Saturn planet large

LE 17.11.2019: Actualité de la météo,de l'astronomie et de la science/ Les petites merveilles de Saturne.

Les petites merveilles de Saturne.

Connu pour ses anneaux, le système Saturn abrite également certaines des lunes les plus intrigantes de notre système solaire.

Par Francis Reddy  | Publié: Jeudi, 1 août 2019

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Cassini a pris cette mosaïque de Saturne le 21 octobre 2013.

NASA / JPL-Caltech

Les bonbons pour les yeux ne manquent pas chez Saturne. Pour les visiteurs qui en ont assez de regarder l'atmosphère orageuse de la planète ou de contempler le système de bague le plus beau et le plus complexe du système solaire, il y a toujours le satellite géant Titan à explorer. Cette lune colossale est plus grosse que Mercure et arbore une atmosphère orange trouble plus dense que celle de la Terre, produisant des pluies de méthane qui traversent le paysage glacé de Titan et se déversent dans de vastes lacs.

Mais regarde encore. Même les petites lunes de Saturne affichent des relations dynamiques inhabituelles. Par exemple, Pan et Daphnis résident respectivement dans les anneaux des anneaux d’Encke et de Keeler, où leur gravité fronce la limite de l’anneau et balaie les particules pour que l’écart reste libre. Il y a Janus et Epiméthée, dont les différences orbitales sont plus petites que leurs diamètres, elles devraient donc entrer en collision, mais ne le faites pas. Au lieu de cela, ces lunes «co-orbitantes» jouent efficacement le saute-mouton, échangeant des orbites sur un cycle de quatre ans.

D'autres petits satellites gravitent autour des zones de sécurité gravitationnelles - appelées points lagrangiens - des lunes de taille moyenne Dione et Tethys. Les points lagrangiens sont des emplacements situés à 60 ° devant et derrière l'orbite d'un objet plus grand, où un corps moins massif peut se déplacer sur une orbite stable identique. Dione voyage avec Helene et Polydeuces, tandis que Telesto et Calypso orbitent avec Tethys - un arrangement jamais vu auparavant parmi les autres lunes du système solaire.

Et ce n'est que pour commencer. «Le système Saturne est plein de surprises», déclare Paul Schenk, géologue planétaire au Lunar and Planetary Institute de Houston. Il y a un satellite qui a probablement pris naissance dans la ceinture de Kuiper, le dépôt de corps glacés au-delà de l'orbite de Neptune; une lune piebald presque entourée par une crête équatoriale contenant certaines des plus hautes montagnes du système solaire; un satellite culbutant d'aspect spongieux; et une lune qui vent sa mer souterraine dans l'espace, offrant aux scientifiques un créneau potentiel inattendu pour la vie extraterrestre.

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La mission Cassini de la NASA a pris des images lorsque la sonde a approché (à gauche) et a quitté (à droite) la lune Phoebe de Saturne au cours de son seul survol rapproché du satellite. Cassini a dépassé la surface le 2 juin 2004 (2 068 km) (2 068 km). On pense que Phoebe est un centaure qui aurait pu devenir une comète de la famille Jupiter si Saturne ne l'avait pas capturée.

La lune venue du froid

Phoebe a été découverte en 1899 et est le premier satellite découvert par photographie. La sonde Cassini de la NASA a effectué son seul survol rapproché de la lune lointaine le 11 juin 2004, environ trois semaines avant de ralentir pour entrer en orbite autour de la planète. Phoebe mesure à peu près un seizième de la taille de notre lune. Sa surface fortement cratérisée est pour la plupart sombre comme de la suie, sans aucun signe de resurfaçage en raison de l'activité géologique. Mais les falaises lumineuses sur les bords des plus grands cratères, ainsi que les rayons lumineux qui s'étendent des plus petits, révèlent la glace sous une couche de matériau sombre atteignant environ 1 600 pieds (490 mètres) de profondeur. Des télescopes au sol ont détecté la présence d'eau gelée et les instruments de Cassini ont également montré la présence de dioxyde de carbone (neige carbonique) et de matière organique congelés.

