Saturne (planète)

Caractéristiques physiques

Saturne est un sphéroïde oblat, ce qui signifie qu'il est aplati aux pôles et qu'il se gonfle autour de son équateur. Le diamètre équatorial de la planète est de 120 536 km (74 898 mi), tandis que son diamètre polaire (la distance entre le pôle nord et le pôle sud) est de 108 728 km (67 560 mi), soit une différence de 9 %. Saturne a une forme aplatie en raison de sa rotation très rapide, une fois toutes les 10,8 heures.

Saturne est la seule planète du système solaire qui soit moins dense que l'eau. Même si le noyau de la planète est très dense, il possède une atmosphère gazeuse, de sorte que la densité spécifique moyenne de la planète est de 0,69 g/cm3. Cela signifie que si Saturne pouvait être placée dans un grand bassin d'eau, elle flotterait.

Atmosphère

La partie extérieure de l'atmosphère de Saturne est composée d'environ 96% d'hydrogène, 3% d'hélium, 0,4% de méthane et 0,01% d'ammoniac. On y trouve également de très petites quantités d'acétylène, d'éthane et de phosphine.

Les nuages de Saturne présentent un motif en bandes, comme les bandes de nuages que l'on voit sur Jupiter. Les nuages de Saturne sont beaucoup plus faibles et les bandes sont plus larges à l'équateur. La couche nuageuse la plus basse de Saturne est constituée de glace d'eau et a une épaisseur d'environ 10 km (6 mi). La température y est assez basse, à 250 K (-10°F, -23°C). Cependant, les scientifiques ne sont pas d'accord sur ce point. La couche supérieure, d'environ 77 km d'épaisseur, est constituée de glace d'hydrosulfure d'ammonium et, au-dessus, d'une couche de nuages de glace d'ammoniaque de 80 km d'épaisseur. La couche la plus élevée est constituée de gaz d'hydrogène et d'hélium, qui s'étend entre 200 km et 270 km au-dessus du sommet des nuages d'eau. On sait également que des aurores se forment sur Saturne dans la mésosphère. La température au sommet des nuages de Saturne est extrêmement basse, à 98 K (-283 °F, -175 °C). Les températures des couches internes sont beaucoup plus élevées que celles des couches externes en raison de la chaleur produite par l'intérieur de Saturne. Les vents de Saturne sont parmi les plus rapides du système solaire, atteignant 1 800 km/h, soit dix fois plus que les vents sur Terre.

Tempêtes et spots

L'atmosphère de Saturne est également connue pour former des nuages de forme ovale, semblables aux taches plus claires que l'on voit sur Jupiter. Ces taches ovales sont des tempêtes cycloniques, comme les cyclones que l'on voit sur Terre. En 1990, le télescope spatial Hubble a trouvé un très gros nuage blanc près de l'équateur de Saturne. Les tempêtes comme celle de 1990 étaient connues sous le nom de Grandes taches blanches. Ces tempêtes uniques n'existent que pendant une courte période et ne se produisent que tous les 30 ans environ, au moment du solstice d'été dans l'hémisphère nord. Des grandes taches blanches ont également été découvertes en 1876, 1903, 1933 et 1960. Si ce cycle se poursuit, une autre tempête se formera vers 2020.

Le vaisseau Voyager 1 a trouvé un motif de nuages hexagonaux près du pôle nord de Saturne, à environ 78°N. La sonde Cassini-Huygens l'a ensuite confirmé en 2006. Contrairement au pôle nord, le pôle sud ne présente aucune caractéristique de nuage hexagonal. La sonde a également découvert une tempête de type ouragan verrouillée au pôle sud qui montrait clairement un mur oculaire. Jusqu'à cette découverte, les murs oculaires n'avaient été vus que sur Terre.

Intérieur

L'intérieur de Saturne est similaire à celui de Jupiter. Elle possède en son centre un petit noyau rocheux de la taille de la Terre. Elle est très chaude ; sa température atteint 15 000 K (26 540 °F (14 727 °C)). Saturne est si chaude qu'elle émet plus d'énergie thermique dans l'espace qu'elle n'en reçoit du Soleil. Au-dessus d'elle se trouve une couche plus épaisse d'hydrogène métallique, d'une profondeur d'environ 30 000 km. Au-dessus de cette couche se trouve une région d'hydrogène et d'hélium liquides. Le noyau est lourd, avec une masse environ 9 à 22 fois supérieure à celle du noyau de la Terre.

