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Une lune perdue pourrait enfin résoudre l’étrange mystère de Saturne et de ses anneaux

Les anneaux de Saturne traversent la lune Titan en arrière-plan, le contre-jour du Soleil faisant briller son atmosphère d'un anneau lumineux. La petite lune Encelade apparaît au premier plan. (NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini Imaging Team)

De tous les anneaux du système solaire, ceux de Saturne sont, sans conteste, les plus spectaculaires.

Contrairement aux minces cercles de poussière et de roche qui encerclent Jupiter, Uranus, Neptune et même une planète naine de la ceinture de Kuiper nommée Haumea, le système d’anneaux de Saturne, aux couleurs particulières, est glorieusement étendu. Parsemé de petites lunes qui sculptent ses bords, c’est une structure complexe, chacun de ses sept anneaux se déplaçant à des vitesses différentes.

Il est intéressant de noter que le disque qui fait la renommée de Saturne semble être étonnamment jeune. Les preuves suggèrent que le système d’anneaux n’a que 100 millions d’années, plus ou moins (et d’autres preuves suggèrent qu’ils auront disparu dans moins de 100 millions d’années).

Il est difficile d’expliquer pourquoi les anneaux sont apparus si longtemps après la formation du reste du système solaire, ce qui a conduit certains scientifiques à se demander si l’interprétation de ces preuves était correcte.

Aujourd’hui, à la suite d’une enquête sur certaines des autres particularités de Saturne, une équipe a trouvé une réponse plausible. Si les anneaux de Saturne sont constitués d’une lune pulvérisée, cela pourrait expliquer non seulement sa récente acquisition de disques poussiéreux, mais aussi deux autres caractéristiques étranges de la planète aux anneaux : son inclinaison axiale et l’étrange orbite en expansion rapide de sa plus grande lune, Titan.

Toutes les planètes du système solaire ont une inclinaison axiale, c’est-à-dire l’angle entre l’axe de rotation et le plan orbital. Chacune d’entre elles est également différente. Saturne a une inclinaison de 26,7 degrés, ce qui est similaire à l’inclinaison de la Terre, de Mars et de Neptune. Cependant, l’inclinaison de la géante gazeuse ne fait que s’accentuer, ce que les scientifiques ont attribué à la migration de Titan vers l’extérieur.

Selon des recherches antérieures, une chaîne d’interactions gravitationnelles allant de Saturne à Titan et à Neptune a eu une influence significative sur l’inclinaison du monde annulaire. La vitesse à laquelle Saturne oscille sur son axe de rotation (précession rotationnelle) est très proche de la vitesse à laquelle l’orbite entière de Neptune oscille (précession orbitale), un phénomène connu sous le nom de résonance, ce qui suggère une relation.

Ces recherches antérieures ont révélé que, contrairement aux études précédentes, ces tremplins gravitationnels se seraient reliés relativement récemment, étant donné que Titan s’éloigne de Saturne trop rapidement pour qu’ils soient apparus au début du système solaire.

Les nouveaux travaux, menés par une équipe dirigée par l’astronome Jack Wisdom du Massachusetts Institute of Technology, ont cependant révélé quelque chose d’étrange. Ils ont utilisé les données gravitationnelles de la sonde Cassini de la NASA, ainsi qu’un modèle de la structure intérieure de la planète, pour voir si Saturne est toujours en résonance avec Neptune. La réponse ? Pas tout à fait.

C’était curieux, alors ils ont creusé plus profondément pour essayer de comprendre pourquoi. Si l’orbite de Titan s’est d’abord déplacée vers l’extérieur, comme prévu, puis a changé de manière inattendue, cela a pu attirer Saturne vers la résonance et la repousser hors de celle-ci, ce qui a entraîné la résonance actuelle avec Neptune.

L’étape suivante consisterait à déterminer ce qui a pu modifier l’orbite de Titan de façon si spectaculaire. Eh bien, il y a une chose que nous savons que Saturne a un nombre impressionnant de lunes.

Avec 82 satellites (dont certains doivent encore être confirmés), elle possède le plus grand nombre connu de lunes dans le système solaire. Si Saturne avait un satellite supplémentaire qui se déstabilisait, cela aurait pu modifier la précession de la planète et l’aider à échapper à sa résonance avec Neptune.

L’équipe a réalisé des centaines de simulations, chacune avec des conditions de départ légèrement différentes, du système de Saturne incluant cette lune hypothétique, nommée Chrysalide. Ils ont constaté que ce scénario expliquait tout – l’inclinaison axiale, l’orbite de Titan, et même les anneaux de Saturne.

Plus précisément, selon le scénario, la présence de Chrysalis aurait pu provoquer une inclinaison de Saturne plus importante que celle que nous observons actuellement, soit environ 36 degrés, par le biais d’une résonance avec Neptune. Pendant ce temps, elle aurait eu des interactions gravitationnelles avec Titan.

Puis, il y a environ 160 millions d’années, l’orbite de Chrysalide s’est déstabilisée. Elle s’est alors rapprochée un peu trop près de Saturne, dont la gravité a séparé la lune.

D’après leurs simulations, les chercheurs estiment qu’environ 99 % de Chrysalis a fini par s’écraser sur Saturne, mais que suffisamment de matière est restée suspendue en orbite pour former les anneaux de la planète.

Si la lune était glacée, comme certaines lunes du système solaire, cela aurait pu produire l’abondance de glace observée aujourd’hui dans les anneaux de Saturne.

Cette rencontre violente aurait également pu pousser Saturne hors de la résonance, diminuant ainsi son inclinaison axiale. Cependant, sur les 390 simulations, seules 17 ont produit les conditions dans lesquelles les anneaux de Saturne se sont formés.

Ainsi, comme l’explique Maryame El Moutamid, astronome à l’Université Cornell, dans un commentaire sur la nouvelle étude, si la perturbation de Chrysalide est possible et plausible, il est probable qu’il s’agisse d’un événement rare et unique. Il est peu probable que nous assistions à un autre événement de ce type dans un avenir proche.

 » Nous proposons « , écrivent les chercheurs dans leur article,  » que Saturne a eu autrefois un satellite supplémentaire, Chrysalis ; que le système était auparavant en résonance de précession spin-orbite avec Neptune ; que l’obliquité de Saturne a augmenté lorsque le taux de précession a changé à cause de la migration de Titan ; qu’elle a échappé à la résonance de précession à cause d’une instabilité de l’orbite de Chrysalis ; et qu’une rencontre rapprochée de ce satellite hypothétique avec Saturne a conduit à la formation de ses anneaux.  »

« C’est une assez bonne histoire », dit Wisdom, « mais comme tout autre résultat, il devra être examiné par d’autres. »

Néanmoins, il explique des choses qui étaient jusqu’à présent difficiles à comprendre. De futures recherches sur le système complexe et fascinant de Saturne, et sur d’autres systèmes dotés d’anneaux, pourraient aider à déterminer la vitesse à laquelle des événements comme la destruction de Chrysalide sont susceptibles de se produire.

Les recherches ont été publiées dans Science.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencealert.com/

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