Phoebe tourne dans la direction opposée à celle de Saturne, sur un chemin à la fois plus excentrique et plus incliné que les lunes intérieures de la planète. Sur la base de ces caractéristiques orbitales, les astronomes ont longtemps suspecté Phoebe d’être un intrus pris au piège de la gravité de la planète, plutôt qu’un natif du système de Saturne. La composition chimique de Phoebe ressemble aux astéroïdes de type C que l'on trouve couramment dans les régions les plus éloignées de la ceinture principale d'astéroïdes, tandis que sa densité suggère un mélange de roches glaciaires semblable au triton de Neptune (Lune) et à Pluton. 

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Phoebe aurait pu être un centaure. Les centaures sont des corps ressemblant à des comètes qui suivent des orbites traversant les planètes entre Jupiter et Neptune. Les interactions gravitationnelles avec les planètes géantes finiront par déstabiliser leurs orbites. On pense que les centaures sont originaires de la ceinture de Kuiper et que leurs orbites actuelles ont été perturbées par Neptune. Une fois qu'ils commencent à traverser les orbites des planètes géantes, les centaures peuvent entrer en collision avec eux ou être capturés par eux, être projetés hors du système solaire ou être redirigés par Jupiter sur des orbites les amenant beaucoup plus près du Soleil, où ils deviennent des comètes de la famille Jupiter. . L'idée que Phoebe ait pu être un centaure avant d'être capturé par Saturne est cohérente avec sa composition en surface, mais il est difficile d'en dire plus avec les observations disponibles.

En 2009, des observations infrarouges effectuées par le télescope spatial Spitzer de la NASA ont montré que Phoebe résidait dans un anneau minuscule surdimensionné de glace et de particules de poussière jusque-là non détecté. "Si vous pouviez voir l'anneau, il couvrirait la largeur de deux Full Moon, une de chaque côté de Saturne", explique Anne Verbiscer, astronome à l'université de Virginie à Charlottesville, qui a dirigé les recherches. Une étude de 2015 utilisant les données de la NASA Wide Explorer Field Survey Explorer a révélé que cette couronne d'anneaux s'étend encore plus loin, démarrant à 5,9 millions de km de la planète et atteignant au moins 16 millions de km. Phoebe éjecte régulièrement de la poussière qui maintient l'anneau, tandis que les particules de moins de quelques centimètres migrent progressivement vers l'intérieur.

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Une noix et un gobelet

En 1671, l'astronome italien Giovanni Domenico Cassini découvrit Iapetus, la prochaine lune de Saturne alors que nous nous approchions de Phoebe. Il remarqua que lorsque Napape était d'un côté de Saturne, il était très brillant, mais de l'autre côté, il avait presque disparu de la vue. Il a correctement proposé que Iapetus soit verrouillé au point de vue des liens, ce qui signifie qu'il tourne toujours le même visage vers Saturne, de la même manière que notre lune est vers la Terre, et que l'hémisphère centré sur la direction du mouvement est recouvert d'un matériau sombre. Les scientifiques planétaires ont ensuite nommé cette caractéristique sombre Cassini Regio en son honneur, ainsi que la mission Cassini.

D'une longueur de 1 492 km, Iapetus est la troisième plus grande lune de Saturne et le seul grand satellite de la planète sur une orbite très inclinée, qui entraîne la lune dans la même direction que celle de Phoebe. Parmi les lunes du système solaire qui présentent une rotation bloquée, Iapetus est de loin la plus éloignée de sa planète. La densité de la lune n'est que légèrement supérieure à celle de l'eau gelée, ce qui indique que la roche ne représente peut-être qu'un quart de sa composition.

Alors que Iapetus fait le tour de Saturne, la poussière qui migre dans le sens opposé de l'anneau Phoebe se répand sur Cassini Regio comme des insectes sur un pare-brise, mais la forme de la tache sombre ne peut pas être entièrement expliquée par cette simple accumulation de matériau. D'une part, le côté sombre de Iapetus est beaucoup plus rouge que Phoebe.