Champ magnétique

Saturne a un champ magnétique naturel plus faible que celui de Jupiter. Comme celui de la Terre, le champ de Saturne est un dipôle magnétique. Le champ de Saturne est unique en ce sens qu'il est parfaitement symétrique, contrairement à celui de toute autre planète connue. Cela signifie que le champ est exactement aligné avec l'axe de la planète. Saturne génère des ondes radio, mais elles sont trop faibles pour être détectées depuis la Terre. La lune Titan orbite dans la partie extérieure du champ magnétique de Saturne et émet du plasma dans le champ à partir des particules ionisées de l'atmosphère de Titan.

Saturne par rapport à la taille de la Terre


Dessin de Saturne par Robert Hooke en 1666


Le nuage hexagonal du pôle nord trouvé par Voyager 1 puis par Cassini

Rotation et orbite

La distance moyenne de Saturne par rapport au Soleil est de plus de 1 400 000 000 km (869 000 000 mi), soit environ neuf fois la distance de la Terre au Soleil. Il faut 10 759 jours, soit environ 29,8 ans, pour que Saturne orbite autour du Soleil. C'est ce qu'on appelle la période orbitale de Saturne.

Voyager 1 a mesuré la rotation de Saturne comme étant de 10 heures 14 minutes à l'équateur, 10 heures 40 minutes plus près des pôles, et 10 heures 39 minutes 24 secondes pour l'intérieur de la planète. C'est ce que l'on appelle sa période de rotation.

Cassini a mesuré la rotation de Saturne comme étant de 10 heures 45 minutes 45 secondes ± 36 secondes. C'est environ six minutes, soit un pour cent, de plus que la période de rotation radio mesurée par les vaisseaux spatiaux Voyager 1 et Voyager 2, qui ont survolé Saturne en 1980 et 1981.

La période de rotation de Saturne est calculée par la vitesse de rotation des ondes radio émises par la planète. Le vaisseau spatial Cassini-Huygens a découvert que les ondes radio ralentissaient, ce qui suggère que la période de rotation a augmenté. Comme les scientifiques ne pensent pas que la rotation de Saturne ralentisse réellement, l'explication pourrait se trouver dans le champ magnétique qui est à l'origine des ondes radio.

Anneaux planétaires

Saturne est surtout connue pour ses anneaux planétaires qui sont faciles à voir avec un télescope. Il existe sept anneaux nommés : A, B, C, D, E, F et G. Ils ont été nommés dans l'ordre où ils ont été découverts, ce qui est différent de leur ordre par rapport à la planète. Les anneaux proviennent de la planète : D, C, B, A, F, G et E.

Les scientifiques pensent que les anneaux sont des matériaux laissés après la désintégration d'une lune. Une nouvelle idée dit qu'il s'agissait d'une très grosse lune, dont la plupart s'est écrasée sur la planète. Cela a laissé une grande quantité de glace pour former les anneaux, et aussi certaines lunes, comme Encelade, que l'on pense être faites de glace.

Histoire

Les anneaux ont été découverts pour la première fois par Galileo Galilei en 1610, à l'aide de son télescope. Ils ne ressemblaient pas à des anneaux pour Galilée, qui les a donc appelés "poignées". Il pensait que Saturne était trois planètes distinctes qui se touchaient presque. En 1612, lorsque les anneaux étaient en contact avec la Terre, ils ont disparu, puis sont réapparus en 1613, ce qui a encore plus troublé Galilée. En 1655, Christiaan Huygens a été le premier à reconnaître que Saturne était entourée d'anneaux. Utilisant un télescope beaucoup plus puissant que celui de Galilée, il a constaté que Saturne "est entourée d'un anneau fin et plat, qui ne touche nulle part...". En 1675, Giovanni Domenico Cassini a découvert que les anneaux de la planète étaient en fait constitués de petits anneaux avec des lacunes. Le plus grand espace entre les anneaux fut plus tard appelé la Division Cassini. En 1859, James Clerk Maxwell a montré que les anneaux ne peuvent pas être solides, mais qu'ils sont constitués de petites particules, chacune orbitant autour de Saturne de manière autonome, sinon, elle deviendrait instable ou se briserait. James Keeler a étudié les anneaux à l'aide d'un spectroscope en 1895, ce qui a prouvé la théorie de Maxwell.

