L’Atmosphère de Saturne révèle son épaisseur et la jeunesse de ses anneaux

Alors que Cassini a joué son dernier acte, des chercheurs de l’Institut Weizmann des Sciences ont pris part à la dernière phase de cette mission qui a duré 20 ans

Le Grand Final est le nom officiel donné au dernier acte de Cassini : une orbite risquée entre les anneaux et l’atmosphère de la planète dans une tentative osée de sonder la planète au plus près, avant que la sonde parte en fumée. Le professeur Yohai Kaspi et le docteur Eli Galanti du Département des Sciences de la Terre de l’Institut Weizmann des Sciences ont mené une des études de la mission finale de Cassini, révélant l’épaisseur des jet-streams de Saturne – les plus forts courants gazeux jamais mesurés dans le système solaire avec des vents autour de 1500 km/h – et montrant qu’elle atteint 9000 km environ. En partenariat avec des chercheurs en Italie et aux États-Unis, leur étude a aussi aidé à révéler l’âge des anneaux emblématiques de la planète. Les résultats de cette étude ont été publiés récemment dans Science.

Cassini a été l’une des missions planétaires les plus réussies, restant en orbite et envoyant des informations sur Saturne et ses lunes pendant ces 20 dernières années. Mais alors que la mission approchait de sa fin, les scientifiques ont décidé de la terminer par une orbite non-circulaire au plus proche de la planète, suivie d’un plongeon final dans la masse gazeuse. Le professeur Kaspi et le docteur Galanti ont rejoint l’équipe de Cassini à la suite de leur travail avec l’équipe scientifique de Juno (NASA), qui a utilisé une orbite similaire pour obtenir les mesures les plus précises à ce jour de l’épaisseur de l’atmosphère de Jupiter. Les scientifiques de Cassini ont pensé qu’il serait possible de faire la même chose pour Saturne ; ils ont fait appel aux scientifiques de l’Institut Weizmann afin d’appliquer leur méthodologie aux mesures de Saturne. Le professeur Kaspi a décrit ce challenge : « Nous avons détecté de petites variations dans le champ de gravité alors que la sonde orbitait autour de Saturne et les avons traduites en termes des vents atmosphériques qui les produisent. Il n’y avait aucune garantie que cela fonctionnerait pour Saturne car son signal gravitaire est plus difficile à interpréter que celui de Jupiter. Nous avons découvert que non seulement cela fonctionnait pour les deux planètes, mais que les mêmes processus physiques contrôlent l’épaisseur des flux sur ces deux planètes. »

Afin de calculer l’épaisseur des vents, les mesures de gravité réalisées par Cassini ont été analysées avec le modèle théorique développé par les chercheurs de l’Institut Weizmann. Le docteur Galanti explique : « Nous nous sommes associés à un second groupe qui étudiait la structure interne de la planète. Ensemble, nous avons calculé l’épaisseur de l’atmosphère, qui s’approche des 9000 km. Elle est trois fois plus importante que celle de Jupiter. Nous avons aussi découvert que, comme sur Jupiter, un champ magnétique fort limite l’épaisseur de cette couche atmosphérique. Notre théorie a marché deux fois, ce qui soutient fortement sa validité. »

Dans le cadre de cette même étude, les chercheurs ont analysé les données des anneaux de Saturne obtenues lors du Grand Final ; ils ont découvert qu’ils datent d’environ 10 à 100 millions d’années. C’est plutôt récent comparé aux 4,5 milliards d’années de notre Système Solaire : au temps des premiers dinosaures, Saturne n’avait donc apparemment pas les anneaux que nous connaissons aujourd’hui.

Les recherches du professeur Yohai Kaspi sont financées par l’Institut André Deloro pour la Recherche Spatiale et Optique et l’Institut Schwartz/Reisman pour la Physique Théorique.