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Des satellites de Saturne nous renseignent sur la formation des planètes et des anneaux

Une équipe d’astrophysiciens du laboratoire AIM* (CEA, Université Paris Diderot, CNRS), de l’Université de Cornell (Etats-Unis) et du Space Science Institute (Etats-Unis) a réussi à modéliser l’assemblage de ces bourrelets à l’aide de simulations numériques. Ces résultats permettent d’en savoir plus sur l’histoire des anneaux de Saturne et sur les processus fondamentaux à l’œuvre au moment de la formation du système solaire. Ils ont été publiés dans la revue Science du 7 décembre 2007.

Les « bourrelets » de Pan et d’Atlas sont proprement gigantesques. Ils ont en effet plusieurs kilomètres d’épaisseur, alors que Pan et Atlas ne font que 30 kilomètres de diamètre environ. Si l’on transpose ces excroissances à l’échelle de la Terre, c’est comme si notre plus haute montagne s’élevait à 1000 kilomètres d’altitude et entourait l’intégralité de notre équateur.

Une équipe d’astrophysiciens du laboratoire AIM (CEA, Université Paris Diderot, CNRS), de l’Université de Cornell (Etats-Unis) et du Space Science Institute (Etats-Unis) a réussi à modéliser la formation de ces bourrelets à l’aide de simulations numériques réalisées sur des calculateurs du CEA. « Nos simulations ont révélé qu’en un temps très court (quelques années) les particules de glaces des anneaux de Saturne s’empilent à l’équateur des satellites et reproduisent fidèlement l’organisation des excroissances observées, explique Sébastien Charnoz (AIM- Université Paris Diderot). Ainsi, il semblerait que les excroissances sont constituées de particules issues des anneaux, qui s’empilent à la surface des satellites existants dès la formation des anneaux. La preuve en est que le renflement équatorial d’Atlas est constitué d’un matériau très lisse, donc jeune, alors que le pôle est rugueux, cratérisé et donc beaucoup plus vieux ».

Ainsi Pan et Atlas se sont-ils formés en deux phases : ils n’étaient à l’origine que de simples satellites plus ou moins sphériques, orbitant au sein des anneaux primitifs de Saturne. Leur gravité a ensuite attiré le matériau environnant, tombé en pluie sur les zones équatoriales, pour former finalement les grands disques aujourd’hui fossilisés à leur équateur.



La modélisation révèle également que des corps de grande taille (d’un diamètre de l’ordre du kilomètre) étaient déjà présents au sein des anneaux au moment même de leur formation. Ils renforcent donc la suspicion, encore non prouvée, que les anneaux de Saturne sont le résultat de la fragmentation d’un corps de grande taille dont Pan et Atlas pourraient être les deux plus gros fragments. « Si l’on compare la taille de Pan et Atlas aux tailles connues des particules des anneaux de Saturne, on obtient une courbe particulière, qui rappelle fortement le résultat d’un processus de fragmentation, poursuit Sébastien Charnoz. Cette conclusion ne constitue pas une preuve définitive mais elle renforce la théorie de la formation des anneaux suite à une fragmentation, déjà proposée dans les années 1970. » Cette théorie est toujours considérée comme l’une des plus prometteuses, bien que l’origine des anneaux de Saturne soit toujours un mystère.

A gauche : Le satellite Atlas photographié par Cassini sous deux angles, dans le plan de son équateur (haut) et de son pôle (bas). On distingue nettement la structure différente des matériaux rugueux aux pôles et lisses à l’équateur. A droite : le satellite Pan. Le satellite dépasse des anneaux car son diamètre est de 35 kilomètres alors que l’épaisseur des anneaux ne dépasse pas 20 mètres. Crédits JPL/NASA/SSILes anneaux de Saturne apparaissent donc comme un véritable système solaire en miniature, dont l’évolution a été stoppée par les effets de marées de l’immense planète. Cette fossilisation nous aide donc à comprendre les processus fondamentaux à l’œuvre au moment de la formation du système solaire.



*Laboratoire d’astrophysique des interactions multi-échelle.Voir une vidéo sur Pan et Atlas



Crédits photos:
 ESA, JPL/NASA/SSI

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