brillance suffisante pour être observés avec des jumelles.

Ils ont été aperçus en 1610 par le savant italien Galilée grâce à une lunette astronomique de sa conception. Celui-ci interpréta ce qu'il voyait comme de mystérieux appendices. Bénéficiant d'une meilleure lunette que Galilée, le Hollandais Christian Huygens va découvrir qu'il s'agit en fait d'un anneau entourant Saturne.

La sonde Cassini de la NASA (dans ses derniers mois de service, publiés en 2017), a montré que la masse des anneaux est faible et qu'une suie micrométéorique pénètre abondamment le système saturnien, ce qui plaide pour une date de formation récente de ces anneaux, quelques centaines de millions d'années peut-être, alors qu'on admettait généralement qu'ils dataient de la formation du système solaire.

 

Les premiers observateurs pensaient avoir à faire à un seul anneau. Nous savons désormais qu'il s'agit, en fait, d'un système complexe de plusieurs anneaux et que chacun d'entre eux a ses propres singularités.

La structure des anneaux

Lorsque les observations permirent de voir qu'ils étaient multiples, les anneaux ont été nommés en fonction de leur ordre de découverte. Les scientifiques ont d'abord pensé que l'anneau A était le plus extérieur, alors ils nommèrent les anneaux suivants en allant vers l'intérieur, jusqu'à la D. Puis, ils découvrirent des anneaux plus éloignés que l'anneau A, auxquels ils attribuèrent les lettres suivantes de l'alphabet. Du plus proche au plus éloigné de la planète les sept anneaux principaux sont donc nommés D, C, B, A, F, G et E.

Ces anneaux sont composés de glace et de poussière en orbite autour de Saturne, au niveau de son Équateur. Ils ont la même inclinaison que la planète et tourne autour de Saturne en autant de temps que la planète en met pour faire un tour sur elle-même, ce qui signifie que leur orbite est géostationnaire. Malgré l'espace immense qu'occupent les anneaux, la masse de toutes leurs glaces et poussières correspondraient à celle de Mimas, un petit satellite de Saturne ayant un rayon de moins de 200 km. Dingue, hein, ma cousine ?

Les anneaux sont parsemés de divisions qui les séparent, faisant office de frontière entre deux anneaux ; certaines forment même des "lacunes" au sein d'un anneau. Les divisions ne sont pas des zones tout à fait vides : la densité de particules y est seulement plus faible qu'au sein des anneaux. Cette faible densité de matière peut être due à une perturbation gravitationnelle. Ainsi, la plus large de ces divisions, celle de Cassini, serait le résultat d'une résonance gravitationnelle avec les satellites Mimas et Téhys. L'origine d'une division peut aussi être la présence d'un satellite parmi les anneaux, telle la petite lune Pan qui a, en grande partie, formé la division d'Encke au sein de l'anneau A.

La nomenclature des anneaux de Saturne est fixée par l'Union astronomique internationale L'Union recense sept "anneaux principaux" (en anglais : "main ring", au singulier) dits simplement "anneaux" ("ring", au singulier) et désignés par une lettre latine majuscule (de la lettre A à la lettre G), selon un ordre alphabétique correspondant à l'ordre chronologique de leurs découvertes, comme expliqué ci-dessus. D'autre part, elle recense des "divisions" (division, au singulier), correspondant à de larges régions séparant deux anneaux principaux, telle la division de Cassini qui sépare les anneaux B et A. Enfin, elle recense des "lacunes" (gap, au singulier) au sein d'un anneau principal.

Voici la liste des anneaux, divisions et intervalles de Saturne.

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1) Les anneaux intérieurs

L'anneau D est le plus proche de Saturne. Il se situe à 7000 km au-dessus de l'atmosphère de la planète. Entre celle-ci et la bordure interne de l'anneau, on pourrait tout juste mettre la planète mars.

Vient ensuite l'anneau C, qui est séparé de l'anneau D par la division de Guérin et de l'anneau B par la division de Lyot. En son sein, on dénombre plusieurs autres petites divisions dont celle de Colombo et celle de Maxwell.

Située en troisième position, l'anneau B est le plus larges, le plus brillant et le plus massif du système Saturnien. Lors de son plongeon final, vers la planète Saturne, en septembre 2017, la sonde Cassini a permis de calculer que sa masse correspondrait à 40 % de celle du satellite Mimas. Il est composé d'annelets très serrés. C'est au sein de cet anneau que le phénomène saisonnier des spokes (=tempêtes de poussières chargées électriquement qui ont lieu au sein des anneaux de Saturne) est le plus significativement observé.

