Première mise en évidence de la déformation de Saturne par les effets marées

Première mise en évidence de la déformation de Saturne par les effets marées


En utilisant plusieurs milliers d’images des lunes de Saturne délivrées par la sonde Cassini (NASA/ESA), une équipe internationale de chercheurs nommée ENCELADE, comprenant des chercheurs de l’Observatoire royal de Belgique (ORB), parvient à mettre en évidence de toutes petites fluctuations du champ gravitationnel de la planète. Paru dans la revue Icarus, ce résultat d’une extrême finesse émane d’une série de travaux menés par la même équipe sur Saturne et ses lunes. Portée à l’image par les chercheurs, celle-ci est à découvrir, dès aujourd’hui, avec une animation de 8 min. sur la chaîne Dailymotion de l’Observatoire de Paris.

Le système saturnien et les effets de marées

Le système de Saturne, d’une extraordinaire complexité, se compose de 62 satellites recensés à ce jour. Depuis 2004, la sonde Cassini, en orbite autour de la planète géante, fournit un flot incessant d’images de tout cet environnement. Après avoir analysé plusieurs milliers d’images astrométriques d’une quinzaine de satellites de Saturne, les chercheurs ont réussi à quantifier pour la première fois les variations infimes du champ gravitationnel de la planète, une conséquence des marées levées par chacune de ces lunes.

Les effets de marées sont dus aux différences de force d’attraction d’un corps céleste exercée sur les différentes portions d’un autre. Le corps subissant ces marées va alors prendre une forme ellipsoïdale, un peu comme celle d’un ballon de rugby. Ce faisant, l’objet déformé, ici Saturne, voit son champ gravitationnel modifié ; il imprime par contrecoup un mouvement différent à ceux qui l’entourent, ici les satellites de la planète.

Une nouvelle méthode pour mesurer les variations de champ gravitationnel de Saturne

Mesurer les infimes fluctuations du champ gravitationnel de Saturne semblait impossible sans un passage proche de la sonde Cassini autour de la planète ou une expérience spatiale dédiée. Le défi a pourtant été relevé par l’équipe ENCELADE.

saturn

Légende : Sur la même orbite que Téthys, un des principaux satellites de Saturne, gravitent de part et d’autre de lui, à 60°, deux autres satellites plus petits : Télesto et Calypso. Cette configuration particulière des trois corps est la clef qui permet aux chercheurs de mesurer d’infimes variations du champ gravitationnel de Saturne. Crédit : équipe ISSI-Encelade

La méthode est astucieuse : pour pouvoir quantifier ces fluctuations infimes (quelques dizaines de milliardièmes), les chercheurs se sont appuyés sur une propriété que détiennent deux des satellites de Saturne : Téthys et Dioné. Chacun présente la particularité d’être encadré en permanence sur leur orbite par deux autres satellites plus petits, à 60°. De par cette position « désaxée », les mouvements des petites lunes sont modifiés par la déformation de Saturne sous l’action des forces de marée exercée par Téthys et Dioné. Aussi infimes soient-ils, ces mouvements sont mesurables car le système étant à géométrie constante, les effets s’accumulent, jusqu’à produire des variations de quelques dizaines de kilomètres sur dix ans.

Désormais connues, ces variations du champ gravitationnel de Saturne vont nous permettre de mieux en connaître la structure interne. Couplées avec les mesures de la sonde Cassini quand elle plongera dans l’atmosphère de Saturne en septembre 2017, elles permettront de connaître la nature du noyau central: est-il fait de roches ou d’éléments plus légers?

Une vidéo grand public : « Saturne, un écosystème »

De ces nouvelles connaissances découlent des modélisations qui renouvellent en profondeur la vision de Saturne et de son environnement. Pour rendre compte en images de cette nouvelle approche, l’équipe a réalisé une animation sous le titre « Saturne, un écosystème », mise en ligne le 17 novembre 2016 sur la chaîne Dailymotion de l’Observatoire de Paris.

Cette animation a bénéficié du soutien de l’Observatoire de Paris, de l’Université Pierre et Marie Curie (UPMC), du laboratoire d’excellence UnivEarthS (Université Sorbonne Paris Cité) et de la Fondation L’Oréal « Pour les Femmes et la Science ».

Référence

Ces travaux de recherche font l’objet d’un article paru en ligne dans la revue Icarus, sous le titre « New constraints on Saturn’s interior from Cassini astrometric data », le 31 août 2016 (version en ligne).
http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2016.07.014

La vidéo « Saturne, un écosystème » : http://www.dailymotion.com/video/x52esp2

Pour en savoir plus sur l’équipe scientifique ENCELADE :
http://www.issibern.ch/teams/saturnastrometry
http://www.upmc.fr/fr/recherche/actualites_de_la_recherche/dossiers_thematiques/encelade_ou_le_mystere_saturne/le_groupe_encelade_et_les_principaux_resultats.html

Contact scientifique :
Valéry Lainey (IMCCE)
Observatoire de Paris
+33 (0) 1 40 51 22 69
valery.lainey@obspm.fr

Contact France :
Frédérique Auffret
Observatoire de Paris
+33 (0) 1 40 51 20 29
+33 (0) 6 22 70 16 44
presse.communication@obspm.fr

Contact Belgique :
Lê Binh San PHAM
Observatoire royal de Belgique
+32 023730303
lebinhsan.pham@oma.be

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