Saturne
Saturne est la sixième planète à partir du Soleil et la deuxième plus grande du système solaire , après Jupiter . C’est une géante gazeuse avec un rayon moyen d’environ neuf fois et demie celui de la Terre . [22] [23] Il a seulement un huitième de la densité moyenne de la Terre; cependant, avec son plus grand volume, Saturne est plus de 95 fois plus massive. [24] [25] [26]
Sur la photo en couleur naturelle à l’approche de l’ équinoxe , photographiée par Cassini en juillet 2008 ; le point dans le coin inférieur gauche est Titan | |||||||||||||
Désignations | |||||||||||||
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Prononciation | / ˈ s æ t ər n / ( écouter ) [1] | ||||||||||||
Nommé après | Saturne | ||||||||||||
Adjectifs | Saturnien / s ə ˈ t ɜːr n i ə n / , [2] Cronien [3] / Kronien [4] / ˈ k r oʊ n i ə n / [5] | ||||||||||||
Caractéristiques orbitales [10] | |||||||||||||
Époque J2000.0 | |||||||||||||
Aphélie | 1 514,50 millions de km (10,1238 UA) | ||||||||||||
Périhélie | 1 352,55 millions de km (9,0412 UA) | ||||||||||||
Demi-grand axe | 1 433,53 millions de km (9,5826 UA) | ||||||||||||
Excentricité | 0,0565 | ||||||||||||
Période orbitale (sidérale) |
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Période orbitale (synodique) | 378,09 jours | ||||||||||||
Vitesse orbitale moyenne | 9,68 km/s (6,01 mi/s) | ||||||||||||
Anomalie moyenne | 317.020° [7] | ||||||||||||
Inclination |
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Longitude du nœud ascendant | 113.665° | ||||||||||||
Temps de périhélie | 2032-Nov-29 [9] | ||||||||||||
Argument du périhélie | 339.392° [7] | ||||||||||||
Satellites connus | 83 avec des désignations formelles ; d’ innombrables moonlets supplémentaires . [dix] | ||||||||||||
Caractéristiques physiques [10] | |||||||||||||
Rayon moyen | 58232 km (36184 mi) [a] 9.1402 Terres |
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Rayon équatorial |
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Rayon polaire |
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Aplanissement | 0,097 96 | ||||||||||||
Circonférence |
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Superficie |
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Le volume |
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Masse |
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Densité moyenne | 0,687 g / cm 3 (0,0248 lb/cu in ) [b] (moins que l’eau) 0,1246 Terre |
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Gravité superficielle |
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Facteur de moment d’inertie | 0,22 [13] | ||||||||||||
Vitesse d’échappement | 35,5 km/s (22,1 mi/s) [a] | ||||||||||||
Période de rotation synodique | 10 h 32 min 36 s ; 10,5433 heures [6] |
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Période de rotation sidérale | 10 h 33 min 38 s + 1 min 52 s – 1 min 19 s [14] [15] |
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Vitesse de rotation équatoriale | 9,87 km / s (6,13 mi / s; 35 500 km / h) [a] | ||||||||||||
Inclinaison axiale | 26,73° (en orbite) | ||||||||||||
Ascension droite du pôle nord | 40,589° ; 2 h 42 min 21 s | ||||||||||||
Déclinaison du pôle Nord | 83.537° | ||||||||||||
Albédo |
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Ampleur apparente | −0,55 [18] à +1,17 [18] | ||||||||||||
Diamètre angulaire | 14,5′′ à 20,1′′ (anneaux exclus) | ||||||||||||
Ambiance [10] | |||||||||||||
Pression superficielle | 140kPa [21] | ||||||||||||
Hauteur d’échelle | 59,5 km (37,0 mi) | ||||||||||||
Composition volumique |
Glaces :
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L’intérieur de Saturne est très probablement composé d’un noyau de fer-nickel et de roche ( composés de silicium et d’oxygène ). Son noyau est entouré d’une couche profonde d’ hydrogène métallique , d’une couche intermédiaire d’ hydrogène liquide et d’hélium liquide , et enfin, d’une couche extérieure gazeuse. Saturne a une teinte jaune pâle due aux cristaux d’ ammoniac dans sa haute atmosphère. On pense qu’un Courant électrique dans la couche d’hydrogène métallique donne naissance au champ magnétique planétaire de Saturne , qui est plus faible que celui de la Terre, mais qui a un moment magnétique580 fois celle de la Terre en raison de la plus grande taille de Saturne. L’intensité du champ magnétique de Saturne est d’environ un vingtième de celle de Jupiter. [27] L’ atmosphère extérieure est généralement fade et manque de contraste, bien que des caractéristiques de longue durée puissent apparaître. La vitesse du vent sur Saturne peut atteindre 1 800 km/h (1 100 mph ; 500 m/s), plus élevée que sur Jupiter mais pas aussi élevée que sur Neptune . [28]
La caractéristique la plus notable de la planète est son système d’anneaux proéminent , composé principalement de particules de glace, avec une plus petite quantité de débris rocheux et de poussière . Au moins 83 lunes [29] sont connues pour orbiter autour de Saturne, dont 53 sont officiellement nommées ; cela n’inclut pas les centaines de moonlets dans ses anneaux. Titan , la plus grande lune de Saturne et la deuxième plus grande du système solaire, est plus grande que la planète Mercure , bien que moins massive, et est la seule lune du système solaire à avoir une atmosphère substantielle. [30]
Nom et symbole
Le symbole de Saturne dans les manuscrits classiques tardifs (4e et 5e s.) et byzantins médiévaux (11e s.) dérive de ⟨ Κ Ρ ⟩ (kappa-rho). [31]
Saturne porte le nom du dieu romain de la richesse et de l’agriculture et père de Jupiter. Son Symbole astronomique ( ) remonte aux papyrus grecs Oxyrhynchus , où on peut voir qu’il s’agit d’un kappa – rho grec avec un trait horizontal , en tant qu’abréviation de Κρονος ( Cronos ), le nom grec de la planète. [31] Il est venu plus tard ressembler à un eta grec minuscule , avec la croix ajoutée en haut au 16ème siècle pour christianiser ce symbole païen.