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En 2010, John Spencer du Southwest Research Institute de Boulder au Colorado et Tilmann Denk de l'Université libre de Berlin ont proposé que les dépôts sombres, reflétant aussi peu de lumière solaire que l'asphalte frais, réchauffent l'hémisphère principal juste assez pour que les molécules de glace sublimer, se tournant directement vers un gaz. Ces molécules migrent de l'hémisphère chaud le plus chaud vers l'hémisphère arrière plus froid, où elles gèlent à nouveau à la surface. La lenteur de rotation de Iapetus produit des températures diurnes exceptionnellement élevées et des taux de sublimation de la glace d’eau pour un facteur de réflexion donné. Ainsi, une fois que cette migration thermique a commencé (grâce aux dépôts initiaux de Phoebe), elle peut être maintenue. Lorsque la glace de surface quitte Cassini Regio, il reste un résidu d’Iapetus mélangé à du matériel de l’anneau Phoebe.

À la veille du Nouvel An 2004, la sonde Cassini a approché Iapetus pour la première fois et les scientifiques planétaires ont été captivés par les images qu’ils ont renvoyées.

Le corps fortement creusé de cratères présentait de nombreux grands bassins d'impact - le plus grand du système de Saturne -, mais sa caractéristique remarquable était une arête évidente courant presque exactement le long de l'équateur, donnant à la lune glacée l'aspect d'une noix. La crête s'étend sur 1 300 km et traverse complètement Cassini Regio. À certains endroits, il perce des sommets isolés pouvant atteindre 19 km, rivalisant avec le volcan géant martien Olympus Mons, mais situé dans un monde cinq fois plus petit.

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Cette vue colorée de la lune de Saturne, Hyperion, reproduite par Cassini en 2005, révèle des détails précis à la surface de l'étrange surface de la lune. La teinte naturellement rougeâtre de l'Hyperion a été réduite et les autres couleurs ont été accentuées pour mieux montrer les variations de couleur subtiles sur la surface. La faible densité et la faible gravité de l’Hyperion se combinent pour préserver les formes originales de ses cratères. Les impacts tendent à comprimer la surface poreuse au lieu de la faire exploser et le peu d’éjecta produit est plus susceptible de quitter la lune que de recouvrir les anciens cratères.

NASA / JPL-Caltech / Institut des sciences spatiales

Il n’ya rien de pareil ailleurs dans le système solaire et une explication tout à fait satisfaisante de son origine échappe aux scientifiques. A-t-il éclaté ou a-t-il poussé de l'intérieur, alors que Iapetus était jeune et que son intérieur était encore chaud? Ou bien s'agit-il des restes acculés d'un anneau qui ont été provoqués par un impact ou qui se sont formés lorsqu'un petit satellite est passé trop près et a été écrasé sous les marées de Iapetus?

Une étude menée en 2014 par Erica Lopez Garcia de la Brown University a examiné la topographie de la crête et a révélé des pentes à prédominance triangulaire, à l'instar de ce que l'on obtiendrait en versant lentement du sucre dans un tas, suggérant une source externe. Mais de nouveaux modèles explorant de possibles mécanismes de formation interne continuent à apparaître. "Je pense que plus de gens sont favorables à l'explication en anneau, mais le débat est toujours en cours", a déclaré Francis Nimmo, spécialiste en sciences planétaires à l'Université de Californie à Santa Cruz.

L'interprétation de l'anneau est étayée par des renflements équatoriaux sur d'autres lunes du système, notamment Atlas, Pan et Daphnis, qui accumulent des particules lors de leur orbite autour de l'anneau A de Saturne. Et puis il y a Rhea, la deuxième plus grande lune de Saturne, qui peut conserver ou non un anneau ténu aujourd'hui. «Sur Rhea, nous avons trouvé des points bleuâtres très inhabituels le long de son équateur, qui sont maintenant interprétés comme une preuve de la ré-accumulation d'un très fin anneau de débris entourant cette lune dans un passé pas si lointain», explique Schenk.

