Selon les résultats d’une nouvelle étude, Saturne pourrait devoir son système d’anneaux de balayage et son inclinaison distinctive à la mort d’une ancienne lune nommée Chrysalis.
La géante gazeuse Saturne est l’un des sites les plus spectaculaires de notre système solaire. Cependant, bien qu’elle ait été la cible de plusieurs missions ambitieuses dans le passé, des questions importantes subsistent quant à la façon dont la planète emblématique a acquis son impressionnant système d’anneaux, et exactement pourquoi elle orbite sur une inclinaison de 26,7 degrés par rapport à son plan orbital.
Les astronomes ont cru pendant un certain temps que l’angle désinvolte de Saturne était le résultat d’une interaction gravitationnelle entre la géante gazeuse, ses 83 lunes et le remorqueur exercé sur elle par la planète Neptune. La relation avec ce dernier a été établie lorsque les astronomes ont réalisé que le mouvement en forme de toupie de Saturne correspondait extrêmement bien à la cadence orbitale de Neptune.
En d’autres termes, on pensait que les deux planètes massives partageaient une forte association gravitationnelle – également connue sous le nom de résonance.
Les données recueillies par le vaisseau spatial Cassini, qui a exploré le système saturnien entre juin 2004 et septembre 2017, ont éclairé davantage la relation, en révélant que la lune massive Titan s’éloignait de Saturne à une vitesse surprenante de 11 cm par an.
Cela a conduit certains scientifiques à suggérer que l’influence gravitationnelle et le mouvement vers l’extérieur de ce satellite naturel – qui est nettement plus grand que la lune terrestre – étaient probablement responsables du maintien de la résonance orbitale entre Saturne et Neptune.
Cependant, cette théorie était fondée sur une caractéristique majeure et largement indéfinie de Saturne – son « moment d’inertie ». C’est essentiellement le terme utilisé pour décrire la répartition de la masse dans un corps céleste.
Le moment d’inertie est un facteur important pour les astronomes qui cherchent à comprendre les propriétés orbitales d’un monde, car la distribution et la densité de masse à l’intérieur d’une planète peuvent avoir une incidence significative sur son inclinaison. Par conséquent, si les scientifiques n’ont pas une bonne compréhension du moment d’inertie, il devient plus difficile de comprendre avec précision quelle est l’histoire de cette planète lorsque, par exemple, en utilisant la modélisation informatique.
L’héritage de Cassini
Désormais, une équipe de chercheurs ont maintenant utilisé les données de Cassini de la dernière partie de sa mission – connue sous le nom de « Grande Finale » – pour affiner le moment d’inertie de Saturne et ont découvert qu’il se situe en dehors de la plage nécessaire pour maintenir une résonance orbitale avec Neptune.
Au cours de la « Grande Finale », Cassini a été chargé d’entreprendre une série de plongées audacieuses entre la surface des nuages de Saturne et ses anneaux les plus internes. Au total, 22 plongées ont été effectuées, au cours desquelles le vaisseau spatial a collecté des données sur la structure interne de Saturne et la répartition de la masse dans celle-ci.
L’équipe a utilisé la modélisation informatique pour créer une carte de la distribution de masse de Saturne qui correspond aux mesures gravitationnelles du monde réel de Cassini. Alors qu’il était proche, les découvertes de l’équipe ont révélé que l’attraction de Titan n’est pas suffisante pour maintenir la résonance gravitationnelle entre Saturne et Neptune. Cependant, à en juger par l’inclinaison actuelle de Saturne, l’équipe pense qu’il y avait une résonance qui a duré des milliards d’années dans le passé, qui a ensuite été brisée.
Pour percer le mystère, l’équipe a commencé à exécuter des simulations informatiques qui ont essentiellement fait reculer l’horloge de l’évolution planétaire de Saturne dans le but de découvrir des instabilités gravitationnelles qui pourraient expliquer la rupture avec Neptune.
Après avoir effectué de nombreuses simulations, l’équipe est parvenue à la conclusion que Saturne accueillait autrefois au moins un autre satellite majeur de la taille de la lune Iapetus, qui a un diamètre actuel de 457 miles (736 km).
La mort d’une lune
Selon les résultats de l’étude, publiés dans la revue Science, l’influence gravitationnelle de cette longue lune morte aurait entretenu la fragile résonance entre Saturne et Neptune. Au cours de plusieurs milliards d’années, cette danse gravitationnelle entre les géantes gazeuses et les lunes aurait lentement entraîné l’axe de Saturne sur une inclinaison extrême.
Cependant, la relation ne devait pas durer. L’équipe estime qu’il y a environ 160 millions d’années, la lune s’est heurtée à l’influence gravitationnelle de ses frères Titan et Iapetus, et a été forcée de plus en plus près de la surface de Saturne.
Finalement, Chrysalis aurait été déchiquetée par les vastes forces exercées sur elle. La grande masse de la masse de la lune aurait disparu sous la surface nuageuse de Saturne. Cependant, une petite quantité échapperait à ce sort et finirait par se déposer autour de l’équateur.
Avec la lune détruite, la résonance finement équilibrée a été brisée, laissant Saturne avec son inclinaison orbitale distinctive et les ingrédients du fantastique système d’anneaux que nous voyons aujourd’hui.
Anthony Wood est rédacteur scientifique indépendant pour l’IGN
Crédit d’image : NASA/JPL/Institut des sciences spatiales