Les Romains nommaient le septième jour de la semaine samedi , Sāturni diēs (“Jour de Saturne”), pour la planète Saturne. [32]
Caractéristiques physiques
Image composite comparant les tailles de Saturne et de la Terre
Saturne est une géante gazeuse composée principalement d’hydrogène et d’hélium. Il manque une surface définie, bien qu’il puisse avoir un noyau solide. [33] La rotation de Saturne lui donne la forme d’un sphéroïde aplati ; c’est-à-dire qu’il est aplati aux pôles et renflé à son équateur . Ses rayons équatorial et polaire diffèrent de près de 10 % : 60 268 km contre 54 364 km. [10] Jupiter, Uranus et Neptune, les autres planètes géantes du système solaire, sont également aplaties mais dans une moindre mesure. La combinaison du renflement et du taux de rotation signifie que la gravité de surface effective le long de l’équateur,8,96 m/s 2 , correspond à 74 % de ce qu’elle est aux pôles et est inférieure à la gravité de surface de la Terre. Cependant, la vitesse d’échappement équatoriale de près de36 km/s est bien supérieur à celui de la Terre. [34]
Saturne est la seule planète du système solaire moins dense que l’eau, soit environ 30 % de moins. [35] Bien que le noyau de Saturne soit considérablement plus dense que l’eau, la densité spécifique moyenne de la planète est0,69 g/cm 3 due à l’atmosphère. Jupiter a 318 fois la masse de la Terre [ 36] et Saturne a 95 fois la masse de la Terre. [10] Ensemble, Jupiter et Saturne détiennent 92 % de la masse planétaire totale du système solaire. [37]
Structure interne
Schéma de Saturne, à l’échelle
Bien qu’elle soit composée principalement d’hydrogène et d’hélium, la majeure partie de la masse de Saturne n’est pas en phase gazeuse , car l’hydrogène devient un liquide non idéal lorsque la densité est supérieure à0,01 g/cm 3 , qui est atteint à un rayon contenant 99,9 % de la masse de Saturne. La température, la pression et la densité à l’intérieur de Saturne augmentent toutes régulièrement vers le noyau, ce qui fait de l’hydrogène un métal dans les couches plus profondes. [37]
Les modèles planétaires standard suggèrent que l’intérieur de Saturne est similaire à celui de Jupiter, ayant un petit noyau rocheux entouré d’hydrogène et d’hélium, avec des traces de divers volatils . [38] L’analyse de la distorsion montre que Saturne est sensiblement plus condensé au centre que Jupiter et contient donc une quantité significativement plus grande de matière plus dense que l’hydrogène près de son centre. Les régions centrales de Saturne contiennent environ 50 % d’hydrogène en masse, tandis que celles de Jupiter contiennent environ 67 % d’hydrogène. [39]
Ce noyau est de composition similaire à la Terre, mais il est plus dense. L’examen du Moment gravitationnel de Saturne , en combinaison avec des modèles physiques de l’intérieur, a permis de placer des contraintes sur la masse du noyau de Saturne. En 2004, les scientifiques ont estimé que le noyau devait être de 9 à 22 fois la masse de la Terre, [40] [41] ce qui correspond à un diamètre d’environ 25 000 km. [42] Cependant, les mesures des anneaux de Saturne suggèrent un noyau beaucoup plus diffus avec une masse égale à environ 17 Terres et un rayon égal à environ 60 % du rayon entier de Saturne. [43] Celui-ci est entouré d’une couche d’hydrogène métallique liquide plus épaisse , suivie d’une couche liquide d’ Hydrogène moléculaire saturé d’héliumqui se transforme progressivement en gaz à mesure que l’altitude augmente. La couche la plus externe s’étend sur 1 000 km et est constituée de gaz. [44] [45] [46]
Saturne a un intérieur chaud, atteignant 11 700 °C en son cœur, et rayonne 2,5 fois plus d’énergie dans l’espace qu’elle n’en reçoit du Soleil. L’ énergie thermique de Jupiter est générée par le mécanisme Kelvin-Helmholtz de compression gravitationnelle lente , mais un tel processus à lui seul peut ne pas suffire à expliquer la production de chaleur pour Saturne, car il est moins massif. Un mécanisme alternatif ou supplémentaire peut être la génération de chaleur par la “pluie” de gouttelettes d’hélium profondément à l’intérieur de Saturne. Au fur et à mesure que les gouttelettes descendent à travers l’hydrogène de plus faible densité, le processus libère de la chaleur par frottement et laisse les couches externes de Saturne appauvries en hélium. [47] [48]Ces gouttelettes descendantes peuvent s’être accumulées dans une enveloppe d’hélium entourant le noyau. [38] Des précipitations de diamants ont été suggérées pour se produire dans Saturne, aussi bien que dans Jupiter [49] et les géants de glace Uranus et Neptune. [50]
Atmosphère
Des bandes de méthane entourent Saturne. La lune Dione est suspendue sous les anneaux à droite.
