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       - Saturne, l'année dernière…  
    Hors série - Science & Vie - 1996-09-01      
    En 1995, pendant trois jours, Saturne s'est présentée aux observateurs terrestres sans ses anneaux. Les astronomes du monde entier en ont profité pour l'examiner de plus près …  
    Pour Saturne, 1995 et 1996 auront été des années "sans". La planète s'est retrouvée privée d'anneaux trois jours durant, du moins en apparence, comme cela lui arrive une fois tous les 15 ans, lorsque la Terre passe par le plan desdits anneaux (qui se comptent par milliers).  
    Esclave des caprices de la mécanique céleste, le bel astre exhibe plus ou moins ses parures de roches et de particules enchâssées dans la glace. Tantôt, il les ouvre grand, donnant â admirer sa collection de disques, tantôt il les resserre, pour n'en montrer que la tranche.  
    Quand les astronomes ont vu la planète nue, ils ont profité de cette situation exceptionnelle pour surveiller étroitement la pléthore de ses satellites. Lorsqu'on se trouve dans leur plan orbital (en l'occurrence celui des anneaux), ces derniers exécutent une éblouissante chorégraphie, s'occultant mutuellement et s'éclipsant discrètement dans le cône d'ombre de la planète. Les faibles (Prométhée, Epiméthée, Janus, Pandore, Télesto, Calypso, Hélène), comme les brillants (Mimas, Encelade, Téthys, Dioné, Rhéa, Titan, Hypérion et Japet), en tourbillonnant chacun â son rythme, participent â la ronde.  
    Pour contempler ce spectacle rare, un réseau international d'observateurs professionnels et amateurs s'est donc constitué. Une quarantaine de sites ont été mobilisés de par le monde, de la Roumanie aux Canaries, du Chili au Japon , de la Belgique au Canada, des Pays-Bas aux Etats-Unis, en passant par le Pic du midi, Rio de Janeiro, les Abruzes …  
    Orchestrée par un trio de chercheurs du Bureau des Longitudes de Paris, Jean-Eudes Arlot, William Thuillot et Pascal Descamps, la campagne PHESAT 95 a permis d'engranger une moisson de données inédites. Une centaine de mesures ont pu être effectuées.  
    Le dépouillement vient de commencer et devrait se poursuivre pendant trois à cinq ans. "Si, à l'arrivée, il en reste trente de bonnes, nous aurons de la chance", affirme Jean-Eudes Arlot, lui-même très mesuré. Les résultats de ces observations, réalisées de concert, au dixième de seconde près, sont d'autant plus attendus que, par le passé, les astronomes, ennuyés par les anneaux, avaient quelque peu négligé la danse rythmée des satellites.  
    De fait, ces magnifiques ceintures cosmiques sont perturbantes. Observées pour la première fois en 1610 par Galilée (dont la lunette primitive leur donnait une allure de noeud papillon), puis étudiées par Huygens, Laplace, Maxwell et Poincaré, enfin photographiées par les sondes Voyager en novembre 1980 et août 1981, elles se sont révélées d'une redoutable complexité et d'une très grande finesse. Une finesse que les mesures viennent de confirmer.  
    La campagne PHESAT 95 a également permis d'apporter un éclairage nouveau sur les ceintures qui enserrent la lourde taille de la sixième planète. Celles-ci, on le sait depuis le début des années 1980, ne sont pas constituées de larges zones homogènes. Elles se composent de milliers de fins anneaux de toutes les formes torsadés, ondulés, bien découpés â bords lisses … Au total, plus de 10'000 éléments, donnant â l'ensemble de vagues airs de 33 tours rayé, entre les sillons duquel se faufilent de minuscules satellites "gardiens".  
