Mise à jour 25 Mai 2018

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.

Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation sur les villages lunaires, elle est disponible sur ma liaison ftp et se nomme : satellites-arlot-mai2018.pdf, qui se trouve dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2017-2018.

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet

Astronome à l'IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et des Calculs des Éphémérides). Directeur de l'IMCCE de 1992 à 2001 Ancien Directeur de recherches du CNRS

Le système solaire renferme des astres divers, planètes, satellites, astéroïdes, comètes, météorites,…

Parmi ceux-ci, les satellites des planètes présentent des variétés étonnantes où l’on trouve des volcans actifs, des océans, des geysers,… Mieux, l’observation de ces corps nous renseigne sur les planètes elles-mêmes et sur l’histoire du système solaire. Enfin, ce sont les satellites de Jupiter qui, depuis 400 ans, nous ont appris à mieux connaître la Terre !

La définition des corps célestes de l’Union Astronomique Internationale (août 2006):

- Les petits corps du système solaire (c’est le reste…) : il n’y a plus de distinction entre comètes et astéroïdes.

- ils tournent autour d’une planète et le centre de gravité du système est à l’intérieur de la planète

- ils sont très divers, de la taille d’une planète (Ganymède est plus gros que Mercure) à celle d’un caillou !

Ne pas confondre avec les objets binaires quand le centre de gravité est en dehors du corps central (exemple : les astéroïdes binaires)

Illustration : Les principaux satellites naturels du Système solaire, à l'échelle par rapport à la Terre.

PLANÈTE	Nbr de sat principaux	Nbr de sat observés
MERCURE	0	0
VENUS	0	1 ? (erreur passée)
TERRE	1	1 +
MARS	2	2
JUPITER	4	63 +
SATURNE	1 (+ 7)	62
URANUS	4 (+1)	27
NEPTUNE	1 (+ 1)	13

Concernant Vénus, fin du XVII on a cru apercevoir un satellite à Vénus (Cassini), ça a duré un siècle, mais ensuite l’idée fut abandonnée.

En ce qui concerne notre belle planète, certains astéroïdes peuvent être captés et deviennent provisoirement satellites de la Terre.

Ce fut le cas de l’astéroïde 3753 Cruithne qui accompagne notre planète autour du Soleil. C’est un corps de 5 km de diamètre et officiellement notre satellite ; on dit plutôt quasi-satellite. Découvert en 1986.

Un autre 2002 AA29 etc.. voir cet astronews que j’avais écrit à l’époque à ce sujet.

En écrivant les voyages de Gulliver en 1727, J Swift avait eu la prémonition que les Lilliputiens avaient connaissance de deux satellites de Mars dont les périodes n’étaient pas trop éloignées des vrais satellites.

Mais c’est à, Asaph Hall, qui avait étudié longuement la planète rouge (en 1877) que l’on doit la découverte de Phobos et Deimos.

C’est la lunette de 66 cm de l’Observatoire de Washington qui permit cette découverte.

Ils furent baptisés des noms de Deimos et de Phobos (la Terreur et la Crainte), qui sont les compagnons habituels du dieu de la guerre.

Ces deux lunes orbitent Mars très près de la surface, Phobos est en fait en dessous de la limite de Roche, ce qui veut dire qu’il s’écrasera un jour sur Mars.

À tout seigneur, tout honneur, c’est Galilée qui le premier, remarque des satellites autour d’une planète (Jupiter), on est en 1610. Une révolution !

Les satellites de Jupiter, sont observés pour la première fois par Galilée avec sa lunette. Étape de pensée fondamentale pour l’époque : tout ne tourne pas autour de la Terre. Remise en cause des dogmes en vigueur. Danger !

Illustration : table des éclipses de Io devant servir à déterminer la longitude du lieu d’observation.