L’atmosphère extérieure de Saturne contient 96,3 % d’Hydrogène moléculaire et 3,25 % d’hélium en volume. [51] La proportion d’hélium est significativement déficiente par rapport à l’abondance de cet élément dans le Soleil. [38] La quantité d’éléments plus lourds que l’hélium ( métallicité ) n’est pas connue avec précision, mais les proportions sont supposées correspondre aux abondances primordiales issues de la Formation du système solaire . La masse totale de ces éléments plus lourds est estimée à 19 à 31 fois la masse de la Terre, avec une fraction significative située dans la région centrale de Saturne. [52]
Des traces d’ammoniac, d’ acétylène , d’ éthane , de propane , de phosphine et de méthane ont été détectées dans l’atmosphère de Saturne. [53] [54] [55] Les nuages supérieurs sont composés de cristaux d’ammoniac, tandis que les nuages de niveau inférieur semblent consister en hydrosulfure d’ammonium ( NH 4 SH ) ou en eau. [56] Le Rayonnement ultraviolet du Soleil provoque une Photolyse du méthane dans la haute atmosphère, entraînant une série de réactions chimiques d’ hydrocarbures , les produits résultants étant transportés vers le bas par Tourbillons et diffusion . Ce Cycle photochimique est modulé par le cycle saisonnier annuel de Saturne. [55]
Couches de nuages Une tempête globale ceinture la planète en 2011. La tempête passe autour de la planète, de sorte que la tête de la tempête (zone lumineuse) dépasse sa queue.
L’atmosphère de Saturne présente un motif en bandes similaire à celui de Jupiter, mais les bandes de Saturne sont beaucoup plus faibles et beaucoup plus larges près de l’équateur. La nomenclature utilisée pour décrire ces bandes est la même que sur Jupiter. Les nuages plus fins de Saturne n’ont pas été observés avant les survols du vaisseau spatial Voyager dans les années 1980. Depuis lors, la télescopie terrestre s’est améliorée au point où des observations régulières peuvent être faites. [57]
La composition des nuages varie avec la profondeur et l’augmentation de la pression. Dans les couches nuageuses supérieures, avec une température comprise entre 100 et 160 K et des pressions comprises entre 0,5 et 2 bars , les nuages sont constitués de glace d’ammoniac. Les nuages de glace d’eau commencent à un niveau où la pression est d’environ 2,5 bars et s’étendent jusqu’à 9,5 bars, où les températures varient de 185 à 270 K. Cette couche est mélangée à une bande de glace d’hydrosulfure d’ammonium, située dans la plage de pression 3–6 bar avec des températures de 190 à 235 K. Enfin, les couches inférieures, où les pressions sont comprises entre 10 et 20 bars et les températures sont de 270 à 330 K, contiennent une région de gouttelettes d’eau avec de l’ammoniac en solution aqueuse. [58]
L’atmosphère généralement fade de Saturne présente parfois des ovales de longue durée de vie et d’autres caractéristiques communes à Jupiter. En 1990, le télescope spatial Hubble a imagé un énorme nuage blanc près de l’équateur de Saturne qui n’était pas présent lors des rencontres avec Voyager , et en 1994, une autre tempête plus petite a été observée. La tempête de 1990 était un exemple de grande tache blanche , un phénomène unique mais de courte durée qui se produit une fois par année saturnienne, environ toutes les 30 années terrestres, à peu près au moment du solstice d’été de l’hémisphère nord . [59] De précédentes grandes taches blanches ont été observées en 1876, 1903, 1933 et 1960, la tempête de 1933 étant la plus célèbre. Si la périodicité est maintenue, une autre tempête se produira vers 2020.[60]
Les vents sur Saturne sont les deuxièmes plus rapides parmi les planètes du système solaire, après ceux de Neptune. Les données de Voyager indiquent des vents d’est de pointe de 500 m/s (1 800 km/h). [61] Dans les images du vaisseau spatial Cassini en 2007, l’hémisphère nord de Saturne affichait une teinte bleu vif, semblable à Uranus. La couleur a probablement été causée par la diffusion Rayleigh . [62] La thermographie a montré que le pôle sud de Saturne a un vortex polaire chaud , le seul exemple connu d’un tel phénomène dans le système solaire. [63] Alors que les températures sur Saturne sont normalement de −185 °C, les températures sur le vortex atteignent souvent jusqu’à −122 °C, soupçonnées d’être le point le plus chaud de Saturne.[63]
Modèle de nuage hexagonal du pôle nord Pôle nord de Saturne ( animation IR ) Pôle sud de Saturne
Un motif d’onde hexagonal persistant autour du vortex polaire nord dans l’atmosphère à environ 78°N a été noté pour la première fois dans les images de Voyager . [64] [65] [66] Les côtés de l’hexagone mesurent chacun environ 14 500 km (9 000 mi) de long, ce qui est plus long que le diamètre de la Terre. [67] L’ensemble de la structure tourne avec une période de 10 h 39 m 24 s (la même période que celle des émissions radio de la planète) supposée égale à la période de rotation de l’intérieur de Saturne. [68] La caractéristique hexagonale ne se déplace pas en longitude comme les autres nuages dans l’atmosphère visible. [69]L’origine du motif fait l’objet de nombreuses spéculations. La plupart des scientifiques pensent qu’il s’agit d’un modèle d’ onde stationnaire dans l’atmosphère. Des formes polygonales ont été reproduites en laboratoire grâce à la rotation différentielle des fluides. [70] [71]
Tourbillon du pôle sud
