Mise à jour le 24 Décembre 2006
 
     
"DERNIÈRES NOUVELLES DES ANNEAUX DE SATURNE"
Par Sébastien CHARNOZ
Maître de Conférence, Paris VII, CEA, AIM
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris
 
Le samedi 2 Décembre 2006 à 14H30
à l'occasion de la réunion de la Commission de Planétologie.
 
Photos : JPM pour l'ambiance. (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
 
 
Sébastien Charnoz de l'Université Paris VII et du CEA fait partie de l'équipe d'imagerie de la sonde Cassini (comme A Brahic) au travers du groupe AIM (Astrophysique Interactions Multiéchelles) qui dépend de Paris VII et du CEA Saclay.
 
Il fait le point aujourd'hui devant la commission de planétologie sur les dernières informations concernant principalement les anneaux de Saturne vus par la sonde Cassini.
 
 
LA DÉCOUVERTE DES ANNEAUX DE SATURNE.
 
C'est Galilée qui le premier observe Saturne et ne comprend pas ce qu'il voit. Il l'écrit en anagramme (la peur de l'Inquisition!) à Kepler : " J'ai observé que la planète la plus haute est trijumelle". Ce qui voulait dire qu'il pensait qu'il y avait deux autres corps autour de Saturne.
 
Saturne est un astre changeant dans le ciel, et c'est Christiaan Huygens qui le premier en 1655 propose l'hypothèse de l'anneau, il en profite aussi pour découvrir son plus gros satellite, Titan et mesure même sa période de rotation : 16jours et 4 heures.
 
 
Sébastien nous montre aussi une très belle photo de la lentille de Huygens de 57mm de diamètre qu'il a utilisée pour cette découverte.
 
Sa longueur focale était de 10 pieds rhénans (10x0,3139 mètres) ; sur le pourtour on peut lire la phrase suivante: "Admovere Oculis Distantia Sidera Nostris", un ver d'Ovide que l'on pourrait traduire par "les étoiles se sont rapprochées de nos yeux". Date inscrite 3 Février 1655.
Lui aussi envoie un message énigmatique à son collègue J Wallis en latin sur cette découverte, basé sur cette phrase inscrite sur la lentille :
"admouere oculis distantia sidera nostris uuuuuuu cccrrhnbqx".
L'anagramme résolu donna : "Saturno luna sua circunducitur diebus sexdecim
horis quatuor", ce qui voulait dire que la lune de Saturne tournait en 16 jours et 4 heures.
 
Cette lentille est au Musée d'Utrecht.
Crédit photo : Utrecht Univ. Museum, Inst. for History and Foundations of Science
 
 
 
Puis les siècles passent sans beaucoup d'avancés concernant Saturne.
En 1856 Maxwell émet l'hypothèse que les anneaux ne peuvent pas être solides (loi de Kepler) et qu'ils sont constitués de petites particules.
 
La prochaine avancé viendra des sondes Voyager qui confirment la structure des anneaux notamment.
 
Mais les Voyager n'ont fait que passer, même si les données recueillies sont énormes (mais quand même du même ordre de grandeur que ce que fournit Cassini tous ….les mois!).
 
Surprise pour André Brahic, qui pensait que la structure des anneaux devait s'étaler lentement, mais ce ne fut pas la cas; on découvre des bords nets. Le bord de l'anneau A s'arrête en moins de 1km par exemple.
 
Voyager fait comprendre aussi le phénomène de résonance des satellites; des satellites bergers et découvre les "spokes".
 
 
 
Dans les années 1980, on essaie de mettre au point une mission orbitale autour de Saturne, et 10 ans de négociations politiques ont été nécessaires; cela vous a déjà été raconté sur ce site
 
 
 
LA MISSION CASSINI.
 
Quelques points qui n'ont pas déjà été racontés à propos de cette mission.
 
Le CEA était impliqué dans l'imagerie de bord au travers des instruments :
·        ISS (Imaging Science Subsystem) avec les grand angle (WAC) et télé (NAC) de 2m de focale (tube de 95cm de long).
·        CIRS (Composite Infrared Spectrometer) spectromètre IR.
 
Lancement épique, dû à nos amis écologistes effrayés par le Pu 238 (poison violent) des générateurs isotopiques (on est loin du Soleil!), le gouverneur de Floride dit Non au lancement Bill (Clinton) est obligé de lui passer par dessus et autorise le lancement.
 
Après un voyage de 7 ans et 4 rebonds gravitationnels, Cassini-Huygens arrive en insertion orbitale (il faut freiner contrairement aux Voyager) , et le 30Juin 2004 à 21H30 c'est la joie au centre de contrôle à Pasadena, mais les images ne seront retransmises que le lendemain, le 1er Juillet 2004, et comme vous le savez tout se passe bien.
 
On survole les anneaux à 60.000km seulement, c'est le moment le plus près des anneaux de toute la mission.
 
Les orbites sont très complexes et correspondent à des compromis entre diverses équipes scientifiques :
·        orbites polaires pour ceux qui veulent étudier les anneaux
·        orbites équatoriales pour ceux qui veulent étudier les satellites et
·        orbites à 45° pour ceux qui veulent étudier Saturne et son atmosphère.
 
 
LES MEILLEURES IMAGES DES ANNEAUX.
 
