Anciens anneaux jeunes : Saturne intrigue toujours les astronomes

Minuscule Mimas

La lune glacée Mimas en orbite sous les anneaux de Saturne, capturée par le vaisseau spatial Cassini explorant le voisinage de Saturne. La lune a une largeur de 246 miles (396 kilomètres). (Crédit image : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)





Paul Sutter est astrophysicien à L'université d'État de l'Ohio et le scientifique en chef de Centre des sciences COSI . Sutter est également l'hôte de ' Demandez à un astronaute , '' Espace réel ' et ' COSI Science maintenant . '

L'humanité observe les anneaux de Saturne depuis plus de 400 ans, depuis que Galileo Galilei a entraîné pour la première fois son télescope domestique sur le mystérieux système. La vue des anneaux le troubla ; en raison du manque de pouvoir de résolution, il n'a vu que deux morceaux de chaque côté de la planète qui disparaissaient et réapparaissaient toutes les quelques années - et, pour être parfaitement honnête, ces structures confondent encore les scientifiques aujourd'hui.

Qu'est-ce qu'il y a dans un nom?

Les étiquettes que les scientifiques attribuent aux différentes parties du système d'anneaux sont l'incarnation parfaite de l'évolution de la (manque de) compréhension des chercheurs des anneaux de Saturne. Et si jamais vous vous demandez comment le domaine de l'astronomie se retrouve avec des systèmes de nommage absurdes, non intuitifs et peu utiles, je vous présente la pièce A.



Ou plutôt, les pièces A et B. Et C et D. Et ainsi de suite. [Les anneaux de Saturne viennent d'obtenir le gros plan ultime de Cassini (Photos)]

Au début, après que des astronomes comme Christiaan Huygens aient mieux vu Saturne, les « bras » de Galilée se sont transformés en un « anneau ». Pas de sonneries - juste un seul disque autour de la planète. Quelques décennies plus tard, Jean-Dominique Cassini a repéré une lacune au milieu du disque, révélant que le mystère en orbite autour de Saturne était définitivement pluriel.

Mais comment appeler ces choses mystérieuses et plurielles ? Que diriez-vous de « A » pour l'anneau extérieur et « B » pour l'anneau intérieur ? Bien sûr, c'est logique. Puis, en 1850, les astronomes ont repéré un faible anneau intérieur. Alors, ils ont décidé, allons-y avec 'C.'



Le nombre d'anneaux autour de Saturne s'élevait à trois jusqu'à la mission Voyager, qui a identifié un anneau intérieur très faible. Les astronomes avaient de bonnes choses à faire, alors cet anneau a été dûment étiqueté « D ».

Ensuite, des observations plus détaillées ont révélé un autre anneau, celui-ci situé à l'extérieur de l'anneau A, le plus à l'extérieur. Eh bien, tirez. Et s'il portait le nom « E », à la fois parce que c'est la lettre suivante de l'alphabet et parce que la bague faisait une exception au système d'étiquetage bien rangé ? Sûr.

Bien sûr, les astronomes ont alors trouvé un anneau à l'extérieur de A mais à l'intérieur de E. Qu'en est-il de F ? Et puis un autre entre F et E. Tout était alors monté survolté, alors les chercheurs se sont collés à G.



Après des siècles d'observations, les anneaux majeurs de Saturne sont maintenant étiquetés, dans l'ordre du plus intérieur au plus extérieur, comme D-C-B-A-F-G-E, parce que l'histoire. Avec la mission Cassini, qui a été explorer le système de Saturne depuis 2004, les astronomes ont découvert des dizaines d'autres anneaux, boucles, lacunes et divisions. Et donc les chercheurs ont totalement abandonné les lettres et ont juste commencé à nommer des parties du système compliqué après des personnes. Et je suis sûr qu'une fois que la liste des noms de personnes sera tarie, les chercheurs reviendront aux lettres. [ Photos : les anneaux glorieux de Saturne de près ]

Un anneau pour les gouverner tous

Il vaut mieux ne pas considérer les anneaux de Saturne comme … eh bien, sonne. Penser ainsi vous plonge dans la folie d'essayer de nommer leurs structures et leurs sous-structures. Au lieu de cela, considérez-les tous ensemble comme un disque - un disque composé d'innombrables particules avec des tailles allant de morceaux de poussière à des morceaux de rochers, mais un disque néanmoins. Les « anneaux » ne sont que des endroits où il se trouve qu'il y a plus de particules que la moyenne, et les « espaces » sont des régions du disque avec moins de bits que la moyenne.