Hyperion, la plus grande lune de Saturne de forme irrégulière, se trouve à l’intérieur de Iapetus et mesure 360 ​​km sur 266 km. Un survol de Cassini en 2005 a révélé une apparence spongieuse bizarre, un seul cratère géant entouré d’une profusion de plus petits et environ la moitié de la densité moyenne de la glace pure et solide, l’un des matériaux les moins denses du système solaire extérieur. Cela signifie que Hyperion doit vraiment être une éponge, pleine de minuscules trous qui réduisent considérablement sa masse globale et sa gravité de surface. La fraction de pores élevée de Hyperion lui permet de préserver les anciens cratères, car les impacts les plus récents éjectent moins de débris pour les recouvrir.

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Mais la caractéristique la plus inhabituelle de la lune est sa rotation. La forme irrégulière de Hyperion, son orbite excentrique et sa proximité avec Titan, la grande lune de Saturne, créent des conditions qui l’extraient de toute sorte de rotation stable et l’empêchent même de se verrouiller étroitement sur Saturne. Sa période de rotation et la direction de son axe de rotation peuvent changer de façon imprévisible au fil des jours ou des semaines, alors que Hyperion s'écroule sur son orbite. Autrefois considéré comme unique, nous savons maintenant que le spin chaotique de Hyperion est partagé par au moins deux des lunes de Pluton, Nix et Hydra, grâce aux grands couples générés par Pluton et sa plus grande lune, Charon.

Blanche-neige

En 1981, Voyager 2 a photographié des parties d'Enceladus, une lune de taille moyenne, à haute résolution, révélant des creux, des escarpements, des groupes de crêtes et des plaines sans cratère - tous les types de terrain indiquant des forces internes avaient relativement modifié la surface de façon récente. «Nous savions qu'Enceladus avait quelque chose de spécial, car il reflète presque toute la lumière du soleil qui le frappe. Il y avait des marques indiquant une vie géologique active », explique Ed Stone, responsable scientifique du projet pour les missions Voyager. Cette diversité était surprenante pour un satellite de 504 km seulement, ce qui a amené certains à suggérer qu’Encelade avait besoin d’une source de chaleur interne de taille inattendue pour alimenter ces changements.

Peu de temps après le survol, les chercheurs ont remarqué qu'Enceladus gravitait autour du large anneau diffus de Saturne, qui s'étend de 211 000 km à 298 000 km (211 000 km) et s'épaississait à l'opposé de la lune. Les grains de glace dans l'anneau E ont des temps de survie limités en raison de collisions avec des ions de haute énergie piégés dans le champ magnétique rotatif de Saturne. Ce processus, appelé pulvérisation cathodique, élimine des grains de glace de la taille d'un micromètre en décennies et décompose des particules plus petites en quelques années seulement. Donc, pour que l’anneau E existe, un approvisionnement régulier de nouvelles céréales doit être éjecté d’Encelade. Au début des années 1980, plusieurs scientifiques ont suggéré que les impacts des météorites, des geysers ou des éruptions volcaniques soient des mécanismes d'éjection possibles, mais la question demeurait hypothétique.

«Avant Cassini, personne n'aurait imaginé la présence d'un océan sous la surface d'Encelade», déclare Nimmo. «Je pense que la récente éruption de geysers a été l’une des plus grandes surprises de la science planétaire.»

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Des arcs rougeâtres inhabituels traversent la surface de la Téthys, la lune riche en glace de Saturne, dans cette mosaïque aux couleurs éclatantes. Les arcs ne font que quelques kilomètres de large mais s'étendent sur plusieurs centaines de kilomètres. Parmi les traits les plus étrangement colorés des lunes vues par Cassini, leur origine reste un mystère.

NASA / JPL-Caltech / Institut des sciences de l'espace / Paul Schenk, Institut lunaire et planétaire

Les observations de Cassini en 2005 ont révélé qu'Enceladus était l'un des corps les plus extraordinaires du système solaire. Au pôle sud de la Lune, quatre tranchées chaudes et à peu près parallèles, surnommées les «rayures du tigre», jaillissent de panaches de vapeur d'eau, d'hydrogène et d'hydrocarbures qui se renforcent et s'affaiblissent régulièrement lorsque Encelade tourne autour de Saturne. «Le mécanisme d'éruption est compris, du moins dans ses grandes lignes», explique Nimmo. «Les bandes de tigre semblent être des fissures remplies d’eau, reliées à un océan situé au-dessous, qui ouvrent et ferment toutes les orbites sous l’influence des marées.» L’eau exposée au vide bout et gèle simultanément, créant de la vapeur et des cristaux de glace que nous voyons dont certaines retombent pour peindre le paysage aussi blanc que de la neige fraîchement tombée.

