On sait maintenant combien de temps dure une journée sur Saturne

La beauté du délicat système des anneaux de Saturne est incontestable, mais la fascination que nous avons pour eux ne se limite pas à leur aspect esthétique ; ces anneaux sont aussi la promesse de découvertes scientifiques exceptionnelles.

Une étude publiée dans The Astrophysical Journal utilise les anneaux de la planète pour répondre à une question étonnamment frustrante : Combien de temps dure une journée sur Saturne ? La réponse : 10 heures, 33 minutes et 38 secondes.

Cette révélation est importante car elle est « une information fondamentale pour toute planète du système solaire », note le physicien de l'Université de l'Iowa, Bill Kurth, qui a travaillé pour la mission Cassini de la NASA sur Saturne, mais qui n'a pas pris part à l'équipe. Savoir combien de temps dure une journée sur une planète donnée peut aider à interpréter son champ gravitationnel et sa structure interne. Mais pour la planète aux anneaux, c'est une variable que les astronomes peinent à définir depuis des décennies.

« Saturne est la seule planète dont la rotation est difficile à mesurer », explique Matthew Tiscareno, chercheur principal à l'Institut SETI, qui n'a pas pris part à la nouvelle étude. Il explique que les planètes telluriques ont des caractéristiques de surface qui peuvent être suivies. Ce n'est pas le cas pour les trois géantes gazeuses, mais elles ont des champs magnétiques inclinés qui vacillent lorsque ces planètes tournent, et les perturbations peuvent être utilisées pour calculer la vitesse de rotation de chaque planète.

Saturne, cependant, n'obéit pas aux mêmes règles. Les nuages ​​chaotiques tourbillonnants de la planète ont pour effet qu'aucun élément de surface ne peut être suivi correctement. Dans le même temps, plusieurs engins spatiaux en orbite autour de Saturne ont confirmé que son champ magnétique est étrangement presque parfaitement aligné avec son pôle de rotation. Cela signifie que sa rotation ne provoque aucun changement mesurable dans son champ magnétique.

LA CAISSE CLAIRE DU SYSTÈME SOLAIRE

Pendant des années, les scientifiques ne parvenaient pas à comprendre comment résoudre cette énigme. Une équipe de recherche dirigée par Christopher Mankovich, étudiant en astronomie et astrophysique à l'Université de Californie à Santa Cruz, a alors eu une idée.

Les anneaux de Saturne sont loin d'être statiques. Parfois, ils ondulent, notamment quand les lunes en orbite les attirent vers elles alors qu’elles passent près de la glace et de la poussière qui les composent. Mais ces ondes peuvent également être provoquées par les oscillations de la matière au plus profond de l'intérieur énigmatique de Saturne. Si une masse en mouvement crée des changements localisés dans le champ gravitationnel de la planète, elle exerce aussi une attraction sur les anneaux.

C'est un peu comme une caisse claire : un mouvement secoue l'instrument principal, et la caisse claire tremble.

« Même si vous ne pouvez pas entendre ses oscillations, Saturne ressemble beaucoup à un instrument de musique », explique Mankovich. « Son timbre, comme dans l'ensemble des fréquences de ses oscillations, est dicté par sa structure générale : sa taille, sa forme, sa composition, sa température, etc. »

Il ne faut pas beaucoup d'efforts pour déclencher ces vagues. Si une masse égale à l'une des lunes de taille modérée de Saturne se déplace au sein de la planète, une partie des anneaux peut bouger dans les deux sens. 

Les propriétés de ces ondes dépendent de ce qu'elles traversent et de ce qui les a générées. C'est dans cet esprit que l'équipe de Mankovich a créé un modèle numérique sur mesure, conçu pour utiliser les ondes des anneaux de Saturne afin de déterminer la structure intérieure de la planète. Leur modèle a non seulement révélé une partie du fonctionnement interne saturnien, mais il a également permis de calculer la durée d'une journée sur Saturne.

L’équipe a fait « un travail prudent et fiable » en résolvant cette question récurrente, explique Tiscareno.

UNE IMMENSE SONDE SPATIALE

Pourquoi cela a-t-il pris si longtemps ? Le fait que la masse interne de Saturne et son comportement puissent causer des ondes circulaires a été mis en évidence pour la première fois au début des années 1990. Et une série d'études récentes dirigées par Matthew Hedman, de l'Université de l'Idaho, se sont également appuyées sur la notion de développement de ce que l'équipe appelle la kronoseismologie, ou la capacité de voir ce qui se passe à l'intérieur de Saturne en utilisant les vagues dans ses anneaux, un concept initialement suggéré dans 1982.

Enfin, Cassini a percé le mystère, comme l'explique James O'Donoghue, spécialiste en sciences planétaires au Goddard Space Flight Center de la NASA, qui n’a pas participé à l’étude.

De nombreux engins spatiaux ont survolé Saturne, mais Cassini a orbité autour de la géante gazeuse pendant 13 ans avec des instruments capables de regarder ses anneaux avec une résolution sans précédent. Cela lui a permis de déceler de minuscules détails « impossibles à observer » avec des télescopes au sol, explique O'Donoghue. 

Même si nous savons que quelque chose dans la géante gazeuse provoque l'apparition de ces ondes circulaires, personne ne sait ce que cela pourrait être. Un nouveau document sur le site arXiv.org suggère que des impacts géants dans le passé lointain de Saturne pourraient être responsables, pour ainsi dire, et provoquer le chaos interne en cours, même si la cause de ces oscillations à l'intérieur de Saturne reste un véritable mystère.

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