L’imagerie HST de la région polaire sud indique la présence d’un courant-jet , mais pas de vortex polaire fort ni d’onde stationnaire hexagonale. [72] La NASA a rapporté en novembre 2006 que Cassini avait observé une tempête “ressemblant à un Ouragan ” verrouillée au pôle sud qui avait un Mur oculaire clairement défini . [73] [74] Les nuages du Mur oculaire n’avaient jamais été vus auparavant sur aucune planète autre que la Terre. Par exemple, les images du vaisseau spatial Galileo n’ont pas montré de Mur oculaire dans la grande tache rouge de Jupiter. [75]
La tempête du pôle sud est peut-être présente depuis des milliards d’années. [76] Ce vortex est comparable à la taille de la Terre et il a des vents de 550 km/h. [76]
Autres caractéristiques
Cassini a observé une série de caractéristiques nuageuses trouvées dans les latitudes nord, surnommées la “chaîne de perles”. Ces caractéristiques sont des clairières nuageuses qui résident dans des couches nuageuses plus profondes. [77]
Magnétosphère
Aurores polaires sur Saturne Aurores boréales au pôle nord de Saturne [78] 1:13 Émissions radio détectées par Cassini
Saturne a un champ magnétique intrinsèque qui a une forme simple et symétrique – un dipôle magnétique . Sa force à l’équateur – 0,2 gauss (20 μT ) – est d’environ un vingtième de celle du champ autour de Jupiter et légèrement plus faible que le champ magnétique terrestre. [27] En conséquence, la magnétosphère de Saturne est beaucoup plus petite que celle de Jupiter. [79] Lorsque Voyager 2 est entré dans la magnétosphère, la pression du vent solaire était élevée et la magnétosphère ne s’étendait que sur 19 rayons de Saturne, soit 1,1 million de km (712 000 mi), [80] bien qu’elle se soit élargie en quelques heures et soit restée ainsi pendant environ trois jours.[81] Très probablement, le champ magnétique est généré de manière similaire à celui de Jupiter – par des courants dans la couche d’hydrogène métallique liquide appelée dynamo d’hydrogène métallique. [79] Cette magnétosphère est efficace pour dévier les particules de vent solaire du Soleil. La lune Titan orbite dans la partie extérieure de la magnétosphère de Saturne et contribue au plasma des particules ionisées de l’atmosphère extérieure de Titan. [27] La magnétosphère de Saturne, comme celle de la Terre , produit des aurores . [82]
Orbite et rotation
Saturne et les anneaux vus par le vaisseau spatial Cassini (28 octobre 2016)
La distance moyenne entre Saturne et le Soleil est de plus de 1,4 milliard de kilomètres (9 UA ). Avec une vitesse orbitale moyenne de 9,68 km/s [10] , il faut à Saturne 10 759 jours terrestres (soit environ 29+1 ⁄ 2 ans) [83] pour terminer une révolution autour du Soleil. [10] En conséquence, il forme une résonance de mouvement moyen proche de 5:2 avec Jupiter. [84] L’orbite elliptique de Saturne est inclinée de 2,48° par rapport au plan orbital de la Terre. [10] Les distances au périhélie et à l’aphélie sont respectivement de 9,195 et 9,957 UA, en moyenne. [10] [85] Les caractéristiques visibles sur Saturne tournent à des vitesses différentes selon la latitude, et plusieurs périodes de rotation ont été attribuées à diverses régions (comme dans le cas de Jupiter).
Les astronomes utilisent trois systèmes différents pour spécifier le taux de rotation de Saturne. Le système I a une période de 10 h 14 m 00 s (844,3°/j) et englobe la zone équatoriale, la ceinture équatoriale sud et la ceinture équatoriale nord. Les régions polaires sont considérées comme ayant des taux de rotation similaires au système I . Toutes les autres latitudes saturniennes, à l’exception des régions polaires nord et sud, sont indiquées comme système II et ont été affectées d’une période de rotation de 10 h 38 m 25,4 s (810,76 ° / j). Le système III fait référence au taux de rotation interne de Saturne. Basé surles émissions radio de la planète détectées par Voyager 1 et Voyager 2 , [86] Le Système III a une période de rotation de 10 h 39 m 22,4 s (810,8°/j). Le système III a largement remplacé le système II. [87]
Une valeur précise pour la période de rotation de l’intérieur reste insaisissable. En s’approchant de Saturne en 2004, Cassini a constaté que la période de rotation radio de Saturne avait sensiblement augmenté, à environ 10 h 45 m 45 s ± 36 s . [88] [89] Une estimation de la rotation de Saturne (en tant que taux de rotation indiqué pour Saturne dans son ensemble) basée sur une compilation de diverses mesures des sondes Cassini , Voyager et Pioneer est de 10 h 32 m 35 s . [90] Études de la planèteC Ring donne une période de rotation de 10 h 33 m 38 s + 1 min 52 s
– 1 min 19 s . [14] [15]
En mars 2007, il a été constaté que la variation des émissions radio de la planète ne correspondait pas au taux de rotation de Saturne. Cet écart peut être causé par l’activité des geysers sur la lune Encelade de Saturne . La vapeur d’eau émise dans l’orbite de Saturne par cette activité se charge et crée une traînée sur le champ magnétique de Saturne, ralentissant légèrement sa rotation par rapport à la rotation de la planète. [91] [92] [93]
Une bizarrerie apparente pour Saturne est qu’elle n’a pas d’ astéroïdes troyens connus . Ce sont des planètes mineures qui orbitent autour du Soleil aux points lagrangiens stables , désignés L 4 et L 5 , situés à des angles de 60° par rapport à la planète le long de son orbite. Des astéroïdes troyens ont été découverts pour Mars , Jupiter, Uranus et Neptune. On pense que les mécanismes de résonance orbitale , y compris la résonance séculaire , sont à l’origine des chevaux de Troie saturniens manquants. [94]
Satellites naturels
Un montage de Saturne et de ses principales lunes ( Dioné , Téthys , Mimas , Encelade , Rhéa et Titan ; Japet non représenté). Cette image a été créée à partir de photographies prises en novembre 1980 par le vaisseau spatial Voyager 1 .