Caractéristiques physiques

Les anneaux se situent entre 6 630 km (4 120 mi) et 120 700 km (75 000 mi) au-dessus de l'équateur de la planète. Comme l'a prouvé Maxwell, même si les anneaux semblent solides et ininterrompus lorsqu'on les regarde d'en haut, ils sont constitués de petites particules de roche et de glace. Ils ne font qu'environ 10 m d'épaisseur et sont constitués de roche de silice, d'oxyde de fer et de particules de glace. Les plus petites particules ne sont que des grains de poussière, tandis que les plus grandes ont la taille d'une maison. Les anneaux C et D semblent également contenir une "vague", comme les vagues dans l'eau. Ces grandes vagues ont une hauteur de 500 m, mais ne se déplacent que lentement, à environ 250 m par jour. Certains scientifiques pensent que la vague est causée par les lunes de Saturne. Une autre idée est que les vagues ont été créées par une comète frappant Saturne en 1983 ou 1984.

Les plus grands écarts dans les anneaux sont la division Cassini et la division Encke, toutes deux visibles depuis la Terre. La division de Cassini est la plus grande, mesurant 4 800 km de large. Cependant, lorsque les vaisseaux Voyager ont visité Saturne en 1980, ils ont découvert que les anneaux sont une structure complexe, faite de milliers de minces interstices et d'anneaux. Les scientifiques pensent que cela est dû à la force gravitationnelle de certaines lunes de Saturne. La petite lune Pan orbite à l'intérieur des anneaux de Saturne, créant ainsi un espace à l'intérieur des anneaux. D'autres anneaux conservent leur structure grâce à la force gravitationnelle des satellites bergers, tels que Prométhée et Pandore. D'autres interstices se forment en raison de la force gravitationnelle d'une grande lune plus éloignée. La lune Mimas est chargée de combler la lacune de Cassini.

Des données récentes de la sonde Cassini ont montré que les anneaux ont leur propre atmosphère, libre de celle de la planète. L'atmosphère des anneaux est composée d'oxygène gazeux, et elle est produite lorsque la lumière ultraviolette du Soleil brise la glace d'eau dans les anneaux. Une réaction chimique se produit également entre la lumière ultraviolette et les molécules d'eau, créant ainsi du gaz hydrogène. Les atmosphères d'oxygène et d'hydrogène autour des anneaux sont très espacées. En plus de l'oxygène et de l'hydrogène gazeux, les anneaux ont une fine atmosphère faite d'hydroxyde. Cet anion a été découvert par le télescope spatial Hubble.

Porte-parole

La sonde spatiale Voyager a découvert des éléments en forme de rayons, appelés rayons. Ceux-ci ont également été vus plus tard par le télescope Hubble. La sonde Cassini a photographié les rayons en 2005. Ils sont considérés comme sombres lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil, et apparaissent comme clairs lorsqu'ils sont éteints. Au début, on pensait que les rayons étaient faits de particules de poussière microscopiques, mais de nouvelles preuves montrent qu'ils sont faits de glace. Ils tournent en même temps que la magnétosphère de la planète, on pense donc qu'ils ont un lien avec l'électromagnétisme. Cependant, on ne sait toujours pas ce qui provoque la formation des rayons. Ils semblent être saisonniers, disparaissant au moment du solstice et réapparaissant à l'équinoxe.

