mise à jour le 21 Février 2006

SÉMINAIRE
"LES ANNEAUX DE SATURNE VUS PAR CASSINI"

Par SÉBASTIEN CHARNOZ
Maître de Conférence, Paris VII, CEA, AIM.

Observatoire de Paris, 77 Av Denfert Rochereau, Paris 14^ème

le lundi 20 Février 2006 à 14H00

Photos : JPM pour l'ambiance, NASA pour le reste!

BREF COMPTE RENDU

l'IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides) et le SYRTE (SYstème de Référence Temps et Espace) nous accueille ce lundi à l'Observatoire de Paris dans le cadre des séminaires temps et espace.	Pour une présentation sur les anneaux de Saturne vus par Cassini par S Charnoz, grand spécialiste de ce domaine. Organisée par Jean Souchay du SYRTE et Daniel Hestroffer de l'IMCCE.

Sébastien Charnoz de l'Université Paris VII (mon ancienne fac!) et du CEA fait partie de l'équipe d'imagerie de la sonde Cassini au travers du groupe AIM (Astrophysique Interactions Multiéchelles) qui dépend de Paris VII et du CEA Saclay.

Il y a d'ailleurs à ce jour (Février 2006) plus de 100.000 images de Cassini en archives à Saclay.

Sébastien est un grand spécialiste notamment des anneaux de Saturne et en particulier de l'anneau F qui couvre comme il nous le dit les trois quarts des publications actuelles sur les anneaux.

Moi, j'ai surnommé notre ami, le Roi de l'anneau F (the King of the F-Ring!) j'espère qu'il ne m'en voudra pas.

En route pour Saturne et ses anneaux!

AVANT LA MISSION CASSINI

Il nous introduit superbement au monde de Cassini-Saturne en nous montrant la toute première photographie de cette planète (voir photo) par le britannique Commons en 1883.

Les anneaux de Saturne ont toujours fasciné les scientifiques, mais les premiers modèles n'ont été développés que dans les années 1970, un peu avant l'arrivée des sondes Voyager.

Mais les Voyager n'ont fait que passer en 1981 et 1982 (15 jours de travail chacune), et ce que l'on a vu était différent de ce que l'on attendait, on découvre la richesse de la structure des anneaux.

Les anneaux sont extrêmement minces : diamètre de 300.000km (presque la distance Terre-Lune) pour une épaisseur de 10m maximum!

Beaucoup de questions : le bord de l'anneau A (le plus brillant externe) s'arrête brutalement en moins d'un km, pourquoi??

La présence de "microsillons" dans les anneaux, pourquoi? Etc..

On sait que les anneaux sont composés de matériaux de la taille du cm à la dizaine de mètres. Ce sont des blocs de glace légèrement contaminés par de la poussière. Ils occupent toute la partie inférieure à la limite de Roche. Seul l'anneau F est à cheval sur cette limite ce qui lui confère probablement un statut à part.

Rappel : la limite de Roche, Édouard Roche mathématicien français

Il existe une zone limite autour de toute planète (plus généralement autour de tout corps) où l’attraction de la planète est compensée par la force interne de gravité d’un corps en création autour de lui (force de marée).

Si la force d’attraction est plus grande que la force de cohésion interne, le petit corps ne survit pas, il se brise, si elle est plus faible, alors ce petit corps peut se former, cela devient un satellite.

Cette limite est la limite de Roche (approximativement 2,4 R planète)

LA MISSION CASSINI

La genèse de cette mission a déjà été décrite à de nombreuses reprises sur ce site, aussi je ferai court et ne reprendrai que quelques points cités par l'orateur.

12 instruments à bord de Cassini, 6 à bord de al sonde Huygens pour Titan.

Mission très coûteuse : 6 milliards de $!

Ce qui nous concerne aujourd'hui : le système de caméra à bord de Cassini; ce sont des CCD 1 million de pixels (oui c'est peu mais imaginez que cela a été conçu dans les années 1980!!) équipés de 21 filtres allant du proche IR au proche UV.

Tous les détails sur les caméras de Cassini dans ce précédent article.

Voyage de Cassini : départ en 1997, dure 7 ans, Saturne est loin, donc on a besoin de quelques assistances gravitationnelles, le problème étant différent des Voyager, on veut arriver à faible vitesse pour se satelliser autour de Saturne et cela suppose une trajectoire plus complexe. On arrive à 30km/sec, il faut freiner et on le fait au dessus des anneaux ce qui nous donne des images exceptionnelles de ceux ci.

