Accueil du site - les satellites de Saturne

Dix fois plus éloignée du Soleil que la Terre, et d’un diamètre dix fois supérieur, Saturne est une planète géante gazeuse et la deuxième plus grande planète du système solaire. Elle est aujourd’hui extraordinairement célèbre. Pourtant, avant l’invention du télescope, personne n’avait réussi à identifier ses anneaux.
Elle se repère assez facilement à l’œil nu. En 2024, elle circule dans la constellation du Verseau.

Chifres clés

Données orbitales :

• Distance par rapport au Soleil : 1.350 à 1.510 millions de km soit 9,02 à 10,09 UA
• Période orbitale : 29,46 années terrestre
• Durée d’une journée : 10,62 heures
• Excentricité orbitale : 0,055
• Inclinaison orbitale : 2,49°
• Inclinaison axiale : 26,73°
• Nombre de satellites connus: 145
• 8 satellites majeurs: Titan, Rhéa, Japet, Dioné, Téthys, Encelade, Mimas et Hypérion

Données physiques :

• Diamètre : 120 536 km, soit 945% de la Terre
• Masse : 569 000 milliards de milliards de tonnes soit 95 fois la Terre
• Volume : 827 000 000 de km3 soit 765 fois la Terre
• Densité moyenne : 0,690 g/cm³
• Gravité : 106,6% de la Tere
• Vitesse parabolique : 35,48 km/s
• Température à la surface :-191 à -130°C
• Densité moyenne : 0,69 g/cm³

Composition atmosphérique :

• Hydrogène : 96%
• Hélium : 3%
• Méthane : 0,4%
• Ammoniaque : 0,01%
• Deutérure d’hydrogène : 0,001%

Une énorme boule de gaz

Saturne est la 6ᵉ planète en partant du Soleil, située à 1,4 milliard de km de notre étoile. Elle est aussi la 2ᵉ plus grosse planète du Système solaire, après Jupiter. Sa taille et sa composition lui valent le nom de "géante gazeuse”. Géante, parce qu’on pourrait faire rentrer 770 planètes Terres dans son volume. Et gazeuse, car Saturne est constituée de gaz, principalement de l'hydrogène et de l’hélium. Elle ne possède pas de surface solide. Sa densité est la plus faible des planètes du Système solaire, 8 fois inférieure à celle de la Terre. Elle est beaucoup plus volumineuse qu’elle n’est massive ou lourde. Si on la plaçait au milieu d’une immense piscine, elle flotterait !

Tout comme Jupiter, Saturne a été formé très tôt après la naissance du Soleil. Il y a 4,5 milliards d’années, des particules de poussières de carbone se sont agrégées pour former un noyau de roches de silicates et de fer capable d’attirer ensuite l’hydrogène et l’hélium qui composent le reste de la planète – respectivement 75% et 25%. Sous forme liquide proche du noyau, gazeuse au-delà, Saturne contient également de traces d’eau de méthane et d’ammoniac.

Résultat : si l’on peut faire entrer 760 Terres dans le volume de Saturne, elle reste la planète la moins dense du Système solaire. Plus légère que l’eau, elle flotterait dans un océan géant. Par ailleurs, sa rotation rapide, une journée se bouclant en une dizaine d’heures en fait la planète la plus aplatie aux pôles.

Des bandes nuageuses et de terribles tempêtes

De manière similaire à Jupiter, l'atmosphère de Saturne est organisée en bandes parallèles, même si ces bandes sont moins contrastées et plus larges près de l'équateur. Ces bandes sont causées par la présence de méthane dans l'atmosphère planétaire, celles-ci étant d'autant plus foncées que la concentration est grande.

Sa surface est couverte de nuages dont les turbulences ont été mises en évidence tardivement par la sonde Voyager. Ses bandes nuageuses glacées – la température de dépasse pas – 140°C – sont secouées par de violentes tempêtes qui puisent leur énergie dans la chaleur interne de la planète – 12 0000 °C en son cœur, avec des éclairs 1000 fois plus puissants que sur Terre.

Le système nuageux de Saturne n'est observé pour la première fois que lors des missions Voyager dans les années 1980.