Galilée envisage même sérieusement de résoudre le problème crucial de la détermination de la longitude (particulièrement en mer) à l’aide de ces chronomètres que sont ces éclipses de ces 4 satellites que l’on va bientôt appeler galiléens.

Mais cette méthode s’avérera trop délicate à utiliser en mer (le problème sera résolu par Harrison un horloger britannique qui y consacra sa vie et sa santé).

Signalons que l’étude des satellites de Jupiter permit à Ole Römer d’évaluer pour la première fois la vitesse de la lumière à l’Observatoire de Paris en 1676.

Au cours des siècles, les instruments se perfectionnent et les observations des occultations deviennent plus précises.

On va même utiliser les occultations mutuelles entre satellites, beaucoup plus précises que les occultations avec Jupiter, car Jupiter est une planète gazeuse, et l’occultation n’est pas franche.

On gagne beaucoup en précision de position comme on le voit sur le tableau ci-contre.

Si le nombre des satellites de Jupiter semble énorme, on a aussi mis au jour un groupe de satellites lointains ou extérieurs.

Ils sont éloignés du plan équatorial de la planète, et sont répartis en deux groupes.

Maintenant les différentes missions spatiales : Voyager, Galileo, Juno …nous font découvrir le monde complexe des satellites de Jupiter.

En effet celui-ci émet des geysers d’eau chaude, indice de la présence d’eau liquide dans son intérieur sous la couche de glace.

Un peu après que Galilée s’intéresse à Jupiter et ne comprend pas les anneaux de Saturne, Jean Dominique Cassini, devient directeur de l’Observatoire de Paris qui se construit.


Notes originales de JD Cassini signalant qu'il voit Saturne avec la lunette de 100 pieds.	Détail des notes de JD Cassini.

Puis c’est Huygens qui détecte Titan en 1655, le plus gros satellite de Saturne, normal, il a les meilleurs instruments de l’époque, c’est lui-même qui les fabrique.

Cassini découvre lui, bien plus tard (1671-72), Japet puis Rhéa et d’autres à l’occasion de l’équinoxe où les anneaux sont invisibles, à l’équinoxe suivante, il découvre Téthys et Dioné.

C’est Cassini lui-même qui remarque une bande sombre dans les anneaux en 1675, elle va s’appeler la division de Cassini.

Ce n’est qu’un siècle plus tard que W Herschel découvre Encelade et Mimas ; les plus gros sont maintenant mis au jour.

Il faudra attendre l’ère spatiale pour augmenter le nombre de satellites de façon significative.

Durant l’ère moderne, des phénomènes d’occultation d’étoiles mettent au jour l’atmosphère de méthane de Titan.

Mais là où on en a appris le plus sur Saturne, Titan et les autres satellites, c’est lors de la mission Cassini-Huygens que nous avons relaté maintes fois dans ces colonnes. Aussi je ne m’appesantis pas sur le grand nombre de découverte de cette superbe mission.

Une des grandes surprises a été l’émission de geysers d’eau chaude du pôle Sud d’Encelade par ces fameuses « griffures de Tigre ».

On en est arrivé à la conclusion que des forces de cisaillement (shear en anglais) mécaniques génèrent de la chaleur (transformation de l'énergie mécanique en chaleur comme quand vous vous frottez les mains). Ces forces de cisaillement sont causées par les effets de marées dans la croûte d'Encelade, particulièrement actives au Pôle Sud dans la région des griffures de tigre dont nous avons déjà parlées.

Ces forces de cisaillement sont aussi activées par le fait que l'orbite est excentrique, si bien qu'elles ne sont pas constantes et que les "griffures" glissent les unes le long des autres périodiquement (de l'ordre du demi mètre) laissant échapper ainsi la vapeur d'eau dans l'espace.

Il y aurait un océan d'eau liquide sous la surface qui se comporte comme un réservoir, un peu comme sur Terre, serait le lac Vostok en Antarctique.