En raison d’interactions gravitationnelles mutuelles, Encelade orbite deux fois sur Saturne pour chaque orbite de son voisin plus éloigné, Dione. Cette résonance orbitale entraîne Encelade dans une orbite légèrement excentrique où les marées chauffent l'intérieur de la lune. «De toute façon, le chauffage des marées est légèrement plus fort aux pôles, de sorte que vous pouvez obtenir une boucle de rétroaction: la région polaire se réchauffe, elle devient plus déformable, ce qui entraîne un réchauffement supplémentaire des marées, etc.», note Nimmo. "Mais pourquoi cela ne s'est produit qu'au pôle sud est un mystère."

Il existe certainement des preuves que d'autres parties de la surface ont été plus chaudes dans le passé. Certains cratères d'impact semblent avoir coulé, indiquant une glace chaude près de la surface, et il semble assez clair que différentes parties d'Encelade ont été chauffées à des moments différents. «Il y a même des caractéristiques qui ressemblent un peu aux anciennes rayures du tigre, bien que cela soit controversé», explique Nimmo. «Il est difficile de dire à partir d'observations si l'activité était épisodique, mais le fait de voir des zones fortement cratérisées et très légèrement cratérisées, mais pas des zones modérément cratérisées, suggère que l'activité n'était pas continue.»

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Cassini a survolé les panaches et échantillonné leur composition, ce qui montre que près de 98% du gaz contenu dans les panaches est de la vapeur d'eau, environ 1% de l'hydrogène et le reste est un mélange d'autres molécules, notamment du dioxyde de carbone, du méthane et de l'ammoniac. Le phosphore reste le seul élément essentiel à la vie sur Terre qui n’a pas encore été trouvé dans les panaches d’Enceladus, mais il est probablement présent. Avec les ingrédients nécessaires - une mer souterraine chaude, une quantité abondante d'hydrogène que les organismes pourraient potentiellement exploiter comme source d'énergie chimique et des geysers livrant des échantillons dans l'espace - Encelade est sans doute la cible la plus probable et la plus excitante pour la recherche de la vie.
 

Des lunes mystérieuses

Bien qu’il soit difficile de dominer Enceladus, les lunes de taille moyenne voisines, Dione et Tethys, séduisent les scientifiques planétaires avec des caractéristiques encore inexpliquées. «Sur Dione, un magnifique ensemble de fractures tectoniques a été observé, certaines dans un état de conservation très vierge», dit Schenk. Une paire de dépressions murées inhabituelles dans le terrain lisse de la lune pourrait être des évents volcaniques; La moitié de la surface de Dione est recouverte d'anciens dépôts de glace d'origine volcanique. et certains proposent que Dione possède une mer souterraine.

Sur Téthys, une immense zone de faille appelée Ithaca Chasma parcourt près des trois quarts de la circonférence de la lune, et les caméras de Cassini ont détecté un ensemble de mystérieux arcs rouges qui semblent s'être formés très récemment. "Ainsi, alors qu'Encelade volait notre attention, ces lunes ont également montré des signes d'activité intermittents", ajoute Schenk.

Le 15 septembre 2017, Cassini a plongé dans l'atmosphère de Saturne, mettant fin à sa mission. Les scientifiques vont exploiter les données que Cassini a fournies sur ces mondes divers pour les décennies à venir. Même du point de vue de ses plus petits satellites, Saturne fait signe. Quand reviendrons-nous?

Source: http://www.astronomy.com/
Lien: http://astronomy.com/magazine/2019/08/saturns-small-wonders?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR07KqXL-YLy1qTnMepUBdlb0VKU88IB_oDFmTmhS4UjYHHMjh6VlnyyzGY

 

 

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