Manœuvre réussie, en 4 ans Cassini doit effectuer 76 orbites et procéder à 52 rencontres avec 7 satellites.

Les orbites sont un habile compromis entre ceux qui veulent étudier les anneaux (orbites polaires); ceux qui veulent étudier les lunes (orbites équatoriales) et ceux qui veulent étudier l'atmosphère de Saturne (orbites inclinées).

LES ANNEAUX DE SATURNE.

Beaucoup de surprises dans les images des anneaux de Saturne par Cassini.

En voici quelques unes. (non exhaustif)

	Découverte d'ondes de densité et de courbures dans la structure des anneaux. Comme sur cette photo dans l'anneau A: sur la partie gauche, ondes de densité qui jouent sur la répartition horizontale des particules (density wave due à la résonance 12/11 avec Prométhée) et sur la partie droite, ondes de courbure (bending wave) due à la résonance 5/3 avec le satellite Mimas (qui a une orbite inclinée, cause de ces ondes) et qui sont en fait des images "vue de dessus" de "tôles ondulées" de particules de l'anneau qui oscillent verticalement. (amplitude de l'ordre de 500m seulement!!!) Ces deux types d'ondes se différencient aussi de la façon suivante : Les ondes de densité se développent vers l'extérieur alors que les ondes de courbure se développent vers l'intérieur des anneaux.
	La microstructure des anneaux est visible sur cette photo, où l'on aperçoit une certaine granulation filamenteuse (des "pailles") dans la partie inférieure gauche de l'image. Ce n'est pas un défaut de la photo, c'est réel et 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).
	Image de la division de Encke où l'on remarque une ondulation du bord intérieur. Ce bord est déformé par la présence d'un petit satellite (Pan) qui n'est pas visible sur la photo et qui circule dans cette division (plus près de l'intérieur) en y créant ainsi des ondes appelées "wakes". L'orbite de ce mini satellite est légèrement excentrique ce qui explique les irrégularités du bord.
	On voit parfaitement sur cette image que l'anneau F est en fait composé de plusieurs "sous-anneaux". L'anneau F dont nous avons souvent parlé ici, est "gardé" par deux petits satellites que l'on appelle "bergers" : Pandore (à l'extérieur) et Prométhée (à l'intérieur). Prométhée (orbite excentrique encore une fois) que l'on voit ici, tire de la matière à un de ces sous anneaux. On voit la trace des passages précédents les plus récents comme des cicatrices, mais on constate que dans le temps les anneaux se reforment. Pourquoi? Car Prométhée consomme de la matière ce qui d'après les calculs donnerait une durée de vie de quelques milliers d'années à l'anneau F.

Toujours l'anneau F : on vient de découvrir récemment et nous en avons parlé ici, que l'anneau était en forme de spirale en fait.

L'extension verticale est de +/- 400km que l'on voit représentée ainsi sur cette photo développée, en fait suivant la présentation de S. Charnoz j'ai mis deux déroulés bout à bout pour que l'on voit bien le raccord.

Il y a plusieurs explications à ce genre de phénomènes qui ont toutes des limites.

Consultez les références dans le bas de cette page à ce sujet de l'équipe du CEA, qui sont très complètes.

Et c'est sur ces doctes paroles que ce séminaire se termine, Sébastien ayant un cours à donner à la Fac.

Merci Sébastien, de nous avoir transporté aussi loin.

Pour conclure en beauté :

La photo de l'année 2005 d'après Time Magazine : Dioné en face de Saturne,
le Soleil éclaire par le bas et projette l'ombre des anneaux sur l'atmosphère de la planète.

POUR ALLER PLUS LOIN.

Un must : tout sur la spirale de l'anneau F par S Charnoz et se collègues de l'imagerie.

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

toutes les dernières images de Cassini au JPL

Les animations et vidéos : http://saturn.jpl.nasa.gov/multimedia/videos/videos.cfm?categoryID=17

Les prochains survols : http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm

Voir liste des principaux satellites.

Consulter absolument le numéro du mois de Novembre 2005 de la revue l'Astronomie de la SAF qui contient un article fondamental de 11 pages avec superbes photos sur les anneaux de Saturne par S Charnoz

C'est tout pour aujourd'hui!

Bon ciel à tous

http://www.planetastronomy.com/