Sébastien Charnoz nous comble en nous présentant un florilège des meilleurs photos des anneaux et des découvertes liées à celles ci.
 
 
 
Occultation stellaire dans l'anneau B.
 
 
La luminosité des anneaux est variable, en effet ceux qui sont peuplés de petites poussières vont diffuser la lumière vers l'avant plus que vers l'arrière et suivant l'angle de prise d vue les résultats seront différents.
 
 
En contre jour on voit bien les poussières des anneaux et même les particules à l'intérieur de la division de Cassini que l'on croyait vide comme sur la photo ci contre.
 
La division de Cassini est aussi très bien imagée dans cette vue à contre jour.
 
 
 
Les anneaux dans l'ensemble couvrent un diamètre de 300.000km pour une épaisseur (qui vient nouvellement d'être re-déterminée) de 10m maximum.
 
L'anneau F est une exception, il fait 10km d'épaisseur, 100 fois plus épais que la moyenne. Pour la peine, il est en spirale.
 
 
 
 
On voit même de nouveaux phénomènes dans les anneaux comme les ondes de densité, voir aussi cette page du site de Cassini à ce sujet.
 
En fait tous ces phénomènes d'ondes dans les anneaux est dû au fait que les anneaux étant très fins, se comportent comme ….une membrane qui vibre et oscille en fonction des résonance des divers satellites.
 
Les satellites qui sont parfaitement dans le plan équatorial donnent de par leurs légères variations d'orbite (ellipse) des perturbations radiales, les ondes de densité; ceux qui sont sur des orbites un peu inclinées, donnent eux des perturbations perpendiculaires au plan équatorial, les ondes de courbures. Ces perturbations sont de l'ordre de 100m.
 
Cassini a découvert aussi des microstructures, une certaine granulation filamenteuse dans les anneaux de Saturne, des discontinuités qui sont un peu comme de la paille.
Sébastien Charnoz a pu grâce à des simulations reproduire ce phénomène qui est lié aux ondes de Jeans.
L'interdépendance des grains de matière en est la cause, un équilibre se produit qui donne naissance à des filaments.
Des simulations corroborent effectuées au CEA corroborent ces hypothèses.
Animation présentée par S Charnoz : les ondes de Jeans dans les anneaux (2MB en quicktime).
 
 
Dans l'anneau A on a découvert aussi de petits objets semblables à de gros cailloux, que l'on a appelé "propellers" qui font quelques centaines de mètres de long, et qui ouvriraient "un trou" dans les particules de l'anneau.
On pense que ces objets qui commencent à s'accrêter ne peuvent plus grandir à cause des forces de marées.
 
La localisation de ces objets apparaît sur la photo suivante.
 
 
Voir la page du site de Cassini à ce sujet.
S Charnoz a corroboré ces images avec des simulations numériques.
 
 
 
Les spokes : ce sont des poussières sur l'anneau B. l'anneau B tourne à la même vitesse que le champ magnétique, il est sensible à ce champ. On pense que des particules se chargent et se déposent dessus.
Autre possibilité : un impact de météorites qui a expulsé de la poussière et dont les particules oscillent.
Bref tout est ouvert. Voir cette photo.
 
L'anneau F : la main de Prométhée!
 
 
On voit très clairement l'influence du gardien Prométhée en train "d'avaler" des particules de F.
 
De temps en temps Prométhée touche l'anneau F et le découpe littéralement.
 
Des simulations numériques ont eu lieu aussi à ce sujet qui ont donné les mêmes résultats que ce qui est constaté à des milliards de km.
 
Sébastien a eu la gentillesse de me passer ses deux simulations en mpeg que l'on ne trouve pas sur le Net.
 
Ceux qui s'ont intéressés doivent me contacter.
 
 
 
 
 
 
 
De nombreuses questions fusent après cette présentation.
 
 
 
Bref une après midi passionnante, merci Sébastien Charnoz!
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN
 
 
Article (pdf) de Nov 2005 paru dans l'Astronomie, la revue de la SAF  et dans La Recherche de Sept 2005.
 
Les conférences précédentes de S Charnoz et les conférences sur Saturne/Titan :
·        Fête de la Science 2004 avec S Charnoz.
·        L'héritage de Huygens par C Ferrari à la SAF.
·        Huygens se pose sur Titan en direct à la Cité des Sciences.
·        Premier CR de mission Huygens à la Cité des Sciences.
·        Les anneaux de Saturne vus par Cassini à l'Observatoire de Paris avec S Charnoz.
·        Saturne Titan, un monde complexe d'anneaux et de satellites par JP Martin
·        JP Lebreton sur la mission Huygens à l'IAP.
 
 
 
Les différentes orbites de Cassini planifiées par la NASA par la Planetary Society et par le JPL.
 
Les animations de Saturne par animéa.com et S. Charnoz.
 
 
Cassini à la rencontre des anneaux par l'Université Paris VII
 
 
TOUT SUR LES ANNEAUX SUR CE SITE et notamment la position des différents anneaux.
 
Toutes les dernières images de Cassini au JPL
 
Les animations et vidéos du JPL.
 
Les prochains survols : http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm
 
Voir liste des principaux satellites.
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin  SAF Commission de Planétologie
www.planetastronomy.com