Saturne Les satellites Nous ne savions peu de choses sur les 9 satellites de Saturne avant 1979. Leur orbite avait été déterminée, bien sûr mais les caractéristiques étaient incertaines. Les diamètres étaient approximatifs, seulement connus à la centaine de kilomètres près. La plupart des satellites de Saturne sont baptisées du nom des divers Titans, fils et filles mythologiques du dieu des cieux, Uranus et de la déesse de la Terre, Gaïa. Ce sont du plus proche au plus éloigné de Saturne: Mimas, Encelade, Téthys, Dioné, Rhéa, Titan, Hypérion, Japet et Phoebé. Aujourd'hui, les sondes spatiales nous ont permis d'en connaître une quarantaine et de savoir que les plus gros sont vraisemblablement constitués d'un mélange de glace et de roches. Certains portent des noms exotiques tels que Prométhée, Pandore, Tarvos et Ymir et d'autres sont connus avec des lettres et des chiffres comme S/2000 S4 et S/2000 S5. Ils paraissent être nés selon le processus classique d'accrétion à partir des matériaux composant la nébuleuse primitive, tout comme les planètes du Système solaire. Il existait une controverse sur Epiméthée et Janus décelés en 1966 par quelques astronomes. Depuis 1979, les sondes ont posé plus de questions qu'elles n'ont fourni de réponses. Pour
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Ces satellites varient considérablement en forme et en taille. Certains apparaissent comme étant poreux, des corps de glace avec des cratères, des collines et des vallées montrant des terrains ondulés et irréguliers. Certains semblent être âgés de plusieurs milliards d'années, alors que d'autres semblent être des morceaux de corps plus gros. Quelques satellites auraient un sol rocheux et pourraient être couverts de matériaux organiques semblables aux substances complexes trouvées dans les météorites les plus primitives. Par exemple, Encelade paraît avoir une surface blanche très brillante réfléchissant 100% de la lumière qu'il reçoit du Soleil et de ce fait sa température de surface n' est seulement que de - 201°C. Plus de 40 satellites sont découverts à ce jour. Mais la mission Cassini nous en apportera beaucoup plus, surtout parmi les petits. Selon les critères que les scientifiques prennent, différents groupes peuvent être formé. Par exemple, nous pouvons classer en 3 groupes: ceux formés dans les anneaux, ceux formés gravitationnellement dans la nébuleuse autour de Saturne et ceux, très éloignés, capturés par Saturne. Le premier groupe, s'étendant de Pan et autres petits satellites réellement à l'intérieur des anneaux, à Janus et Epiméthée proches du bord supérieur du système, se compose de satellites appelés chiens de garde ou gardiens ou bergers. Dans cette zone, les réactions gravitationnelles entre les satellites et les particules commandent fortement la distribution de matière dans les anneaux créant des annelets (petits anneaux) et des ondes de densité qui les ondulent (spokes), avec des bords bien tranchés à la frontière. Ces anneaux peuvent être aussi perturbés par des satellites du deuxième groupe, par exemple Mimas qui créent la Division de Cassini, mais la structure fine des anneaux est principalement contrôlée par des satellites bergers. Un second
groupe, s'étendant de Mimas à Iapetus, inclut tous les grands satellites
comme une version miniature du Système solaire. Ces objets se sont
formés dans le gaz qui tourbillonnant autour d'un objet équivalent à
100 fois la Le troisième groupe, se prolongeant au-delà de Phoebé (ci-contre), se compose de petits corps, fragments de comètes capturées par une interaction gravitationnelle entre Saturne et le soleil. Tous les objets des 2 premiers groupes ont des orbites qui tournent dans le même sens que leur sens de rotation sur eux-mêmes, le tout dans le même plan que Saturne et ses anneaux, c'est-à-dire antihoraire. Toutefois, les objets capturés du 3ème groupe peuvent avoir une orbite inclinée par rapport au plan de rotation de Saturne et de ses anneaux et parfois avoir une rotation inverse, dite rétrograde. http://www.spacedaily.com/images/saturn-phoebe-desk-1024.jpg
Ci-dessus, localisation des premiers satellites dans les anneaux. Ci-dessous, une représentation (non à l'échelle) de la localisation des satellites autour de Saturne.