L'eau et la poussières sont éjectées à travers ces puits vers la surface, la plupart des particules de glace n'atteint pas la vitesse de libération (240m/s) et retombe sur le satellite. Seule 10% des particules d'eau s'échappent et vont ensemencer l'anneau E.

Nombreux satellites très divers et découvertes des satellites bergers et gardiens d’anneaux.

Cassini vient de prendre en flagrant délit l'action d'un des satellites gardiens, Prométhée en train d'attirer par gravité de la matière de cet anneau.

On remarque dans le bas de la photo une déformation qui est un reste du passage précédent de Prométhée à cet endroit près de F.

Image prise dans le visible (colorisée par moi) le 14 Mars 2007 d'une distance de 1,8 millions de km.

La sonde Cassini découvre aussi une petite lune dans la division de Keeler (située à 250 km à l'intérieur de l'extrémité de l'anneau A).

Cette division qui fait à peine 35km de large, contient en effet (comme c'est souvent le cas, par exemple Pan dans la division Encke) un satellite qui "nettoie" tout sur son passage (résonance), il a 7 km de diamètre approximativement. Il a été nommé Daphnis.

Image prise le 2 Mai 2005 avec le télé à une distance de 600.000km de Saturne.

De plus cette division étant tellement petite qu'il perturbe les bords en y créant des "vagues" comme le ferait un hors-bord passant près d'un rivage. Ces effets gravitationnels sur ces bords, devraient permettre d'accéder au calcul de sa masse d'après Carl Murray de l'Université Queen Mary de Londres qui fait partie de l'équipe d'imagerie. Cela permettra aussi d'évaluer sa compacité, est-elle poreuse ou compacte, ce qui serait une indication sur sa formation.

Pour s'en assurer il suffit de visionner le petit film fait par nos amis du service imagerie (CICLOPS) de Carolyn Porco.

Cette animation est la combinaison de 12 photos espacées chacune de 16 minutes, prises le 1^er Mai 2005 d'une distance de 1,1 million de km avec la caméra téléobjectif.

Les anneaux (de 70.000 km à 140.000 km de la planète) sont extrêmement fins (qq dizaines de m).

À l’extérieur des anneaux on compte un grand nombre de petits et moyens satellites.

Il semble que ces petits satellites (beaucoup sont très brillants) soient plus jeunes que ce que l’on pensait.

Des simulations numériques ont aidé à bâtir un modèle où des satellites se forment à partir de la condensation des anneaux. Ce serait des « bouts d’anneau » condensés (ces « bouts » dépassent la limite de Roche) il y a quelques millions ou dizaines de millions d’années

C’est William Herschel qui découvre les deux plus gros Titania et Oberon en 1787, les autres en partie par Lassel (Ariel et Umbriel) et Kuiper (Miranda). D’autres seront découverts par Hubble et par les sondes spatiales.

Uranus possède aussi un système d’anneaux, moins élaborés certes que ceux de Saturne, ils ont été découverts en 1977 et plus tard aussi (Hubble, Voyager).

Comme les trois autres planètes gazeuses, Neptune possède anneaux et satellites.

Triton le gros satellite a été découvert en 1846 par W Lassel. Les autres satellites sont beaucoup plus petits.

On se souvient que les anneaux de Neptune ont été découvert par le regretté André Brahic avant le passage de Voyager, ils s'appellent Liberté Égalité Fraternité, mais pas de chance peu après Cécile Ferrari découvre un quatrième, ce sera Courage!

Cela fait CLEF en acronyme ce qui est vraiment la clef de la compréhension peut être et en anglais c'est la clé musicale, pas mal aussi.

Prochaine conférence mensuelle de la SAF à TeleComParistech : Vendredi 15 Juin 2018 19H00

CONFÉRENCE DE Françoise COMBES
Astrophysicienne Observatoire de Paris Collège de France SUR

Entrée libre mais réservation obligatoire. (Vigipirate) (attention amphi presque plein, reste 30 places à ce jour)