Les vents de Saturne sont les deuxièmes plus rapides parmi les planètes du Système solaire, après ceux de Neptune. Les données de Voyager indiquent des vents d'est allant jusqu'à 500 m/s (1800 km/h).

Les monstrueuses tempêtes et orages de son atmosphère, 1 000 fois plus puissants que sur Terre. Ici, les vents soufflent à 1 800 km/h. Certaines de ces tempêtes sont si grandes qu’elles sont visibles au télescope depuis la Terre. C’est le cas de la « Grande tâche blanche », une gigantesque tempête qui se produit chaque année saturnienne - soit tous les 29 ans terrestres. Cet ouragan peut dépasser les 15 000 km de diamètre (par comparaison, le diamètre de la Terre est de 12 800 km).

La tempête observée en 1990 est un exemple de Grande tache blanche, un phénomène unique mais de courte durée se produisant une fois par année saturnienne, soit toutes les 30 années terrestres, à l'époque du solstice d'été de l'hémisphère nord. De grandes taches blanches ont été précédemment observées en 1876, 1903, 1933 et 1960. La dernière Grande tache blanche est observée par Cassini en 2010 et 2011. Lâchant de larges quantités d'eau de façon périodique, ces tempêtes indiquent que la basse atmosphère saturnienne contiendrait plus d'eau que celle de Jupiter.

Ensuite, se trouve l’épais manteau gazeux de Saturne, composé d'hydrogène principalement, et d’hélium. Et plus l’on s’enfonce vers son cœur, plus la pression et la température augmentent. Les gaz se compriment de plus en plus, jusqu’à devenir liquides. On parle ainsi d’hydrogène et d’hélium métalliques, car dans cet état ils prennent les propriétés du métal. Au centre enfin, se trouve le noyau, solide. C’est une sphère de fer et de nickel de la taille de 2 Terres, dont la température avoisine les 11 700°C.

Du fait de l’inclinaison de son axe de rotation à 27°, Saturne possède des saisons de 7 années chacune. Elles sont beaucoup plus longues que sur Terre, car la planète met plus de 29 ans à faire sa révolution. Saturne réalise un tour sur elle-même en seulement 10 h 33 min. Cette vitesse de rotation est à l’origine de sa forme oblongue, c’est-à-dire aplatie au niveau des pôles. Contrairement à ce que l’on peut penser, Saturne n’est pas tout à fait ronde !

Les anneaux de saturne

Au sein de notre Système solaire, les anneaux de Saturne sont uniques. Même si les planètes géantes possèdent toutes un cortège d’anneaux, ceux de Saturne sont impressionnants car plus visibles, gigantesques et mystérieux. Saturne doit toute sa magnificence à la présence des anneaux qui l’entrourrent.

Les anneaux de Saturne ressemblent à des disques plats si parfaits qu’ils paraissent solides. Pourtant, ils ne sont ni solides, ni continus. Ils sont composés de milliards de débris de glace, allant d’1 cm à plusieurs mètres. Ensemble, ils forment des anneaux de quelques dizaines de mètres d’épaisseur par endroit, soit aussi fins qu’un cheveu à l’échelle de Saturne. Ils tournent tous dans le même sens, et sur un même plan, celui de l’équateur.

Ils ont un diamètre de 278 000 km et sont lancés jusqu’à 65 000 km/h. C’est cette vitesse rapide, 16 fois plus rapide qu’une balle en sortie de canon, qui leur donne cet aspect homogène à l’œil nu. Ils sont au nombre de 7, nommés de A à G suivant l’ordre de leur découverte.

Ils sont principalement composés de glace d'eau (95 à 99 % de glace d'eau pure (selon les analyses spectroscopiques), avec des traces d'impuretés de tholin et un revêtement de carbone. De densité différente et délimités par des vides nommés « divisions ». La Division de Cassini est la région des anneaux de saturne qui sépare les anneaux A et B. Les anneaux comportent parfois des « lacunes » sorte de trouées gravitationnelles au sein d’un même anneau. Mais leur proximité avec les satellites de saturne et leur incroyable concentration de matière en font le théâtre d’agitations permanentes, instabilités gravitationnelles, trajectoires verticales des débris en légères vaguelettes, agrégations et collisions de blocs incessantes.

