Les anneaux de Saturne « sonnent » comme une cloche

Cette image de Cassini révèle l’hémisphère nord de Saturne à l’approche de son solstice d’été. (Image : © NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Les ondes gravitationnelles provenant de l’intérieur de Saturne font résonner les anneaux de la planète

Les anneaux de Saturne résonnent comme une cloche, ce qui permet aux chercheurs d’explorer les profondeurs du cœur de la planète.

Les forces gravitationnelles poussent les ondes sismiques de l’intérieur de Saturne dans son système d’anneaux, où la mission Cassini de la NASA a pu détecter les minuscules secousses. Selon une nouvelle étude, une grande partie de l’intérieur de la planète est plus stratifiée que prévu.

Les planètes cachent leurs processus internes derrière des couches difficiles à pénétrer. Alors que les couches des corps telluriques comme la Terre et la Lune peuvent être explorées grâce à l’étude des ondes sismiques créées par les tremblements de terre, les géantes gazeuses n’ont pas de surface solide pour mesurer ces ondes. Les chercheurs doivent donc recourir à d’autres méthodes, comme l’étude du champ magnétique d’une planète.

Une interaction dynamique entre la plus grande lune de Saturne, Titan, et ses anneaux est capturée dans cette vue du vaisseau spatial Cassini de la NASA prise le 20 septembre 2009 et diffusée le 23 décembre 2013. À chaque endroit des anneaux de Saturne, les particules orbitent selon une période ou un rythme particulier. Cette image est centrée sur deux endroits séparés et proches dans les anneaux où ces rythmes sont en synchronisation avec différents aspects de l’orbite de 16 jours de Titan, créant des effets de signature qui pointent de loin dans la direction de Titan. (Crédit image : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute )

Peu de temps après l’arrivée de la mission Cassini de la NASA sur Saturne en 2004, les chercheurs ont réalisé que les anneaux de la planète oscillaient étrangement. Au lieu des ondes simples, qui sont prédites par la théorie existante, l’engin spatial a révélé des grappes de petites ondes qui pourraient s’expliquer par la présence d’ondes de gravité dans la partie la plus profonde de l’intérieur de la planète.

« Ce qui est vraiment spécial à propos des ondes de gravité, c’est que leur simple existence exige qu’au moins une partie de cet intérieur profond soit relativement calme et stable plutôt que convective », a déclaré Christopher Mankovich, un chercheur du California Institute of Technology, dans un courriel à Space.com.

Avant que ces nouvelles recherches n’émergent, la compréhension de base des planètes géantes de notre système solaire suggérait que leur intérieur fluide et chaud poussait la chaleur vers l’extérieur, un peu comme une lampe à lave. Mais la présence d’ingrédients lourds comme la roche et la glace d’eau sous l’hydrogène et l’hélium plus légers peut inhiber le mouvement du fluide et générer des ondes de gravité. Dans le cas de Saturne, ces ondes peuvent faire sonner la planète comme une cloche.

« La détection des ondes gravitationnelles internes à Saturne par la sismologie des anneaux est maintenant l’une des rares preuves tangibles qu’une fraction importante de l’intérieur de Saturne est stratifiée de manière stable plutôt que convective », a déclaré M. Mankovich.

Sonner comme une cloche

Sur les planètes telluriques comme la Terre, les perturbations sous la surface de la planète peuvent se déplacer comme une vague, voyageant à l’intérieur de la planète et à travers sa surface. En conséquence, des secousses importantes peuvent être ressenties à des centaines de kilomètres de l’épicentre d’un fort tremblement de terre. Finalement, l’interférence d’autres ondes progressives peut créer un modèle d’onde stationnaire qui s’étend sur toute la planète.

« Cela se traduit par le fait que la planète entière sonne comme une cloche », a déclaré Mankovich.

Comme une cloche, les caractéristiques de cette onde sont dictées par la taille, la forme et la composition de la planète. Elles révèlent des aperçus des structures à grande échelle sous la surface, y compris celles qui ne sont pas accessibles autrement.

Le même processus se produit sur Saturne, où un magnifique système d’anneaux composé de minuscules morceaux de roche et de glace encercle la planète. La plupart du temps, leur orbite est calme et ordonnée, avec des collisions occasionnelles. Les scientifiques savent depuis des décennies que les particules annulaires peuvent être affectées par l’attraction gravitationnelle des 82 lunes de la planète. Bien que la sismologie annulaire ait été proposée au début des années 1990, ce n’est que lorsqu’un vaisseau spatial a passé du temps en orbite autour de la planète que l’idée a pu être mise en œuvre.

Cassini a révélé que les anneaux de Saturne étaient également soumis aux secousses du champ gravitationnel oscillant de la planète. Le vaisseau spatial a caractérisé plus de 20 ondes dans le système des anneaux de Saturne, causées par le noyau de la planète. Les interactions ne se produisent que dans des endroits particuliers des anneaux, mais les résultats peuvent être « dramatiques », selon Mankovich. L’effet est faible, les ondes ne s’étendant que sur un kilomètre environ d’un sommet à l’autre, alors que les anneaux s’étendent sur près de 300 000 km.

« Ces vagues ne sont vraiment évidentes qu’à une échelle très fine », a déclaré M. Mankovich. « Cassini a permis d’étudier ces ondes avec des détails exquis en faisant le voyage jusqu’à Saturne pour étudier le système de près et personnellement ».

Comprendre ce qui se passe au cœur de Saturne est un processus continu. Selon Mankovich, la sismologie en anneau favorise une région épaisse et stable qui représente environ un quart du rayon de la planète. Cela est quelque peu en contradiction avec la compréhension obtenue grâce au champ magnétique de la planète, qui favorise une région étroite et stable qui ne représente que 5 à 10% de l’intérieur de la planète.

Mankovich affirme qu’il est trop tôt pour dire ce que les résultats impliquent à propos de l’intérieur de la planète, mais qu’une possibilité est que le processus qui génère le champ magnétique de la planète soit encore plus différent de celui de la géante gazeuse Jupiter que prévu.

« Les prochaines années seront fascinantes, car les implications des données multi-instruments de Cassini seront mises en évidence », a déclaré M. Mankovich. Mais loin d’être consterné par l’affrontement, Mankovich semblait enthousiaste.

« C’est un témoignage de la puissance d’une mission spatiale comme celle de Cassini que nous ayons des données si diverses que différentes parties semblent dire des choses différentes – cela reflète une lacune dans notre compréhension et présente une opportunité de découverte. La synergie scientifique à son meilleur », a-t-il ajouté.

Source: Space.com, le 6 juin 2020 – Traduction par Astro Univers