En 1900, un satellite, annonçait par W. Pickering et qui n'a jamais été revu depuis, fut appelé Thémis. 2003 S1 n'a pas encore reçu de nom officiel, bien que son existence ait été confirmé le 12/04/2003. http://www.vectorsite.net/taxpl_c.html http://www.geocities.com/townoak/organization/60000000.htm http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons_news.txt
Le 26 juillet 1995, Amanda Bosh du Lowell Observatory annonça la découverte de 2 et peut-être 4 nouveaux satellites de Saturne. La découverte fit suite à une analyse approfondie des images prises par le HST le 22mai 1995, lorsque les anneaux étaient vus, depuis la Terre, sur la tranche. Tous les 15 ans, la Terre passe dans le plan des anneaux, un événement qui donnent aux scientifiques l'opportunité de faire de nouvelles découvertes de satellites, ce qui normalement impossible à cause de l'éclat des anneaux. Durant la période de 1655 à 1980, les astronomes ont découvert 13 satellites, dans ces conditions. D'autres satellites furent découverts grâce au survol par les sondes spatiales. Jusqu'à ce que l'Union Astronomique Internationale (IAU) statue sur les noms de ces 4 satellites, ils ont été ajouté dans le tableau ci-dessus avec leur désignation et leur distance. Ces 4 satellites découverts par le HST (Hubble Space Telescope) sont donc: 1995 S 1 - 1995 S 2 - 1995 S 3 - 1995 S4 Il est possible que S3 et S4 puissent être considérés comme de nouveaux satellites, tandis que S1 et S2 soient des satellites déjà connus. L'incertitude résulte de l'imprécision des éphémérides de Pan, Atlas et Prométhée. 1995 S1 pourrait être Pan et 1995 S2 soit Atlas, soit Prométhée. 1995 S1 et S2 seraient côté intérieur du mince anneau F. Le 3e satellite 1995 S3 serait juste à l'extérieur de F. C'est apparemment un satellite gardien qui orbite au bord de l'anneau F en régulant et en délimitant son étendue par les forces de marée qu'il exerce sur lui. Le plus externe dévie gravitationnellement les particules de l'anneau vers l'intérieur et le plus interne les dévie vers l'extérieur, ce qui peut expliquer l'aspect tressé de l'anneau. Le 4e satellite 1995 S4 se trouve à 6 000 km au-delà de l'anneau F. Aucun de ces satellites ne dépasse un diamètre de 70 kilomètres environ. Des observations supplémentaires du télescope Hubble prises lorsque le plan de la Terre croisa celui des anneaux permettront de lever l'ambiguïté sur 2 des 4 satellites.
La gravitation répulsive est un phénomène commun dans les anneaux de Saturne. Tout le monde sait que la gravitation est attractive. Comment des masses peuvent-elles se repousser ? Cela devient compréhensible autour d'une planète si 2 objets A et B gravitent sur une même orbite, B derrière A. A et B commencent à s'attirer, entraînant une diminution de vitesse de A avec transfert vers une orbite plus basse. En effet, A va à l'encontre de son sens de marche. Si c'est B qui est accéléré, comme il est attiré dans le sens de son mouvement, cela le place sur une orbite plus haute. Les 2 objets subissent, selon la troisième dimension, des actions qui s'exercent en sens opposés: l'un monte, l'autre descend. Ils s'évitent comme si la gravitation était répulsive. Etant transféré sur une orbite plus haute et donc plus lente, B ne double pas A. Il sera freiné par A lorsque celui-ci l'aura rattrapé, après une révolution synodique des deux objets. L'influence gravitationnelle d'un satellite à proximité du bord de l'anneau peut avoir des effets de repousser les matériaux. L'effet de "chien de garde" a été découvert dans le Système solaire, créant des anneaux autour des planètes géantes. Les satellites portent divers noms selon la littérature: satellites bergers, satellites chiens de garde, satellites gardiens, etc... Une analogie peut être trouvée en regardant la circulation autour de la place Charles De Gaulle à Paris. Pourtant, peu de place existe entre chaque voiture et le flot est rapide. Or, elles ne se percutent pas, les conducteurs s'employant à éviter les autres.