Saturne a 83 lunes connues , [29] 53 dont ont des noms formels. [95] [96] En outre, il existe des preuves de dizaines à des centaines de moonlets avec des diamètres de 40 à 500 mètres dans les anneaux de Saturne, [97] qui ne sont pas considérés comme de vraies lunes. Titan , la plus grande lune, comprend plus de 90 % de la masse en orbite autour de Saturne, y compris les anneaux. [98] La deuxième plus grande lune de Saturne, Rhéa , peut avoir son propre système d’anneaux ténu , [99] avec une atmosphère ténue . [100] [101] [102]
Possible début d’une nouvelle lune (point blanc) de Saturne (image prise par Cassini le 15 avril 2013)
Beaucoup d’autres lunes sont petites : 34 ont moins de 10 km de diamètre et 14 autres entre 10 et 50 km de diamètre. [103] Traditionnellement, la plupart des lunes de Saturne ont été nommées d’après les Titans de la mythologie grecque. Titan est le seul satellite du système solaire avec une atmosphère majeure , [104] [105] dans laquelle se produit une chimie organique complexe . C’est le seul satellite avec des lacs d’hydrocarbures . [106] [107]
Le 6 juin 2013, des scientifiques de l’ IAA-CSIC ont signalé la détection d’ hydrocarbures aromatiques polycycliques dans la haute atmosphère de Titan, un possible précurseur de la vie . [108] Le 23 juin 2014, la NASA a affirmé avoir des preuves solides que l’azote dans l’atmosphère de Titan provenait de matériaux dans le nuage d’ Oort , associés à des comètes , et non des matériaux qui formaient Saturne à une époque antérieure. [109]
Encelade , la lune de Saturne , dont la composition chimique semble similaire aux comètes, [110] a souvent été considérée comme un habitat potentiel pour la vie microbienne . [111] [112] [113] [114] La preuve de cette possibilité inclut les particules riches en sel du satellite ayant une composition “semblable à l’océan” qui indique que la majeure partie de la glace expulsée d’Encelade provient de l’évaporation de l’eau salée liquide. [115] [116] [117] Un survol de Cassini en 2015 à travers un panache sur Encelade a trouvé la plupart des ingrédients pour soutenir les formes de vie qui vivent par méthanogenèse . [118]
En avril 2014, les scientifiques de la NASA ont signalé le début possible d’une nouvelle lune dans l’ anneau A , qui a été photographié par Cassini le 15 avril 2013. [119]
Anneaux planétaires
Les anneaux de Saturne (imagés ici par Cassini en 2007) sont les plus massifs et les plus visibles du système solaire. [45] Image UV en fausses couleurs des anneaux extérieurs B et A de Saturne ; les boucles plus sales dans la division Cassini et Encke Gap apparaissent en rouge.
Saturne est probablement mieux connue pour son système d’ anneaux planétaires qui la rend visuellement unique. [45] Les anneaux s’étendent de 6 630 à 120 700 kilomètres (4 120 à 75 000 mi) à l’extérieur de l’équateur de Saturne et ont une épaisseur moyenne d’environ 20 mètres (66 pieds). Ils sont composés principalement de glace d’eau, avec des traces d’impuretés de tholine et un revêtement poivré d’environ 7 % de carbone amorphe . [120] Les particules qui composent les anneaux varient en taille de grains de poussière jusqu’à 10 m. [121] Alors que les autres géantes gazeuses ont également des systèmes d’anneaux, celui de Saturne est le plus grand et le plus visible.
