Découverte : de la pluie tombe des anneaux de Saturne

Il pleut sur Saturne. Toutes les secondes, les anneaux de la planète perdent peut-être des centaines de kilos de glace, de molécules organiques et d'autres minuscules particules dans les nuages de la géante gazeuse.

Cassini, la sonde de la NASA qui a navigué 22 fois entre Saturne et ses anneaux au cours des dernières semaines de son existence, avalant de la pluie libérée par ces derniers au passage, offre enfin aux scientifiques un bon aperçu de l'étonnante interaction de la planète avec ses anneaux.

Comprendre ce phénomène complexe n'est pas seulement un effort ésotérique. Il s'agit aussi d'un pas en avant dans la résolution d'un des plus anciens mystères du système de Saturne, à savoir l'origine et l'âge des anneaux les plus célèbres du système solaire. Découvrir quelle est la composition des anneaux et la vitesse à laquelle ils perdent des particules est essentiel pour en savoir plus sur l'histoire de la planète.

« Sommes-nous tout simplement chanceux de vivre à la période à laquelle Saturne est dotée de ces magnifiques anneaux ? », s'interroge Sean Hsu de l'Université du Colorado. « C'est aussi fascinant de se dire que si un énorme anneau se formait, cela aurait des répercussions sur les autres lunes glacées de Saturne. »

UNE PLUIE UN PEU PARTICULIÈRE

La confirmation que des particules tombent des anneaux de Saturne n'a pas été une surprise : cela fait des décennies que les théories et les observations le suggèrent. Mais les scientifiques ne savaient pas exactement comment ces particules se déplaçaient ni comment elles influaient sur la chimie des sommets de nuages situés en-dessous. Ils ignoraient aussi en quelle quantité ces particules tombaient du ciel de Saturne.

La revue Science a publié trois études qui rendent compte en détail de la pluie provenant des anneaux. Ces études font partie d'un ensemble d'observations réalisées par Cassini dans les jours précédant sa désintégration, après avoir plongé dans l'atmosphère de Saturne fin 2017.

Alors qu'elle se baladait à toute allure dans l'espace séparant Saturne de ses anneaux, Cassini se déplaçait à 107 000 km par heure, une vitesse bien supérieure à celle que les instruments à son bord pouvaient supporter. La vitesse atteinte par la sonde a eu des conséquences,ce qui a donné du fil à retordre aux scientifiques au moment d'interpréter les données.

« Ce fut très difficile pour tout le monde, mais ils sont parvenus avec une grande intelligence à déterminer ce que les instruments révélaient », confie Jack Connerney de la NASA. « Cela dépassait complètement leur domaine de conception et leur expérience. »

Pendant qu'elle se baladait dans l'espace étroit séparant Saturne de ses anneaux, la sonde Cassini a mesuré la masse de ces derniers, la gravité de la planète ainsi que son champ magnétique. Elle a également avalé des centaines de particules provenant des anneaux. À bord de Cassini, trois instruments, tous réceptifs à une pluie différente des anneaux, se sont rapidement mis au travail, étudiant les particules ingérées. Comme nous pouvions nous y attendre, les scientifiques n'ont pas exactement trouvé ce à quoi ils s'attendaient.

Tout d'abord, et ce fut une grande surprise, il existe une couche de particules de la taille du nanomètre qui flotte dans le ciel de Saturne, percute les molécules atmosphériques et finit par dériver vers l'intérieur, s'abattant le long de l'équateur de Saturne. 

« Avant les dernières gravitations de Cassini, nous ignorions l'existence de ces particules », confie Sean Hsu.

D'autres instruments ont identifié les molécules organiques qui tombent des anneaux (ils ont trouvé du méthane, du butane et du propane) ainsi que de nombreux grains riches en silicate destinés à Saturne. Comme les particules qui transportent de fortes charges électriques suivent les lignes du champ magnétique de la planète, elles tombent en majorité dans l'hémisphère sud de la planète. Les autres ont tendance à tomber le long de l'équateur de Saturne.