L'inclinaison des anneaux de Saturne

Saturne a des anneaux inclinés de 27° par rapport au plan de l’écliptique. Cette inclinaison est toujours orientée dans la même direction lorsque Saturne effectue sa révolution autour du Soleil (voir schéma ci-dessous). A chaque nouvelle opposition de Saturne, la configuration Terre-Saturne est légèrement différente (flèches vertes du schéma). En conséquence, selon les années, l’inclinaison des anneaux vus de la Terre varie. On dit qu’ils sont plus ou moins ouverts, c’est-à-dire qu’à certains moments ils sont vus quasiment par la tranche alors qu’à d’autres moments ils se présentent suivant un angle qui les rend très bien visibles. L’ensemble suit un cycle de 29 ans et demi environ (la période de révolution de Saturne autour du Soleil). Durant ce laps de temps, les anneaux montrent tantôt une face, tantôt l’autre, dans un mouvement d’oscillation.

L’inclinaison des anneaux de Saturne varie d’année en année lorsqu’on les observe depuis la Terre. Au centre sont représentées les positions réelles du Soleil, de la Terre et de Saturne aux meilleures périodes de visibilité de Saturne (les oppositions, représentées par les flèches vertes). À l’extérieur est représenté l’aspect de Saturne vu depuis la Terre à chacune des oppositions.

En 2024, les anneaux de Saturne ont un aspect de plus en plus aplati. En effet, la période où ils seront vus par la tranche approche. Pour mémoire, la valeur maximale de 27 degrés a été atteinte en 2017 et diminue actuellement jusqu’en 2025, moment où nous pourrons assister à leur disparition durant quelques jours. Il faudra ensuite attendre l’année 2032 pour retrouver l’angle d’ouverture maximal de 27 degrés.

La mission Huygens-Cassini a pu déterminer qu'ils tournent autour de la planète depuis quelques millions d’années seumenent. Leur origine fait toujours débat : Ils pourraient provenir d’un satellite géant, qui, s’étant peu à peu rapproché de saturne aurait été disloqué sous les effets de marées, ou tout simplement pulvérisé sous l’impact d’un météorite, ou sont-ils le vestige du disque matière à partir duquel Saturne s’est constitué. Reste à savoir comment les débris se sont réfrégérés au cours du temps.

D’autres anneaux, encore plus grands, sont situés à plusieurs millions de km autour de la planète. Ils sont moins observables, car plus diffus, moins fournis en morceaux de glace. Les anneaux sont plus ou moins séparés les uns des autres, par ce que l’on appelle des divisions.

Selon de récentes études menées par la NASA, Saturne va perdre ses anneaux d’ici 300 millions d’années. Cette future disparition est due à l’effet conjugué entre le rayonnement ultraviolet (UV) du Soleil et le plasma. En effet, les anneaux sont heurtés continuellement par de micrométéorites, qui « émiettent » les morceaux de glace des anneaux. Les impacts génèrent du plasma, qui, au contact des rayons UV, charge électriquement les poussières d’anneaux. Elles sont alors attirées par le champ magnétique de Saturne et sa gravité, et retombent sur la planète : c’est ce qu’on appelle « la pluie des anneaux ». Selon la NASA, c’est l’équivalent d’une piscine olympique qui retombe toutes les 30 minutes sur Saturne. Nos petits-petits-petits-... enfants n’auront probablement pas la chance d’admirer les fameux anneaux !

Observations et missions astronomiques

Saturne, observable de puis la Terre, est scrutée depuis des siècles. Mais depuis une vingtaine d’années, nous avons réussi à l’approcher, de très près !

Saturne a connu une double vie au regard des Terriens. Ultime planète observable à l’œil nu, elle a borné les limites du Système solaire jusqu’à la découverte d’Uranus en 1781. Si elle est citée dans les archives babyloniennes et assyriennes, les Romains la tiennent en piètre estime : astre errant qui se déplace par rapport aux étoiles, on lui attribue le dieu de l’agriculture, du temps, de la mort. En cause sa teinte verdâtre conduisant les astrologues du Moyen-Âge à l’associer à un roi déchu.