Cette limite où les forces de marées qui s'exercent sur lui deviennent égales à ses propres forces de cohésion gravitationnelles et menacent son intégrité s'il dépasse une certaine dimension, s'appelle la limite de Roche. Si on considère un satellite sans force de cohésion interne, et de même densité que la planète, la limite se trouve à 2,446 fois le rayon de la planète. Si l'on tient compte des masses volumiques, la relation s'écrit:
Les conséquences de cette limite, sont nombreuses dans l'univers, qu'il s'agisse d'étoiles doubles, de galaxies cannibales ou des trous noirs absorbant la matière piégée de le champ gravitationnel. Dans le Système Solaire les exemples sont nombreux avec notamment la formation des anneaux, dont les plus célèbres, ceux de Saturne. Autour de Saturne, un satellite se trouve en deçà de cette limite, c'est Atlas. Il se trouve à 2,276 R. Mais en réalité, son orbite se situe au-delà de la limite en tenant compte de la masse volumique et Saturne. Atlas est un corps de roches et de glace de densité entre 1,15 et 1,45. Avec ces valeurs, la limite n'est que de 2 R seulement. Pour les planètes géantes la limite est de:
Cette limite représente la frontière approximative entre le système d'anneaux de chaque planète et ses plus grands satellites. Pour en savoir plus: limite de roche
Pour la comète Shoemaker-Levy, la limite a été franchie et elle en est morte. C'est en 24 mars 1993 que les époux Shoemaker et David Lévy découvrirent cet objet étrange, avec un halo très allongé de 160 000 km. Il s'agissait des blocs de la comète, qui étaient les uns derrière les autres. Cette comète âgée de 4,5 milliards d'années, fut capturée par Jupiter. La comète dont la longueur avait été estimée à 1,5 km, se fractionna, au cours d'un premier passage à proximité de la planète géante, par effet des forces de marées gravitationnelles. En provenance directe du réservoir de Oort, situé à 1 al, elle fut capturée par la planète géante. Elle passa à 1 million de kms, le 16 mai 1992. A ce moment-là, si elle était passée en-deçà de la limite de Roche (2,44 fois le rayon de la planète), la gravitation l'aurait brisée. A cette distance le gradient de gravité l'emporte. Mais, le 8 juillet 1992, elle passa à 1,6 fois le rayon ( à moins de 120 000 km). Elle se brisa en une vingtaine de morceaux, dont certains atteignirent quelques centaines de mètres. Ils s'étendirent sur 20 minutes d'arc, soit 5 millions de km. Fin juillet 94, le "train de comètes" rasa Jupiter à 45 000 km. Le démantèlement fut total. Les fragments pénétrèrent la haute atmosphère de Jupiter à 200 000 km/h. Celle-ci s'embrasa, tandis qu'à l'endroit de l'impact se formait un panache de gaz énorme, montant à 3 000 km. Autour du panache, apparu 5 mn après l'impact, se forma une vague gigantesque de nuages qui s'étendit à la vitesse de 15 000 km/h. Un trou de 12 000 km fut laissé, par l'impact G, dans l'atmosphère.