Il existe deux hypothèses principales concernant l’origine des anneaux. Une hypothèse est que les anneaux sont des restes d’une lune détruite de Saturne. La deuxième hypothèse est que les anneaux sont des restes du matériau nébulaire d’origine à partir duquel Saturne a été formé. Un peu de glace dans l’anneau E provient des geysers de la lune Encelade. [122] [123] [124] [125] L’abondance d’eau des anneaux varie radialement, l’anneau le plus externe A étant le plus pur dans l’eau glacée. Cette variance d’abondance peut s’expliquer par le bombardement météoritique. [126]
Au-delà des anneaux principaux, à une distance de 12 millions de km de la planète se trouve l’anneau clairsemé de Phoebe. Il est incliné à un angle de 27° par rapport aux autres anneaux et, comme Phoebe , orbite de façon rétrograde . [127]
Certaines des lunes de Saturne, dont Pandore et Prométhée , agissent comme des lunes de berger pour confiner les anneaux et les empêcher de s’étendre. [128] Pan et Atlas provoquent de faibles ondes de densité linéaires dans les anneaux de Saturne qui ont donné des calculs plus fiables de leurs masses. [129]
Histoire de l’observation et de l’exploration
L’observation et l’exploration de Saturne peuvent être divisées en trois phases. La première phase est constituée d’observations anciennes (comme à l’ œil nu ), avant l’invention des télescopes modernes . La deuxième phase a commencé au XVIIe siècle, avec des observations télescopiques depuis la Terre, qui se sont améliorées au fil du temps. La troisième phase est la visite des sondes spatiales , en orbite ou survolées . Au 21e siècle, les observations télescopiques se poursuivent depuis la Terre (y compris les observatoires en orbite terrestre comme le télescope spatial Hubble ) et, jusqu’à sa retraite en 2017 , depuis l’ orbiteur Cassini autour de Saturne.
Observations anciennes
Galileo Galilei a observé les anneaux de Saturne en 1610, mais n’a pas été en mesure de déterminer ce qu’ils étaient
Saturne est connu depuis les temps préhistoriques, [130] et au début de l’histoire enregistrée, c’était un personnage majeur dans diverses mythologies. Les astronomes babyloniens ont systématiquement observé et enregistré les mouvements de Saturne. [131] Dans le grec ancien, la planète était connue sous le nom de Φαίνων Phainon , [132] et à l’époque romaine, elle était connue sous le nom de “l’étoile de Saturne “. [133] Dans la mythologie romaine antique , la planète Phainon était sacrée pour ce dieu agricole, d’où la planète tire son nom moderne. [134] Les Romains considéraient le dieu Saturne comme l’équivalent du dieu grec Cronos; en grec moderne , la planète conserve le nom de Cronos — Κρόνος : Kronos . [135]
Le scientifique grec Ptolémée a basé ses calculs de l’orbite de Saturne sur des observations qu’il a faites alors qu’elle était en opposition . [136] Dans l’astrologie hindoue , il existe neuf objets astrologiques, connus sous le nom de Navagrahas . Saturne est connu sous le nom de ” Shani ” et juge tout le monde sur la base des bonnes et mauvaises actions accomplies dans la vie. [134] [136] La culture chinoise et japonaise ancienne a désigné la planète Saturne comme “l’étoile de la terre” (土星). Ceci était basé sur les cinq éléments qui étaient traditionnellement utilisés pour classer les éléments naturels. [137] [138] [139]
En hébreu ancien , Saturne est appelé “Shabbatai”. [140] Son ange est Cassiel . Son intelligence ou esprit bénéfique est ‘Agȋȇl ( hébreu : אגיאל , romanisé : ʿAgyal ), [141] et son esprit plus sombre ( démon ) est Zȃzȇl ( hébreu : זאזל , romanisé : Zazl ). [141] [142] [143] Zazel a été décrit comme un grand ange , invoqué dans la magie salomonienne , qui est “efficace dansconjurations d’amour “. [144] [145] En turc ottoman , en ourdou et en malais , le nom de Zazel est ‘Zuhal’, dérivé de la langue arabe ( arabe : زحل , romanisé : Zuhal ). [142]
Observations européennes (XVIIe-XIXe siècles)
Robert Hooke a noté les ombres ( a et b ) projetées à la fois par le globe et les anneaux l’un sur l’autre dans ce dessin de Saturne en 1666.
Les anneaux de Saturne nécessitent au moins un télescope de 15 mm de diamètre [146] pour se résoudre et n’étaient donc pas connus jusqu’à ce que Christiaan Huygens les voie en 1655 et publie à ce sujet en 1659. Galilée , avec son télescope primitif en 1610, [147] [148] pensait à tort que Saturne n’apparaissait pas tout à fait rond comme deux lunes sur les côtés de Saturne. [149] [150] Ce n’est que lorsque Huygens a utilisé un plus grand grossissement télescopique que cette notion a été réfutée, et les anneaux ont été vraiment vus pour la première fois. Huygens a également découvert Titan, la lune de Saturne ; Giovanni Domenico Cassini découvrit plus tard quatre autres lunes : Japet , Rhéa, Téthys et Dioné . En 1675, Cassini découvrit la brèche maintenant connue sous le nom de Division Cassini . [151]
Aucune autre découverte importante n’a été faite jusqu’en 1789, lorsque William Herschel a découvert deux autres lunes, Mimas et Encelade . Le satellite Hypérion de forme irrégulière , qui a une résonance avec Titan, a été découvert en 1848 par une équipe britannique. [152]
