Saturne


Saturne orbite autour du Soleil à une distance moyenne de 9,5 unités astronomiques, soit 1,4 milliards de kilomètres. Deuxième planète par la taille avec un diamètre de 121 000 kilomètres, elle est surtout connue pour ses 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 quatre sondes : Pioneer 11 en 1979, Voyager 1 en 1980, Voyager 2 en 1981 et surtout Cassini-Huygens depuis 2004.

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 et Titan

Cassini prend en août 2014 cette magnifique image de Saturne, de ses anneaux et de Titan. La sonde se trouve alors à 1,7 millions de kilomètres de la planète, à trois degrés au-dessus du plan des anneaux. Le croissant de Titan entoure presque le satellite, car la couche de brouillard dans la haute atmosphère diffuse les rayons du Soleil. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

La structure interne de Saturne

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 de kilomètres 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.

Saturne

Une image de Saturne prise par la sonde Cassini en novembre 2003 depuis une distance de 111 millions de kilomètres. Crédit : NASA/ESA

Les anneaux de Saturne

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 images 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.

Anneaux de Saturne

Une vue des anneaux de Saturne prise par la sonde Cassini à une distance de 6,4 millions de kilomètres neuf jours avant son entrée en orbite. Les anneaux sont principalement formés de glace d’eau et les variations de couleur sont probablement dues à différents degrés de contamination par d’autres éléments, par exemple des roches. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute

Les anneaux de Saturne et la force de marée

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 une force de gravité légèrement différente. 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.

Saturne

Une vue magnifique de Saturne prise par la sonde Cassini fin 2004, où l’on aperçoit la partie externe des anneaux (en bas), les ombres projetées sur la planète par les anneaux, ainsi que le satellite Mimas. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute

La sonde Cassini-Huygens

Notre connaissance de Saturne et de ses satellites a fait un bond énorme en avant avec la mission Cassini-Huygens, une collaboration entre la NASA et l’ESA. Le lancement de la sonde s’est déroulé en octobre 1997 et l’arrivée à Saturne en juillet 2004. Cette mission est un bel exemple de billard interplanétaire 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 était composée de deux éléments : un orbiteur qui tourne autour de Saturne depuis 2004 et une sonde qui plongea dans l’atmosphère de Titan.

L’orbiteur, nommé Cassini, étudie l’atmosphère de Saturne, en particulier ses puissants vents, le système d’anneaux et la magnétosphère. Il procède également à des survols rapprochés des différents satellites de glace, tout spécialement Titan, dont il a observé l’atmosphère et la surface.

La sonde, baptisée Huygens, a atteint Titan en janvier 2005. Elle a étudié la composition de l’atmosphère du satellite pendant sa chute qui dura deux heures et demi puis sa surface.

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 entourée d’anneaux, et l’Italien Jean-Dominique Cassini, qui découvrit la plus grande division dans les anneaux.

Eclipse sur Saturne

Le 17 octobre 2012, la sonde Cassini passe derrière Saturne et nous envoie cette mosaïque exceptionnelle d’images d’une éclipse de Soleil à plus d’un milliard de kilomètres de la Terre. Cette position très rare de la sonde permet d’apercevoir des détails de l’atmosphère et des anneaux qui ne sont généralement pas observables. Crédit : NASA/JPL-Caltech/SSI


Page mise à jour le 8 septembre 2017 par Olivier Esslinger