Mimas, le satellite qui sépare les anneaux de Saturne

Si Saturne est la deuxième planète la plus importante de notre Système solaire en termes de masse et de taille, ce sont bien ses anneaux de glace qui la rendent si singulière. Que ce soit dans les livres de classe, au cinéma ou dans leurs diverses autres représentations, les deux anneaux les plus visibles sont toujours présentés séparés par une large bande noire. Cette bande est en réalité appelée division de Cassini et les explications concernant son existence et sa formation demeuraient un mystère, jusqu’à aujourd’hui. Des chercheurs de l’Observatoire de Paris et de l’Université de Franche-Comté ont démontré l’influence de Mimas, l’un des satellites de Saturne, sur la formation de la division de Cassini, qui agirait comme un chasse-neige. Leur étude, démontrant également que ce fossé est aujourd’hui en train de se refermer, a été publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

L’EFFET DE RÉSONANCE DU SYSTÈME SATURNIEN

Les anneaux de Saturne sont constitués de particules de glace qui tournent d’autant plus vite qu’elles sont proches de la planète. La division de Cassini elle, a une densité de particules beaucoup plus faible, lui donnant cet aspect de vide. Il existe cependant un endroit, au bord interne de cette division, où les particules tournent deux fois plus vite que Mimas. Les chercheurs ont alors fait le lien entre la division de Cassini et le satellite saturnien ; Cette caractéristique résulte en réalité d'un effet de résonance produit par Mimas sur les particules des anneaux à cet endroit précis, qui aurait pour répercussion de repousser ces particules.

À l’aide de simulations numériques, les chercheurs ont calculé que Mimas a pu en effet s’être rapproché de Saturne d’environ 9 000 km pendant un temps relativement court à l’échelle planétaire, quelques millions d’années seulement, faisant du satellite un chasse-neige à distance qui aurait élargi le fossé initial pour lui donner la largeur de 4 500 km qu’on lui connaît aujourd’hui.

Si ces recherches sont une véritable avancée, on soupçonnait déjà l’influence de Mimas dans les années 80. « On peut trouver une tentative d'explication en 1980 par Peter Goldreich, qui disait que Mimas était resté statique et que les effets résonnants auraient lentement évacué la matière sur 4,5 milliards d'années » nous expliquent Kévin Baillié, chercheur CNRS à l’Observatoire de Paris et Benoît Noyelles, chercheur à l’Université de Franche-Comté. « Cette explication n'est plus valide maintenant car on sait grâce à la mission Cassini que les anneaux de Saturne ont au maximum 200 millions d'années. »

LE FOSSÉ EST AUJOURD’HUI EN TRAIN DE SE REFERMER

Si Mimas s’est rapproché de Saturne dans un passé récent à l’échelle cosmique, la situation se serait inversée. Les chercheurs viennent en effet de montrer que les particules de glace regagneraient progressivement leur place, réduisant ainsi l’écart entre les deux anneaux les plus visibles de Saturne.

« Le mouvement de Mimas qui l'éloigne de la planète est bien à l'origine de cette fermeture de la Division de Cassini » justifient les chercheurs. « L’écart entre les anneaux va peu à peu se refermer à mesure que Mimas va relâcher sa contrainte sur les particules du bord interne des anneaux en reculant. »

La raison de ce changement de direction est énergétique. La variation de distance observée entre Mimas et Saturne résulte des échanges d'énergie entre ces 2 corps célestes. « Mimas soulève un bourrelet de marée sur Saturne, un peu comme les marées qui affectent les mers sur Terre, qui tend à ralentir la rotation de Saturne » avance Kévin Baillié. Par conservation du moment cinétique total, Mimas s'éloigne. Ce scénario fonctionne en l’état puisque le satellite est aujourd'hui majoritairement glacé et donc peu déformable, ce qui limite la quantité d'énergie qu'il peut dissiper et qui a pour conséquence d'inverser sa migration.

Pourquoi Mimas s’est approché de Saturne il y a quelques millions d’années ? Pour les deux chercheurs, il a connu un épisode de chauffage, faisant fondre sa structure et lui faisant perdre de l'énergie qui le maintenait à distance de Saturne. Ce processus de migration a pu être complété par l’assistance gravitationnelle d’un autre satellite. « Encelade est le parfait candidat pour ça » concède Benoît Noyelles.  Si dans le passé Mimas avait fait exactement N révolutions autour de Saturne pendant qu'Encelade en faisait M, « l'effet d'une résonance dite de moyen mouvement aurait couplé les mouvements de ces deux satellites ». En clair, Encelade, en se rapprochant lui-même de Saturne, a pu entraîner Mimas avec lui, ce qui les a fait chauffer au point d'avoir des océans sous leur surface qu'on leur connaît aujourd'hui.