En 1899 , William Henry Pickering découvrit Phoebe, un satellite très irrégulier qui ne tourne pas de manière synchrone avec Saturne comme le font les plus grosses lunes. [152] Phoebe a été le premier satellite de ce type trouvé et il faut plus d’un an pour orbiter autour de Saturne sur une orbite rétrograde . Au début du XXe siècle, les recherches sur Titan ont permis de confirmer en 1944 qu’il avait une atmosphère épaisse – une caractéristique unique parmi les lunes du système solaire. [153]
Sondes modernes de la NASA et de l’ESA
Survol de Pioneer 11 Image Pioneer 11 de Saturne
Pioneer 11 a effectué le premier survol de Saturne en septembre 1979, lorsqu’il est passé à moins de 20 000 km du sommet des nuages de la planète. Des images ont été prises de la planète et de quelques-unes de ses lunes, bien que leur résolution soit trop faible pour discerner les détails de la surface. Le vaisseau spatial a également étudié les anneaux de Saturne, révélant le mince anneau F et le fait que les espaces sombres dans les anneaux sont brillants lorsqu’ils sont vus à un angle de phase élevé (vers le Soleil), ce qui signifie qu’ils contiennent un matériau fin diffusant la lumière. De plus, Pioneer 11 a mesuré la température de Titan. [154]
Survols du Voyager
En novembre 1980, la sonde Voyager 1 visite le système Saturn. Il a renvoyé les premières images haute résolution de la planète, de ses anneaux et de ses satellites. Les caractéristiques de surface de diverses lunes ont été vues pour la première fois. Voyager 1 a effectué un survol rapproché de Titan, augmentant les connaissances sur l’atmosphère de la lune. Il a prouvé que l’atmosphère de Titan est impénétrable dans les longueurs d’onde visibles ; par conséquent, aucun détail de surface n’a été vu. Le survol a changé la trajectoire du vaisseau spatial par rapport au plan du système solaire. [155]
Près d’un an plus tard, en août 1981, Voyager 2 poursuit l’étude du système Saturne. Des images plus rapprochées des lunes de Saturne ont été acquises, ainsi que des preuves de changements dans l’atmosphère et les anneaux. Malheureusement, pendant le survol, la plate-forme de caméra rotative de la sonde est restée bloquée pendant quelques jours et certaines images prévues ont été perdues. La gravité de Saturne a été utilisée pour diriger la trajectoire du vaisseau spatial vers Uranus. [155]
Les sondes ont découvert et confirmé plusieurs nouveaux satellites en orbite près ou à l’intérieur des anneaux de la planète, ainsi que le petit Maxwell Gap (un espace dans l’ anneau C ) et l’espace Keeler (un espace de 42 km de large dans l’ anneau A ).
Vaisseau spatial Cassini-Huygens
La sonde spatiale Cassini-Huygens est entrée en orbite autour de Saturne le 1er juillet 2004. En juin 2004, elle a effectué un survol rapproché de Phoebe , renvoyant des images et des données haute résolution. Le survol de Cassini de la plus grande lune de Saturne, Titan, a capturé des images radar de grands lacs et de leurs côtes avec de nombreuses îles et montagnes. L’orbiteur a effectué deux survols de Titan avant de relâcher la sonde Huygens le 25 décembre 2004. Huygens est descendu à la surface de Titan le 14 janvier 2005. [156]
Début 2005, les scientifiques ont utilisé Cassini pour suivre la foudre sur Saturne. La puissance de la foudre est environ 1 000 fois celle de la foudre sur Terre. [157]
Au pôle sud d’Encelade, des geysers pulvérisent de l’eau à partir de nombreux endroits le long des rayures de tigre . [158]
En 2006, la NASA a rapporté que Cassini avait trouvé des preuves de réservoirs d’eau liquide pas plus de dizaines de mètres sous la surface qui éclatent dans des geysers sur la lune Encelade de Saturne . Ces jets de particules glacées sont émis en orbite autour de Saturne à partir d’évents dans la région polaire sud de la lune. [159] Plus de 100 geysers ont été identifiés sur Encelade. [158] En mai 2011, les scientifiques de la NASA ont rapporté qu’Encelade “est en train de devenir l’endroit le plus habitable au-delà de la Terre dans le système solaire pour la vie telle que nous la connaissons”. [160] [161]
Les photographies de Cassini ont révélé un anneau planétaire non découvert auparavant, à l’extérieur des anneaux principaux plus brillants de Saturne et à l’intérieur des anneaux G et E. La source de cet anneau est supposée être le crash d’un météoroïde au large de Janus et d’ Epiméthée . [162] En juillet 2006, des images ont été renvoyées de lacs d’hydrocarbures près du pôle nord de Titan, dont la présence a été confirmée en janvier 2007. En mars 2007, des mers d’hydrocarbures ont été trouvées près du pôle Nord, dont la plus grande a presque la taille de la mer Caspienne . [163] En octobre 2006, la sonde a détecté une tempête semblable à un cyclone de 8 000 km de diamètre avec un Mur oculaire au pôle sud de Saturne. [164]
De 2004 au 2 novembre 2009, la sonde a découvert et confirmé huit nouveaux satellites. [165] En avril 2013 , Cassini a renvoyé des images d’un Ouragan au pôle nord de la planète 20 fois plus gros que ceux trouvés sur Terre, avec des vents plus rapides que 530 km/h (330 mph). [166] Le 15 septembre 2017, le vaisseau spatial Cassini-Huygens a effectué la “Grande Finale” de sa mission : un certain nombre de passages à travers des interstices entre Saturne et les anneaux intérieurs de Saturne. [167] [168] L’ entrée atmosphérique de Cassini a mis fin à la mission.