Alors que les anneaux de Saturne sont constitués de 95 à 99 % de glace, les scientifiques ne s'attendaient pas à en voir si peu. Selon Jeff Cuzzi du centre de recherche Ames de la NASA, ce manque de glace peut s'expliquer par l'existence, jusqu'alors insoupçonnée, d'une ceinture de radiation nichée à l'intérieur de l'anneau D de Saturrne, qui ôte de l'eau à ses conglomérats glacés. Dans ce cas, les particules détectées plus près de la planète pourraient être des restes de matériaux résistants aux radiations, à l'instar des silicates et des composés organiques.

DES PLUIES PLUS OU MOINS IMPORTANTES

Encore plus étonnant, les trois équipes de chercheurs ont obtenu des estimations très différentes de la quantité de particules qui tombent dans l'atmosphère de Saturne. Cela est sans doute dû par la mesure de différents matériaux à divers endroits autour de la planète.

Ainsi, pour la fourchette inférieure, une équipe suggère que ce sont environ 4,5 kg de nanograins provenant de l'anneau D, le plus proche de Saturne, qui tombent chaque seconde, tandis que l'on évoque le chiffre hallucinant de 45 000 kilos de particules de glace, de composés organiques et de silicates qui s'abattent chaque seconde pour la fourchette supérieure.

Pour les scientifiques, une augmentation temporaire de la pluie provenant des anneaux peut-être occasionnée par une récente collision cométaire, pourrait constituer une explication plausible aux chiffres plus élevés qui ont été trouvés. Jeff Cuzzi souligne que si ces chiffres correspondent à la quantité de particules qui tombent normalement, alors ils n'ont aucun sens : la masse des anneaux n'est tout simplement pas suffisante pour supporter une perte si importante de particules pendant des siècles d'existence.

S'il ne fait aucun doute que les anneaux déversent leur pluie sur Saturne, Jeff Cuzzi avance qu'il est trop tôt pour essayer d'estimer l'âge des anneaux à partir des différents résultats obtenus. Il s'avère toutefois, pour d'autres raisons, que les anneaux ne semblent pas très âgés.

« En théorie, l'idée selon laquelle on peut calculer l'âge des anneaux en mesurant la quantité de masse qu'ils ont perdu est bonne », indique Jeff Cuzzi. « Mais en pratique, comme pour de nombreuses bonnes idées, c'est compliqué à appliquer. »

LE MYSTÈRE DE L'ORIGINE DES ANNEAUX

Les données collectées par Cassini aident aussi à résoudre un autre mystère, celui de l'origine des anneaux. Les études suggèrent qu'ils auraient été créés par une lune ou une comète pulvérisée, au vue de leur composition similaire.

En plus de cela, Jeff Cuzzi souligne la présence d'un amas étrange de matière riche en silicate au sein de l'anneau C de Saturne. Ceci correspond exactement au genre d'éléments que l'on s'attend à voir lorsqu'une lune se fragmente. En grandissant, la lune se serait réchauffée :  les roches riches en silicate auraient fondu et se seraient enfoncées dans son noyau, tandis que les matières gelées, plus légères, auraient formé le manteau de la lune. 

Alors que Saturne fragmentait cette lune hypothétique, des gravats du noyau de la lune seraient restés coincés dans l'épaisse enveloppe de l'anneau C, tandis que le manteau glacé et aqueux aurait formé les lumineux anneaux A et B.

Reste encore à déterminer comment cela aurait pu se produire récemment, c'est-à-dire au cours des dernières centaines de millions d'années, dans un système considéré comme relativement stable depuis des milliards d'années. Quant à la façon dont interagissaient Saturne et sa lune fragmentée, là aussi, le mystère n'est pas entièrement levé.

« Le livre n'est pas encore écrit », a indiqué Jack Connerney. « Mais nous avons les brouillons de plusieurs chapitres. »

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.