    Quinze ans après le survol de Voyager, les astronomes se demandent toujours comment tout cela tient. Un casse-tête d'autant plus obsessionnel qu'en bordure du disque, ils avaient également observé des lunes dont ils perdaient étrangement la trace. Le mystère vient d'être éclairci : une équipe de l'observatoire de Meudon a démontré qu'il s'agissait non de corps bien formés mais d'agrégats de poussières qui se dissipent et se reforment dans l'espace. En bref, de "faux" satellites.  
    L'épaisseur optique des anneaux s'étant trouvée momentanément augmentée, on a pu mesurer leur orientation et leur mouvement de précession, et en savoir un peu plus sur les anneaux F, G, et E fort mal connus.  
    Quand la Terre et le Soleil se sont retrouvés de part et d'autre du plan du disque, les chercheurs ont également pu étudier la transmission lumineuse â travers cinq autres structures : l'anneau A, qui brille par son éclat, son voisin B, encore plus lumineux, très dense et opaque sur les bords, l'â peine visible C, la sombre division de Cassini et celle, â peine plus claire, de Encke. Un stratagème qui permettra peut-être, dans les mois â venir, de connaître la nature des particules entrant dans leur composition, et de comprendre l'origine de leur différence.  
    Rien de neuf à attendre de PHESAT 95, en revanche, sur la tache brune que Saturne porte au-dessus de la ceinture, tatouage nuageux qui excite les imaginations. Sans doute un problème d'atmosphère … Mais l'étude de l'atmosphère n'était pas inscrite au programme de la campagne.  
    Nous aurions pu profiter des éclipses des satellites par Saturne pour essayer de tirer des informations sur son atmosphère, mais cela demande beaucoup de travail, sans garantie de résultat, plaide Jean- Eudes Arlot. Le ressort de la dynamique des nuages reste à éclaircir.  
    Tout compte fait, on ne sait que peu de choses sur l'intimité physique de Saturne. Un cour de roc soigneusement enfoui sous des tonnes de gaz, qui tourne rapidement sur lui-même, accomplissant une révolution toutes les dix heures. Sa densité est inférieure à celle de l'eau : il flotterait si on le plongeait dans une bassine d'eau à sa taille. Le mouvement de rotation écrase ses pôles au point de rendre son rayon polaire inférieur de 9,6% à son rayon équatorial. Le télescope Hubble, remis de sa myopie, a livré son lot de clichés chocs sur ces extrémités déformées.  
    En juin 1992, l'engin volant photographiait le pôle magnétique Nord dans l'ultraviolet roche à l'aide de la FOC (Faint Object Camera) européenne. L'image traitée numériquement dévoila un cercle sombre, analogue à celui que l'on observe sur les clichés de Terre vue de l'espace à la saison des aurores boréales et australes. Preuve que Saturne en a aussi.  
    Des particules chargées issues de la magnétosphère glissent alors le long de son puissant champ magnétique. Elles descendent dans son atmosphère au niveau des pôles, provoquant des cascades de réactions chimiques. Une manifestation qui a fait couler beaucoup d'encre, dont celle - lyrique - de Lofti Ben Jaffel. Ce chercheur de l'Institut d'astrophysique de Paris décrivait la "belle", surprise par Hubble, comme étant parée "d'une collection de diamants étincelants autour de la tête et des pieds"  
    Si la littérature consacrée à Saturne observe une réserve pudique sur les ballets rose orangé des satellites, c'est uniquement faute de données. Entre 1906 et 1977, on ne recense que 24 observations d'éclipses de satellites exploitables. Les précédentes - en nombre équivalent - sont trop imprécises pour fournir des informations autorisant des comparaisons avec la théorie.  
    La campagne PHESAT 95, dont le mot d'ordre était "précision", va combler ce vide. "Nous avons fait des observations dans plusieurs longueurs d'ondes, non seulement dans l'IR (infrarouge), mais aussi dans le R (en gros, une bande du spectre solaire correspondant au rouge) et dans l'I (très proche infrarouge)", explique Jean-Eudes Arlot. Les satellites n'émettant pas de lumière propre, mais se contentant de réfléchir celle du Soleil, il a fallu choisir les plus accessibles parmi les longueurs d'ondes émises par l'étoile. "Nous avons opte pour les bandes I et R parce que les caméras C.D.D y sont très sensibles", justifie l'astronome du Bureau des longitudes.  