Missions futures possibles
L’exploration continue de Saturne est toujours considérée comme une option viable pour la NASA dans le cadre de son programme de missions New Frontiers en cours. La NASA a précédemment demandé que des plans soient proposés pour une mission à Saturne qui comprenait la sonde d’entrée atmosphérique de Saturne , et d’éventuelles enquêtes sur l’habitabilité et la découverte possible de la vie sur les lunes de Saturne Titan et Encelade par Dragonfly . [169] [170]
Observation
Vue télescopique amateur de Saturne
Saturne est la plus éloignée des cinq planètes facilement visibles à l’œil nu depuis la Terre, les quatre autres étant Mercure , Vénus , Mars et Jupiter. (Uranus, et parfois 4 Vesta , sont visibles à l’œil nu dans le ciel sombre.) Saturne apparaît à l’œil nu dans le ciel nocturne comme un point de lumière brillant et jaunâtre. La magnitude apparente moyenne de Saturne est de 0,46 avec un écart type de 0,34. [18] La majeure partie de la variation de magnitude est due à l’inclinaison du système d’anneaux par rapport au Soleil et à la Terre. La magnitude la plus brillante, -0,55, se produit près du moment où le plan des anneaux est le plus incliné, et la magnitude la plus faible, 1,17, se produit à peu près au moment où ils sont le moins inclinés.[18] Il faut environ 29,5 ans pour que la planète complète un circuit complet de l’ écliptique sur fond de constellations du zodiaque . La plupart des gens auront besoin d’une aide optique (de très grandes jumelles ou un petit télescope) qui grossit au moins 30 fois pour obtenir une image des anneaux de Saturne dans laquelle une résolution claire est présente. [45] [146] Lorsque la Terre traverse le plan des anneaux, ce qui se produit deux fois par année saturnienne (environ toutes les 15 années terrestres), les anneaux disparaissent brièvement de la vue parce qu’ils sont si fins. Une telle “disparition” se produira ensuite en 2025, mais Saturne sera trop proche du Soleil pour des observations. [171]
Apparition simulée de Saturne vue de la Terre (en opposition) pendant une orbite de Saturne, 2001-2029 Saturne éclipse le Soleil, vu de Cassini . Les anneaux sont visibles, y compris l’anneau F.
Saturne et ses anneaux sont mieux vus lorsque la planète est en opposition ou proche de celle- ci, la configuration d’une planète lorsqu’elle est à un allongement de 180°, et apparaît donc à l’opposé du Soleil dans le ciel. Une opposition saturnienne se produit chaque année – environ tous les 378 jours – et fait que la planète apparaît à son plus brillant. La Terre et Saturne orbitent toutes deux autour du Soleil sur des orbites excentriques, ce qui signifie que leurs distances par rapport au Soleil varient dans le temps, et donc leurs distances l’une par rapport à l’autre, faisant ainsi varier la luminosité de Saturne d’une opposition à l’autre. Saturne apparaît également plus brillante lorsque les anneaux sont inclinés de manière à être plus visibles. Par exemple, lors de l’opposition du 17 décembre 2002, Saturne est apparue à son apogée grâce à une orientation favorable de ses anneauxpar rapport à la Terre, [172] même si Saturne était plus proche de la Terre et du Soleil fin 2003. [172]
HST Portrait de Saturne du 20 juin 2019
De temps en temps, Saturne est occulté par la Lune (c’est-à-dire que la Lune recouvre Saturne dans le ciel). Comme pour toutes les planètes du système solaire, les occultations de Saturne se produisent en “saisons”. Les occultations saturniennes auront lieu tous les mois pendant une période d’environ 12 mois, suivies d’une période d’environ cinq ans au cours de laquelle aucune activité de ce type n’est enregistrée. L’orbite de la Lune est inclinée de plusieurs degrés par rapport à celle de Saturne, de sorte que les occultations ne se produiront que lorsque Saturne est proche de l’un des points du ciel où les deux plans se croisent (à la fois la durée de l’année de Saturne et la période de précession nodale de 18,6 années terrestres de l’orbite de la Lune influence la périodicité). [173]
Adieu à Saturne et aux lunes ( Encelade , Epiméthée , Janus , Mimas , Pandore et Prométhée ), par Cassini (21 novembre 2017).
Remarques
- ^ a b c d e f g h Fait référence au niveau de 1 bar de pression atmosphérique
- ^ Basé sur le volume dans le niveau de 1 bar de pression atmosphérique
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Lectures complémentaires
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- Lovett, L.; et coll. (2006). Saturne : une nouvelle vue . Harry N. Abrams. ISBN 978-0-8109-3090-2.
- Karttunen, H.; et coll. (2007). Astronomie fondamentale (5e éd.). Springer. ISBN 978-3-540-34143-7.
- Seidelmann, P. Kenneth; et coll. (2007). “Rapport du groupe de travail IAU / IAG sur les coordonnées cartographiques et les éléments de rotation: 2006” . Mécanique Céleste et Astronomie Dynamique . 98 (3): 155–180. Bibcode : 2007CeMDA..98..155S . doi : 10.1007/s10569-007-9072-y .
- de Pater, Imke; En ligneLissauer, Jack J. (2015). Sciences planétaires (2e éd. Mise à jour). La presse de l’Universite de Cambridge. p. 250. ISBN 978-0-521-85371-2.
Voir également
- Statistiques des planètes du système solaire
Liens externes
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- Aperçu de Saturne par la direction des missions scientifiques de la NASA
- Fiche d’information sur Saturne dans les archives coordonnées des données scientifiques spatiales de la NASA
- Terminologie du système saturnien par l’IAU Gazetteer of Planetary Nomenclature
- Site Web sur l’héritage de Cassini-Huygens par le Jet Propulsion Laboratory
- Saturne sur SolarViews.com
- Simulation gravimétrique 3D interactive du système Cronien Archivé le 17 août 2020 sur la Wayback Machine
Portails : Étoiles Vol spatial Cosmos