Ce disque de Saturne est un lieu dynamique et complexe, en constante évolution et se remodelant à partir de ses propres interactions internes et les influences gravitationnelles des lunes de la planète.

Et les astronomes n'en comprennent pas la plupart, même après avoir étudié le système pendant des centaines d'années. Oui, les scientifiques comprennent l'essentiel : la rétroaction gravitationnelle entre les anneaux et la lune Mimas est en grande partie responsable de la division Cassini (celui qui sépare les anneaux A et B). Les éruptions glaciales de la lune Encelade alimenter en continu l'anneau E. Les lunes Prométhée et Pandore maintiennent l'anneau F sur une petite ligne fine, le façonnant en un tissage surprenant ressemblant à une tresse.

Mais les détails sont sommaires. La division Cassini est elle-même subdivisée en minuscules boucles et minces lacunes. Quelles interactions les provoquent ? Prometheus et Pandora influencent évidemment l'anneau F, mais les simulations ne peuvent pas obtenir le bon motif. Des rayons, des plis et des touffes apparaissent à l'intérieur des anneaux. L'anneau D varie en luminosité toutes les quelques années. Ondes de densité en spirale - le même type d'ondes qui donnent à certaines galaxies leur motif distinctif d'étoiles brillantes - se propager dans tout le système.

La contradiction de Saturne

Le système d'anneaux de Saturne (ou le disque de Saturne, si vous préférez) est un endroit désordonné, compliqué et tout à fait fascinant. Et au cœur de ce mystère se trouve l'âge des anneaux. Si les astronomes pouvaient découvrir les origines des anneaux, alors peut-être que la science pourrait commencer à comprendre la nature dynamique de la structure des anneaux.

Malheureusement, une réponse même à cette simple question s'est avérée frustrante et insaisissable. Les scientifiques ne savent pas. Le problème est qu'il existe deux lignes de preuves parallèles qui pointent dans des directions complètement opposées : une ligne indiquant clairement un jeune système d'anneaux (de quelques centaines de millions d'années environ, ce qui en astronomie est considéré comme « jeune »), et une autre signifiant de façon concluante un système aussi vieux que Saturne lui-même.

Les particules qui composent le système d'anneaux de Saturne sont d'une pureté fantastique : environ 95 % de glace d'eau simple. Mais le système solaire est un endroit désordonné, avec de la poussière et des micrométéorites flottant tout autour. Comment les bagues restent-elles si propres sans rien pour les dépoussiérer ?

Avec tous les débris qui dérivent autour du système solaire, les anneaux ne devraient rester brillants que pendant une centaine de millions d'années. De plus, ces particules annulaires se heurtent constamment dans leur course perpétuelle effrénée autour de Saturne. Certes, après d'innombrables collisions, rien de tel que les rochers trouvés sur les anneaux ne devrait rester. Ils auraient dû être réduits en poussière en peu de temps. Ergo, ce sont de jeunes bagues.

Mais regardez combien de choses sont dans les anneaux, presque égalant la masse de Mimas, la lune de Saturne ! D'où vient tout ce matériel ? La seule fois où Saturne aurait raisonnablement pu, par exemple, déchirer une lune errante, c'était dans les premiers jours du système solaire, lorsque ces événements étaient plutôt courants. De nos jours, le système solaire est trop ordonné et trié pour que Saturne rassemble suffisamment de matériel d'anneau pour faire son magnifique spectacle. Ergo, ce sont de vieilles bagues.

Quelle est la réponse? Peut-être que les deux conclusions sont vraies. Peut-être que le matériau des anneaux de Saturne a été ensemencé il y a plus de 4 milliards d'années, mais la structure est relativement jeune et en évolution. Peut-être existe-t-il une sorte de mécanisme de « recyclage » qui maintient les particules agglomérées et glacées glacées et agglomérées. Peut-être que la danse complexe des particules annulaires, des lunes et des lunes rafraîchit le système à nouveau tous les 100 millions d'années, le dépoussiérant et lui donnant un nouvel arrangement, créant un ancien système qui semble jeune.

Peut-être - c'est difficile à dire. Tout comme les autres disques de l'univers, tels que les galaxies et les systèmes protoplanétaires, la physique est compliquée. C'est amusant et fascinant, mais compliqué.

En savoir plus en écoutant l'épisode « Quoi de neuf avec les anneaux de Saturne ? » sur le podcast 'Ask a Spaceman', disponible sur iTunes et sur le Web à http://www.askaspaceman.com . Merci à Jamal pour les questions qui ont conduit à cette pièce ! Posez votre propre question sur Twitter en utilisant #AskASpaceman ou en suivant Paul @PaulMattSutter et facebook.com/PaulMattSutter .