Les anneaux ne sont pas le seul ornement de Saturne, qui possédait jusqu'à l'aube de l'aventure spatiale, 10 satellites (Téthys découvert en 1900 par Pickering n'avait jamais été observé depuis cette date). Ils circulent sensiblement dans le plan équatorial de la planète, ils semblent former deux catégories. Les 6 premiers sont Janus, Mimas, Encelade, Téthys, Dioné et Rhéa sont relativement proches de Saturne tandis que Titan, Hypérion, Japet et Phoebé en sont plus éloignés. A l'exception de Titan, ils sont tous petits, mais leur brillance est assez élevée, laissant penser qu'ils sont recouverts de glace. Mimas, Encelade, Téthys, Dioné et Rhéa sont connus depuis longtemps. Les périodes de révolution de Téthys et de Dioné sont respectivement à peu près le double de celles de Mimas et d'Encelade dont la densité est voisine de celle de la glace. Janus fut découvert le 15 octobre 1966 par l'astronome français Audouin Dollfus. Ce satellite est le proche de la planète et il gravite très près de l'anneau. Il est difficilement observable, car noyé dans le halo de la lumière diffusée par Saturne. Sa découverte en 1966 fut facilitée par des anneaux vus par la tranche. Les minimums de lumière observée et le fait que la perturbation 1/2 de Mimas ne coïncidait pas avec le centre de la division de Cassini trouvèrent leur explication. L'orbite de Janus paraît circulaire et elle est très peu inclinée. Son rayon mesure 315 000 km soit 2,65 fois le rayon équatorial de Saturne. L'éclat moyen de Janus correspond à la magnitude 14, il est donc particulièrement brillant. Le pouvoir réflecteur de la surface est d'environ 0,6 et le diamètre vaut 350 km. satellite de glace, Janus peut graviter à 40 000 km du rebord extérieur de l'anneau A, son existence est compatible avec la théorie de Roche. Tous les satellites de Saturne ont une particularité. Rhéa fut découvert par J.D. Cassini comme Téthys, Dioné et Japet, il faillit se nommer "Sidéra Lodoicea" en l'honneur du roi de France, mais la postérité ne retint pas cette flatterie. Japet semble plus brillant à l'ouest de la planète qu'à l'est. Phoebé, le satellite le plus éloigné à cette époque est rétrograde, il se déplace d'est en ouest dans la direction opposé à celle des autres satellites de Saturne. Le mouvement et l'inclinaison de l'orbite laissent supposer qu'il pourrait s'agir d'un astéroïde capturé. Quant à Titan, c'est le plus brillant, le plus gros et le plus intéressant de tous les satellites de Saturne. Il tourne en 15j23h15mn à 1 220 000 km de Saturne. De magnitude 8, il est visible avec de simples jumelles. Son diamètre apparent est de 0,8". Des mesures du diamètre effectuées par H. Camichel et A. Dollfus ont donné la moitié du diamètre terrestre. Grâce aux perturbations exercées sur ses voisins, sa masse a pu être déterminée à 2 fois la Lune. Elle est suffisante pour retenir une atmosphère assez épaisse et nuageuse qui présente des taches claires et sombres. Kuiper et Harris ont réalisé l'analyse spectroscopique et photométrique de l'atmosphère de Titan qui apparaissait essentiellement composée de méthane (gaz dont les molécules ont une vitesse moyenne d'environ 300 m/s avec peut-être une faible proportion d'ammoniac. L'analogie entre l'atmosphère de Saturne et de Titan implique un lien de parenté d'origine. D'autre part, la température de Titan qui est évaluée à 6 150°C a toujours été très basse, sinon le méthane se serait évaporé. Les premiers projets d'exploration spatiale prévoyaient une excursion dans les anneaux et une autre pour y poser une sonde. Dans les cartons il y avait même un projet pour un débarquement de l'homme en 1992. Les trois satellites suivants sont Hypérion, Japet et Phoebé. Hypérion est un petit astre à l'orbite légèrement excentrique. Japet est plus gros - diamètre de 1 800 km - et possède une caractéristique très curieuse: au cours de ses révolutions autour de la