    Le 19 novembre 1995, le Soleil traversa le plan des anneaux, comme la Terre l'avait fait à deux reprises, les 21 mai et 11 août, et comme elle s'apprêtait à le refaire le 11 février 1996. Autour de ces dates, l'éclat des anneaux faiblissant, les chercheurs ont accentué leurs efforts. Ils ont saisi l'occasion pour focaliser leur attention sur les divers satellites de la planète.  
    Nous nous sommes intéressés à l'aspect physique et dynamique de ces corps, à peine plus petits que la Lune et bien ronds, poursuit l'homme du Bureau des longitudes, Bureau qui, à 201 ans, a décidé de se diversifier en touchant non seulement à la mécanique céleste, mais aussi aux mathématiques, à l'astrométrie et à la planétologie. "Jusqu'ici, nous ne disposions sur ces objets que de données dont la précision était de l'ordre de 1'000 kilomètres. Grâce à notre campagne, nous pourrons ramener l'imprécision à quelque cinquante kilomètres."  
    Ces progrès permettront de savoir si ces satellites évoluent dans un environnement perturbateur. "Il semble que Mimas soit gêné dans ses mouvements par des particules provenant des anneaux ou par des effets de marée. Les observations de PHESAT 95 devraient permettre de quant,fier ces effets", avance prudemment Jean-Eudes Arlot.  
    Durant l'absence des anneaux, non seulement les travaux ont continué, mais ils ont même accéléré. Un à un, les satellites se sont éclipsés, s'engouffrant dans le cône d'ombre de la planète et se masquant les uns les autres. Les astronomes ont alors multiplié les mesures photométriques.  
    Avant même le début de la campagne, prévoyants, ils avaient calculé qu'entre 1992 et 1999, Mimas se cacherait 325 fois derrière la planète. Ils savaient que les autres gros satellites participeraient à la même partie de "cache-cache" cosmique avec plus ou moins d'enthousiasme, Encélade s'effaçant 272 fois, Téthys 261, Dioné 122, Rhéa 72, Titan 12 et Hypérion 10. Seul Japet a boudé, en raison de l'inclinaison de son orbite sur l'équateur de Saturne. En fait très décalé, il s'adonne au même petit jeu, mais pas au même moment.  
    Or, ce n'est qu'entre 1995 et 1996 qu'on a pu voir les différents satellites disparaître dans le dos de la planète. Et encore, les éclipses ne furent pas spectaculaires. "Aucune commune mesure avec ce qu'on a pu observer sur Jupiter", déplore Jean-Eudes Arlot.  
    Saturne possède comme Jupiter un satellite susceptible de receler du volcanisme, Dioné, dont les traînées blanches ne lassent pas d'intriguer. "On peut se demander si ces marques sont liées à des problèmes internes ou externes, autrement dit à du volcanisme ou des bombardements météoritiques". L'analyse au micron près des grains présents à la surface, grâce à PHESAT 95, devrait éclairer les planétologues. Le restant de la manne céleste leur permettra peut-être de répondre à la question clé le système saturnien est-il stable ou va-t-il évoluer ?  
    Un travail de longue haleine, répète Jean-Eudes Arlot, en précisant que les toutes dernières mesures ont été effectuées en juin. Nous sommes passés trois fois dans le plan des anneaux, mais maintenant on s'en éloigne, conclut-il presque nostalgique, en attendant 2011, date de son prochain rendez-vous avec les satellites de Saturne. La mission Cassini-Huygens, dont le départ est programmé en 1997, arrivera sur place en 2003.  
                  
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