L'anneau A est le deuxième plus brillant de Saturne sa limite intérieure est la division de Cassini, qui le sépare de l'anneau B. Sa limite externe est gardée par le satellite Atlas. L'intérieur de cet anneau est structuré par de petites lunes : Pan, dans la division d'Encke, et Daphnis, dans la division de Keeler.

Encerclant l'anneau A et son satellite berger Atlas (un satellite berger est un satellite naturel qui orbite dans les divisions qui sont au sein des anneaux ou bien en bordure d'anneau), l'anneau F est le plus fin de ceux entourant la planète géante. Cet anneau est cerné par les satellites Prométhée en bordure intérieure et Pandore en bordure extérieure. Il a une forme en spirale s'enroulant au moins trois fois autour de Saturne, ce qui pourrait trahir une origine récente, de l'ordre de quelques millions d'années. Cela pourrait être le fruit d'une collision entre Pandore et Prométhée, ou bien d'impacts de météores sur ces petites lunes. Les matériaux éjectés lors de ces impacts se seraient enroulés en spirale autour de Saturne, formant l'anneau F. Autre fait intéressant, l'anneau F échange de la matière avec Prométhée, ce qui provoque des sortes de noeuds au sein de cette spirale de glace. L'anneau F marque symboliquement la limite entre les anneaux extérieurs et intérieurs de Saturne. Au-delà de l'anneau F, on trouve des anneaux moins visibles car moins concentrés en gaz et poussières, et davantage de satellites dont les principales lunes de Saturne.

2) Les anneaux extérieurs

Depuis l'anneau F, il faut parcourir 30 000 km pour trouver le premier des anneaux, dit extérieur, de Saturne. Il s'agit de l'anneau G, qui est le deuxième plus fin du système Saturnien. Cet anneau est peu visible et pourrait être le résidu de la dislocation d'une petite lune, qui aurait été détruite par le jeu gravitationnel entre Saturne et le satellite voisin Mimas.

Plus externe encore, l'anneau E à une structure surprenante. Celle-ci est instable et aurait dû conduire à la disparition de cet anneau après quelques dizaines ou centaines de milliers d'années. La lune Encelade orbitant à l'intérieur de cet anneau, on pense que ce sont les éjections des geysers de ce petit satellite qui alimente l'anneau E, en plus d'impacts météorologique sur Encelade.

En 2009, grâce au télescope spatial Spitzer de la NASA, des scientifiques ont découvert un nouvel anneau, plus vaste et plus lointain encore que l'anneau E : l'anneau de Phoebé. Il commence à 6 millions de kilomètres de Saturne et occupe une largeur de 12 millions de kilomètres, soit bien plus que tous les autres anneaux. Son épaisseur également est impressionnante : il serait de 20 fois le diamètre de Saturne.

Toutefois, la densité de matériaux y est très faible, si bien qu'il fut découvert grâce au capteur de lumière infrarouge du satellite spatial Spitzer. Il est incliné de 27° par rapport aux autres anneaux, ce qui est similaire à l'orbite de la Lune Phoebé. Aussi, cet anneau pourrait être la consélequence de micro-impacts de météorites sur la lune Phoebé, lune qui serait une comète capturée par Saturne.

D'autres anneaux très tenus et peu visibles pourraient être également en lien avec des satellites. Ils ont été découverts au cours de la mission spatiale Cassini-Huygens (2004-2017). Ils n'ont pas de nomination officielle et sont qualifiés du nom des lunes se déplaçant au sein de leur orbite. Ainsi, entre l'anneau A et l'anneau F, sur les orbites des satellites Atlas et Prométhée, deux anneaux ont été détectés, tous deux larges de 300 km. Entre l'anneau F et l'anneau G, l'anneau Janus-Prométhée, large de 5000 km, englobe quant à lui l'orbite des deux lunes du même nom. Entre l'anneau G et l'anneau E, le petit satellite Pallène pourrait lui aussi produire un anneau presque invisible d'une largeur de 2500 km. Enfin, entre l'anneau E et l'anneau de Phoebé, les satellites Méthone et Anthée alimentent chacun un anneau de petites particules peu visibles.

