CASSINI découvre un anneau spiral autour de Saturne

Science , 25 Novembre 2005

Sébastien Charnoz (charnoz(at)cea.fr) 1
Carolyn Porco 2
Estelle Déau 1
André Brahic 1
Joseph Spitale 2
Guillaume Bacques 1
Kevin Baillie 1

 

 

1 : Université Paris 7 France / CEA Saclay / CNRS
2 : CICLOPS Institute, Boulder, Colorado, USA


Résumé (Communiqué de l'Université Paris 7)


L’équipe (A.I.M, Université Paris 7 / CEA /CNRS) vient de découvrir un anneau ... en forme de spirale qui s'enroule, au moins 3 fois autour de la planète Saturne : les résultats sont maintenant publiés dans la revue Science . Les simulations numériques montrent que cette spirale sans équivalent dans notre système solaire est le résultat de la collision entre un jeune satellite et l'anneau F de Saturne (découvert lors du passage des missions Voyager 1 et 2). L'anneau F de Saturne serait donc probablement une structure éphémère, lentement détruite par les petits satellites en son sein. Ces petits satellites sont en cours de formation au bord des anneaux de Saturne, un peu comme les planètes se sont formées, il y a 4,5 milliards d'années et la mission Cassini, nous permet de les voir se former presque en "temps réel" sous nos yeux.

 

Un beau travail d'équipe, que nous vous présentons ici...


L’anneau F est un des objets les plus étonnant du Système Solaire : une forme changeante, une structure dynamique complexe. On pense que de petites lunes se forment en permanence à l’intérieur.

Il est situé à 140000 km de Saturne, 4000 km au delà du bord de l’anneau A

 

 

 


Il est composé d’un anneau central brillant, appelé le « cœur » et de petits annelets concentriques, appelés « filaments ».

 

 

 

 

 

 

Détail de l’anneau F, vu par Cassini.

Le petit satellite sur la droite est Pandore.

 

 

 

A l’aide d’images de Cassini, nous avons produits des cartes à 360° de l’anneau F. A notre grand surprise, nous avons découvert que les filaments sont en réalité une unique structure, en forme de spirale, s’enroulant au moins 3 fois sur elle-même.

Voici la carte de la découverte. L’anneau y est représenté «à plat » à 360°. Nous avons répété l’image deux fois pour bien voir les filaments (« spiral »). Nous voyons qu’ils sont tous reliés entre eux en une unique structure spirale.
n this map, the F ring is mapped at 360°.


Un dessin de la spirale vue de dessus (Attention : les échelles de tailles sont exagérées pour faciliter la visualisation).


Ceci est un dessin. (remerciement à www.animea.com)

En ralité, la spirale est si étroite qu’à cette distance elle apparaîtrait comme un simple cercle.

En effet, la spirale fait 280000 km de diamètre pour seulement 800 km de largeur.

Grande Image(700Ko)


 

C’est une nouvelle catégorie d’anneaux, sans équivalent connu dans le Système Solaire.

De plus, cette spirale tourne sur elle-même ! Elle fait un tour en 15 h environ !


L’anneau F est décidemment une structure dynamique étonnante ! Cette spirale est peut-être la signature de l’existence de petites lunes en formation dans l’anneau.


Il est très probable que la spirale soit ephèmère, à l’instar de l’anneau F lui-même dont beaucoup pensent qu’il disparaîtra un jour.


 


 

Comment la spirale s’est elle formée ?
Par quel mécanisme ?

 

Nous pensons qu’une collision entre le cœur de l’anneau F avec une petite lune , encore à découvrir, en serait la cause!


UNE IDEE SIMPLE

1. Une petite lune traverse le cœur de l’anneau. A l’endroit de l’impact, le matériau de l’anneau est dispersé dans l’espace.

2. Ce matériau ensuite s ’étale en cercle autour de Saturne.

3. Au cours de ce mouvement, le matériau ensuite s’enroule naturellement en spirale. C’est une conséquence classique de la dynamique orbitale.

Note : les anneaux ne sont pas solides, mais constitués de milliards de petits blocs de glace, de quelques centimètres typiquement.

 


Nous ne savons pas exactement quelle Lune serait impliquée dans la collision.

Cependant, nous avons plusieurs candidats observés par Cassini au voisinage de l’anneau.

 

 

 

Plusieurs petites lunes découvertes par Cassini au voisinage de l’anneau F.

Peut-être que l’une d’entre elle est responsable de la formation de la spirale.

 

 

 


Ce scénario a été exploré à l’aide de simulations numériques. Les résultats sont très encourageants en en accord ce que nous attendions.


1. Imaginons une petite lune s’approchant de l’anneau.


 

 


2. La petite lune traverse le cœur de l’anneau et disperse des particules de glace

 

 

 


3. Ensuite les particules dispersées dans l’espace se dispersent. Celles au dessus de l’anneau suivent le satellite, celles en dessous partent en sens inverse. C’est un effet classique de la mécanique céleste.

4. A cause de ce mouvement particulier, les particules finissent par former une spirale autour de Saturne.

 


Le phénomène vu depuis le pôle Nord de Saturne. Attention, pour faciliter la visualisation (les échelles ne SONT PAS respectées)

Nous nous plaçons juste aprés la rencontre.

Regardons comment la spirale se forme.

Le segment solide est le matériau dispersé depuis l’anneau F

 

 

FILM(3Mo) (Remerciements à www.animea.com)


Au cours du temps, le matériau s’étale en forme de spirale autour de Saturne

En réalité, la spirale tourne sur elle même. Voici une vidéo un peu plus exacte de la situation:
Spirale en rotation (3Mo) (www.animea.com)


Quel est le satellite responsable ?

Nous ne savons pas exactement, mais nous avons un suspect :

Cassini a récemment découvert une petite lune, appelée pour l’instant S6, qui tourne au voisinage de l’anneau F. Nous pensons que s’est peut-être elle à l’origine de la spirale. Cela reste cependant encore à confirmer


NOTE:
En 2009 le grand satellite Prométhée rentrera en collision avec
l’anneau F. Il est très probable alors que de nouvelles spirales seront formées, que nous verrons évoluer en directe grâce à la sonde Cassini !


 

CREDITS :

Images Cassin : NASA/JPL/ Space Science Institute

Schémas, animations: SCIENCE

Les schémas et animations on été générés grâce au talent de:

ANIMEA (www.animea.com) .

D'autres animations de Saturne sont disponibles sur leur site.


CONTACT :

Sébastien Charnoz

charnoz@cea.fr

 

 


LIENS

Images Cassini

Equipe d'imagerie Cassini

Images Cassini des anneaux A et F

Image Cassini de Pandore passant à coté de l'anneau F

Images Cassini de nouvelles lunes récemment découvertes

Detection de la Spirale

Carte à 360° map de la spirale


Infographie (www.animea.com)
De superbes animations de Saturne en 3D sur ANIMEA !

Dessin de la spirale vue de dessus

Film de la formation de la spirale (3Mo)

Schéma 1 de la spirale

Schéma 2 de la spirale

Schéma 3 de la spirale

Schéma 4 de la spirale


Equipe Scientifique

Sébastien Charnoz

Cassini Imaging Team (CICLOPS)

Université Paris 7

Equipe A.I.M. (CEA/SAp, France)