Saturne

Après Jupiter, nous arrivons à Saturne qui orbite autour du Soleil à une distance moyenne de 9,5 unités astronomiques. Deuxième planète par la taille avec un diamètre de 121 000 kilomètres, elle est surtout connue pour ces magnifiques anneaux. Tout comme Jupiter, elle tourne très vite sur elle-même, en une dizaine d'heures, et est essentiellement constituée d'hydrogène et d'hélium, comme le prouve sa très faible densité de seulement 0,69 fois celle de l'eau.

La planète a été étudiée en détail par 3 sondes : Pioneer 11 en 1979, Voyager 1 en 1980 et Voyager 2 en 1981. Celles-ci ont révélé la complexité des anneaux et ont apporté des images à haute résolution de la surface visible de Saturne. Cette dernière s'est révélée beaucoup moins colorée que celle de Jupiter, avec néanmoins des bandes jaunâtres parallèles à l'équateur et quelques taches blanches.

Saturne a une structure interne semblable à Jupiter. Un aplatissement plus fort de la planète suggère que son noyau rocheux est plus volumineux. Le champ magnétique plus faible indique quant à lui que la couche d'hydrogène métallique doit être moins épaisse. La partie supérieure de l'atmosphère est également similaire à celle de Jupiter, avec les trois même couches (NH3, NH4SH et H2O) et une structure en bandes parallèles à l'équateur. Le manque de couleur et de contraste est dû à la plus faible gravité de Saturne, qui fait que les trois couches se répartissent sur plusieurs centaines de kilomètres, au lieu de plusieurs dizaines pour Jupiter. Les couches profondes sont ainsi masquées par des centaines de kilomètres de brume.

Comme sa voisine, Saturne émet plus d'énergie qu'elle n'en reçoit, en l'occurrence 2,5 fois plus. Cela n'est probablement pas dû à de l'énergie accumulée durant la phase de formation, mais plutôt à des chutes d'hélium vers l'intérieur de la planète, similaires à nos chutes de pluie. Ces mouvements transforment de l'énergie gravitationnelle en chaleur et peuvent également expliquer la faible concentration en hélium dans les couches externes.

Les anneaux

Les anneaux de Saturne furent observés pour la première fois par Galilée en 1610, qui les prit pour deux satellites de la planète. Christian Huygens les décrivit comme un anneau unique en 1655. Ils ne furent identifiés comme plusieurs anneaux que quelques années plus tard, en particulier par Cassini en 1675 qui identifia la discontinuité qui porte son nom.

Les anneaux ont un diamètre externe de l'ordre de 600 000 kilomètres et une épaisseur d'à peine 2 kilomètres. Les photographies prises par les sondes montrent que les anneaux relativement larges que l'on peut voir depuis la Terre sont en fait formés d'une multitude d'anneaux très fins et très proches. Ces anneaux très fins sont eux-mêmes composés d'une myriade de petits corps solides indépendants, en orbite autour de la planète et tournant d'autant plus vite qu'ils sont proches de Saturne. Ces corps sont essentiellement constitués de glace ou bien de roche recouvertes de glace. Leur taille varie entre le millimètre et plusieurs dizaines de mètres.

Les planétologues pensent que les anneaux sont le résultat de l'explosion d'un satellite qui s'est trop rapproché de Saturne. Imaginez en effet qu'un corps de grande taille vienne s'aventurer trop près de la planète. Tous les points de ce corps ne se trouvent pas à la même distance de Saturne, ils vont donc être soumis à des forces de gravité légèrement différentes. L'écart est en particulier très important entre la face tournée vers la planète et la face opposée. Le résultat global est que le corps est soumis à une force qui tend à l'étirer et même à le déchirer - on parle d'une force de marée car c'est le même phénomène qui explique les déformations de la Terre donnant lieu aux marées. L'éclatement se produit lorsque la force de marée devient supérieure aux forces de cohésion du corps, ce qui se produit quand la planète atteint une distance minimale appelée la limite de Roche. Remarquons que les forces de marée interviennent encore de nos jours en empêchant les débris de s'agglomérer pour former un nouveau corps.

Saturne est entourée d'une vingtaine de satellites dont certains interagissent avec les anneaux. Ainsi, le satellite Mimas est à l'origine de la plus grande discontinuité dans les anneaux, la division de Cassini. Si des corps se trouvaient dans cette division, leur période orbitale serait exactement la moitié de celle de Mimas. Il y aurait donc un effet de résonance similaire à celui qui affecte les astéroïdes et Jupiter, et l'orbite de ces corps serait modifiée. D'autres satellites, qualifiés de bergers, ont l'effet inverse. En agissant de concert, ils tendent à confiner certains des petits corps dans des orbites bien définies.

La sonde Cassini-Huygens

Notre connaissance de Saturne et de ses satellites devrait faire un bond en avant avec la mission Cassini-Huygens, une collaboration entre la NASA et l'ESA. Le lancement de la sonde s'est produit en octobre 1997 et l'arrivée à Saturne s'est déroulée avec succès en juillet 2004. Cette mission est le plus bel exemple de billard interplanétaire à ce jour puisqu'elle a fait appel à quatre reprises à l'assistance d'une planète, deux fois Vénus, une fois la Terre, puis enfin Jupiter en l'an 2000.

Cette mission met en jeu deux éléments : un orbiteur, qui tournera autour de Saturne pendant quatre ans, et une sonde, qui plongera dans l'atmosphère de Titan. L'orbiteur, dénommé Cassini, pourra pendant cette longue période étudier l'atmosphère de Saturne, en particulier ses puissants vents, le système d'anneaux et la magnétosphère. Il procédera également à des survols rapprochés des différents satellites de glace, tout spécialement Titan, dont il pourra observer l'atmosphère et la surface. La sonde, baptisée Huygens, sera lancée vers Titan en janvier 2005. Elle étudiera la composition de l'atmosphère du satellite pendant sa chute qui durera deux heures et demi, et touchera finalement la surface, dont elle pourra également analyser un échantillon. Les noms des deux sondes sont dédiés à deux astronomes du XVIIe siècle, le Hollandais Christian Huygens, qui découvrit Titan et fut le premier à comprendre que Saturne était entouré d'anneaux, et l'Italien Jean-Dominique Cassini, qui découvrit la première division dans les anneaux.