Les origines des anneaux

Chaque anneau extérieur à sa propre hypothèse de formation, qu'elle soit due à un impact ou aux éjections d'un satellite. Pour les anneaux intérieurs, le scénario est moins établi. Longtemps, les chercheurs ont pensé qu'il s'agissait d'une structure très ancienne, aussi vieille que Saturne elle-même. Ils auraient été un résidu du disque d'accrétion à partir duquel la planète s'était formée. En quelque sorte, ces anneaux étaient un satellite avorté. Cependant, cette vision est aujourd'hui nuancée.

Les anneaux A et B, qui sont les principaux anneaux de Saturne, ont un albédo situé entre eux 0,2 et 0,6, ce qui signifie qu'il reflète jusqu'à 60 % de la lumière du soleil. Cela a permis de comprendre qu'ils sont constitués essentiellement de glace et de poussières. Mais s'ils étaient aussi anciens que la planète, les glaces qui le composent devraient être moins brillantes car recouvertes de la suie des micrométéorites qui pénètrent abondamment dans le système Saturnien.

La réévaluation actuelle donne à ces anneaux un âge de 100 à 300 millions d'années. Ils pourraient être le fruit d'une comète passée trop près de Saturne et désagrégée par la force de gravité de la planète, ou bien d'une petite lune de glace percutée par un objet massif. Dans les deux cas, ces anneaux seraient le reliquat d'un objet détruit dont les glaces sont les cendres dispersées autour de Saturne.

Saturne est-elle la seule planète à avoir des anneaux ?

Bien sûr que non ! D'autres planètes du système solaire possèdent un système d'anneaux : Jupiter, Uranus, et Neptune. On a même trouvé des anneaux autour d'exoplanètes géantes gazeuses, notamment 1SWASP J1407 b, une super-Saturne découverte en 2012 et située dans la constellation Centaure.

Sur cette photo d'Uranus prise en 2003 par le satellite spatial Hubble, on voit bien les anneaux qui ceignent la gérante de glace Uranus.

Ils sont bien plus ténus que ceux de Saturne, mais comme l'axe de rotation de la planète est incliné de presque 90° par rapport au plan terrestre, il nous offre un point de vue unique dans le Système solaire.

Les anneaux de Saturne existeront-ils toujours ?

Saturne et ses anneaux emblématiques

C’est quelque chose que l’on a sans doute tous retenu de nos cours de science de primaire. A l’heure de faire la carte du système solaire, Saturne fait partie des planètes les plus faciles à identifier grâce à ses anneaux emblématiques. Ils sont très grands, très brillants et s’étendent à plus de 280.000 kilomètres de la planète. Bref, ils sont impossibles à manquer.

Oui mais voilà. Ils sont aussi condamnés. Saturne est en train de perdre ses anneaux. Ils ne disparaissent pas dans le vide intersidéral bien sûr mais ils pleuvent concrètement sur la planète. 10.000 kilos de pluie d’anneaux tombent sur Saturne chaque seconde. Une piscine olympique serait remplie en 30 minutes.

Que se passe-t-il ? Les anneaux sont composés de blocs de glace et de roche et ils sont soumis au bombardement constant des UV du soleil ou de petites météorites.

Plus que 100 millions d’années à vivre

Le phénomène est connu depuis 1980. A l’époque, la sonde Voyager détecte le phénomène et estime que la désintégration totale des anneaux prendra environ 300 millions d’années. Bref, une éternité.

Toutefois, les résultats de Cassini permettent d’obtenir un résultat très différent et plus sombre. Avant de plonger à la surface de Saturne en 2017, la sonde a permis de voir que la pluie d’anneaux était beaucoup plus forte que prévu. Résultat, les anneaux n’ont plus qu’une espérance de vie de 100 millions d’années. C’est toujours une éternité d’un point de vue humain, mais cela se rapproche tout de même très vite.

Si on peine à imaginer la planète sans ses anneaux, ceux-ci n’ont pourtant qu’entre 100 et 200 millions d’années. Autant dire que l’on devrait se considérer chanceux d’en profiter, puisque la planète est là depuis 4,5 milliards d’années. Pensez-y la prochaine fois que vous les verrez en image…

ON RÉSUME LE TOUT PAR UN PETIT FILM DE 17' 11"" ?

Voilà, ont on a fini avec les anneaux de Saturne. Bien sûr, on pourrait encore dire beaucoup d'autres choses, mais cela s'adresse aux spécialistes de ces anneaux. J'espère que tu as découvert beaucoup de choses et que tu t'es émerveillé devant de tant de beauté !