planète, sa brillance varie d'un facteur 6. Il possède donc 2 hémisphères différents et cette dissymétrie doit lui donner un aspect bien curieux. Ce phénomène pourrait résulter d'une collision avec un autre astre qui aurait complètement bouleversé un hémisphère. Phoebé est aussi un des plus petits. Il est le premier satellite planétaire à avoir été découvert grâce à la photographie, en 1898. Jusqu'à l'observation des satellites extérieurs de Jupiter, les astronomes croyaient qu'il était le seul satellite rétrograde du Système solaire. Programme de Cassini L'orbiter (2 125 kg) va étudier Saturne, ses 7 anneaux (éloignés de 66 000 à 181 000 km) et sa quarantaine de satellites, dont plus d'une dizaine découverts depuis 5 ans, faisant apparaître le système de Saturne comme un mini Système solaire. Il effectuera 52 survols. Titan, le plus gros satellite, sera survolé 45 fois avec environ 30 survols à ~ 950 km. Puis les 8 satellites suivants seront survolés le:
Cassini et les nouveaux satellites
Cassini a photographié 2 nouveaux satellites de Saturne. Ils ont étaient
vus pour la première fois par Dr. Sébastien Charnoz et
André Brahic (université de Paris). Ce sont les plus petits découverts
dans le monde saturnien. Ils ont respectivement 3 km et 4 km de large. Ils
se trouvent à 194 000 km et 211 000 km du centre de Saturne et entre 2
autres satellites Mimas et Encelade. Leur noms provisoires est de S/2004S1
et S/2004S2. L'un d'eux S/2004S1 peut être un objet repérer sur une image
de Voyager, il y a 23 ans et qui fut appelé S/1981S14.
Les
scientifiques s'attendaient à trouver des corps aussi petits à
l'intérieur ou peut-être proche de l'anneau F, mais ils furent très
surpris de trouver de si petits corps entre 2 lunes majeures. Les chercheurs s'attendaient à ce que de petites comètes se déplaçant à grande vitesse autour du Système solaire externe heurtent de petites lunes et les fracturent en petits morceaux. Le fait que ces lunes existent là où elles sont, limite le nombre de petites comètes dans le Système solaire externe, une quantité essentielle pour comprendre les comètes de la ceinture de Kuiper, au delà de Neptune et l'histoire de la cratérisation des lunes des planètes géantes. Si les comètes de la taille d'une maison sont courantes et compte tenu de leur vitesse élevée (plusieurs km/s), ces lunes devraient avoir été fracturées de nombreuses fois par des impacts cométaires pendant les 4,5 milliards d'années du Système solaire. Les impacts sur ces satellites éjectent d'importantes quantités de matériaux dans l'espace du fait de leur faible gravité ou créent des ruptures en blocs plus petits. A la longue ces matériaux amassés autour de Saturne forment un anneau, avec l'aide de la rotation de la planète géante, regroupant des morceaux de toutes les tailles.
De nouvelles scrutations des images des divisions des anneaux de Saturne, à la recherche d'autres satellites, sont en cours. En attendant, les scientifiques de la mission Cassini/Huygens sont impatients d'obtenir des vues rapprochées de leurs nouvelles découvertes.
Origine des noms Ce n'est qu'à partir de 1847 qu'une convention décida de nommer les satellites de Saturne. Le fils de William Herschel, John, fut à l'origine de cette décision. Après leur avoir donné un numéro, proposa de leur donner les noms issus de la famille de Saturne, dieu romain. Mais puisque les romains n'avaient pas traduit les noms des frères et soeur de Saturne, aussi ils furent tirés de son homologue Cronos, à l'origine d'une grande famille. La descendance de Cronos donna les dieux olympiens. Les parents de Cronos, Ouranos et Gaïa, eurent 6 garçons (les Titans) et 6 filles (les Titanides). Ce sont Cronos, Hypérion, Japet, Koios, Krios, Mnémosyne, Océan, Phœbé, Rhéa, Téthys, Théia et Thémis. http://www.imcce.fr/Granpub/Promenade/pages4/443.html#mimas
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