Les rayons des anneaux de Saturne, photographiés par Voyager 2

Lunes

Saturne compte 53 lunes nommées, et neuf autres qui sont encore à l'étude. Beaucoup de ces lunes sont très petites : 33 ont un diamètre inférieur à 10 km et 13 ont un diamètre inférieur à 50 km. Sept lunes sont assez grandes pour être une sphère presque parfaite, causée par leur propre gravitation. Ces lunes sont Titan, Rhea, Iapetus, Dione, Tethys, Encelade et Mimas. Titan est la plus grande lune, plus grande que la planète Mercure, et c'est la seule lune du système solaire à avoir une atmosphère épaisse et dense. Hypérion et Phoebe sont les deux autres plus grandes lunes, avec un diamètre de plus de 200 km (124 mi).

En décembre 2004 et janvier 2005, un satellite artificiel appelé la sonde Cassini-Huygens a pris de nombreuses photos rapprochées de Titan. Une partie de ce satellite, connue sous le nom de sonde Huygens, a ensuite atterri sur Titan. Nommé d'après l'astronome néerlandais Christiaan Huygens, il a été le premier engin spatial à se poser dans le système solaire extérieur. La sonde a été conçue pour flotter au cas où elle se poserait dans un liquide. Encelade, la sixième plus grosse lune, a un diamètre d'environ 500 km. C'est l'un des rares objets du système solaire extérieur à présenter une activité volcanique. En 2011, les scientifiques ont découvert un lien électrique entre Saturne et Encelade. Ce phénomène est dû à l'interaction entre les particules ionisées des volcans de la petite lune et les champs magnétiques de Saturne. Des interactions similaires provoquent les aurores boréales sur la Terre.

Exploration

Saturne a été explorée pour la première fois par le vaisseau spatial Pioneer 11 en septembre 1979. Il a volé à près de 20 000 km au-dessus du sommet des nuages de la planète. Il a pris des photos de la planète et de quelques unes de ses lunes, mais avec une faible résolution. Il a découvert un nouvel anneau fin appelé l'anneau F. Elle a également découvert que les interstices des anneaux sombres apparaissent brillants lorsqu'on les regarde vers le Soleil, ce qui montre que les interstices ne sont pas vides de matière. Le vaisseau spatial a mesuré la température de la lune Titan.

En novembre 1980, Voyager 1 a visité Saturne et a pris des photos à haute résolution de la planète, des anneaux et des lunes. Ces photos ont permis de montrer les caractéristiques de la surface des lunes. Voyager 1 s'est approché de Titan, et a obtenu de nombreuses informations sur son atmosphère. En août 1981, Voyager 2 a continué à étudier la planète. Les photos prises par la sonde spatiale ont montré que des changements se produisaient au niveau des anneaux et de l'atmosphère. Les engins spatiaux Voyager ont découvert un certain nombre de lunes en orbite autour des anneaux de Saturne, ainsi que de nouvelles lacunes dans les anneaux.

Le 1er juillet 2004, la sonde Cassini-Huygens est entrée en orbite autour de Saturne. Avant cela, elle avait volé près de Phoebe, prenant des photos à très haute résolution de sa surface et collectant des données. Le 25 décembre 2004, la sonde Huygens s'est séparée de la sonde Cassini avant de descendre vers la surface de Titan et d'y atterrir le 14 janvier 2005. Elle s'est posée sur une surface sèche, mais elle a découvert que de grandes masses de liquide existent sur la lune. La sonde Cassini a continué à recueillir des données sur Titan et sur un certain nombre de lunes glacées. Elle a trouvé la preuve que la lune Encelade avait de l'eau qui sortait de ses geysers. Cassini a également prouvé, en juillet 2006, que Titan avait des lacs d'hydrocarbures, situés près de son pôle nord. En mars 2007, elle a découvert un grand lac d'hydrocarbures de la taille de la mer Caspienne près de son pôle nord.

Cassini a observé des éclairs sur Saturne depuis le début de 2005. La puissance de la foudre a été mesurée comme étant 1 000 fois plus puissante que celle de la foudre sur Terre. Les astronomes pensent que la foudre observée sur Saturne est la plus puissante jamais vue.

Saturne vue de la navette spatiale Cassini en 2007


Dessin de Cassini en orbite autour de Saturne

Pages connexes

• Liste des planètes