La reconnaissance vient le 25 juillet 1610, quand Gallilée y distingue avec une lunette de sa fabrication deux excroissances de part et d’autre, deux « oreilles » qui disparaissent périodiquement, plongeant l’astronome italien dans la perplexité.

Il faudra attendre 1655 et des télescopes plus performants pour que Christian Huygens suggère un anneau fin et plat autour de la planète. Celui-ci s’éclipse lorsque la Terre passe devant son plan. Christian Huygens découvre par la même occasion la lune Titan.

En 1675, Jean-Dominique Cassini découvre qu'il y en a réalité plusieurs anneaux et une division entre ceux-ci ; à ce titre la séparation observée, située entre les anneaux A et B, « division de Cassini » est baptisée» en son honneur.

Un siècle plus tard, James Clerk Maxwell démontre que les anneaux ne sont pas solides mais en réalité composés d'un très grand nombre de particules.

La consécration arrive avec les sondes Pioneer 11 et Voyager

La sonde Pioneer 11 atteint Saturne le 1er septembre 1979, passant par deux fois dans le plan des anneaux à 22 000 km du sommet des nuages. La Nasa estime les chances de survie de la sonde à une sur deux et redoutent les débris orbitant autour de Saturne. La sonde subit quatre impacts, mais sans dommage. Elle effectue les premières photos de la planète et découvre deux satellites et un anneau jusque-là inconnus. La sonde spatiale détecte une magnétosphère autour de Saturne. Elle passe le 2 septembre au plus près du satellite Titan, à 356 000 km, et prend cinq photographies de ce gros point rougeâtre. Elle établit que la température sur Titan est vraisemblablement trop froide pour permettre le développement de n'importe quelle forme de vie, malgré la présence de méthane et de molécules organiques susceptibles de créer un effet de serre. Coup sur coup, ces sondent dévoilent le monde de Saturne : Une planète aux couleurs sombres dotée de multiples anneaux concentriques et d’une myriade de satellites observés pour la première fois. Autrefois terne et sinistre, la deuxième géante devient l’un des plus beau sites cosmiques de notre environnement proche.

Tout cela sera confirmé par les nombreuses images envoyées par la sonde Cassini à l’été 2004 et encore par son atterrisseur Huygens qui a plongé vers Titan à la Noël de la même année.

Cassini-Huygens - une sonde exlusivement dédiée à l'étude de Saturne

La première mission consacrée exclusivement à l’exploration de Saturne est Cassini-Huygens, lancée en 1997 par les agences spatiales américaine, européenne et italienne. Dans leur voyage à travers le Système solaire, les sondes Voyager 1 et 2 (lancées en 1977) avaient certes photographié Saturne, au moment de son survol. Mais Cassini-Huygens avait d’autres ambitions.

La mission a consisté à poser l’atterrisseur Huygens sur Titan, et placer Cassini en orbite autour de Saturne, pour étudier l’ensemble de son système. Huygens a ainsi permis de mieux connaître la lune, ses paysages, ses reliefs ou encore sa composition. Quant à l’orbiteur Cassini, il a réalisé 293 tours de Saturne, et pris 45 0000 clichés. A la fin de la mission en 2017, les astronomes avaient découvert une dizaine de nouvelles lunes, des détails du satellite naturel Phoebé, les geysers d’Encelade ainsi que l’âge des anneaux saturniens, estimé à 100 millions d’années. Une vraie réussite scientifique et technique !

La mission Cassini-Huygens, lancée en 1997, est pour l’instant la plus importante mission d’exploration de Saturne. Elle a pris fin en 2017, après avoir rempli ses objectifs scientifiques. La sonde Cassini a mis fin à sa mission en prenant une trajectoire vers l'atmosphère de Saturne, où elle a été désintégrée. Durant sa descente, elle a réalisé les images les plus proches jamais prises des anneaux saturniens.

La prochaine mission vers Saturne, Dragonfly, a pour but d’envoyer un drone à la surface de Titan. Loin de nos jouets télécommandés, cet engin américain de 800 kg partira à la recherche de biosignatures, indices d’une hypothétique forme de vie sur Titan. La France prend part à cette mission en contribuant au spectromètre de masse, un des instruments dont le drone aura besoin pour mener ses analyses. Départ prévu en 2028 !

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