Saturne est la sixième planète à partir du Soleil et la deuxième plus grande du système solaire, après Jupiter. En tant que géante gazeuse, son rayon moyen est environ neuf fois celui de la Terre. Bien que sa densité moyenne soit seulement un huitième de celle de la Terre, Saturne est 95 fois plus massive. Malgré sa taille considérable, presque comparable à celle de Jupiter, la masse de Saturne est inférieure au tiers de celle de Jupiter. Il orbite autour du Soleil à une distance de 9,59 UA (1 434 millions de km), complétant une période orbitale de 29,45 ans.
Saturne est la sixième planète à partir du Soleil et la deuxième plus grande du système solaire, après Jupiter. C'est une géante gazeuse, avec un rayon moyen d'environ 9 fois celui de la Terre. Sa densité est un huitième de la moyenne de la Terre, mais elle est plus de 95 fois plus massive. Même si Saturne est presque aussi grande que Jupiter, Saturne a moins d'un tiers de sa masse. Saturne orbite autour du Soleil à une distance de 9,59 UA (1 434 millions km), avec une période orbitale de 29,45 ans.
L'intérieur de Saturne est théoriquement constitué d'un noyau rocheux, entouré d'une couche profonde d'hydrogène métallique, d'une couche intermédiaire d'hydrogène liquide et d'hélium liquide, ainsi que d'une enveloppe gazeuse externe. La planète présente une teinte jaune pâle, attribuée aux cristaux d’ammoniac présents dans sa haute atmosphère. On pense qu’un courant électrique dans la couche d’hydrogène métallique génère le champ magnétique planétaire de Saturne. Bien que ce champ soit plus faible que celui de la Terre, son moment magnétique est 580 fois plus grand en raison de la plus grande taille de Saturne. En comparaison, l'intensité du champ magnétique de Saturne est environ un vingtième de celle de Jupiter. L'atmosphère extérieure semble généralement sans relief et peu contrastée, bien que des phénomènes atmosphériques de longue durée puissent apparaître. La vitesse du vent sur Saturne peut atteindre 1 800 kilomètres par heure (1 100 miles par heure).
La planète est caractérisée par un système d'anneaux brillant et étendu, composé principalement de particules de glace, complété par de plus petites quantités de débris rocheux et de poussière. Au moins 285 lunes orbitent autour de Saturne, dont 63 sont officiellement nommées ; cette énumération n'inclut pas les centaines de lunes résidant à l'intérieur des anneaux. Titan, la plus grande lune de Saturne et la deuxième plus grande du système solaire, dépasse la planète Mercure en taille (mais pas en masse) et est unique car elle est la seule lune du système solaire à posséder une atmosphère substantielle.
Nomenclature et symbolisme astronomique
Saturne doit son nom au dieu romain de la richesse et de l'agriculture, qui était le père du dieu Jupiter. Son symbole astronomique, (), a été attribué au grec Oxyrhynchus Papyri, où il est identifié comme une ligature grecque kappa-rho avec un trait horizontal, fonctionnant comme une abréviation de Κρονος (Cronus), le nom grec de la planète (). Le symbole s'est ensuite transformé pour ressembler à un eta grec minuscule, avec une croix ajoutée à son sommet au XVIe siècle pour christianiser cet emblème païen.
Les Romains désignaient le septième jour de la semaine comme samedi, Sāturni diēs, signifiant « jour de Saturne », en hommage à la planète Saturne.
Propriétés physiques
Saturne est classée comme une géante gazeuse, composée principalement d'hydrogène et d'hélium. Il lui manque une surface solide définitive, bien qu'un noyau solide soit probablement présent. Saturne est notamment la seule planète du système solaire avec une densité moyenne inférieure à celle de l’eau, environ 30 % inférieure. Bien que le noyau de Saturne soit considérablement plus dense que l'eau, la densité spécifique moyenne de la planète est de 0,69 g/cm3, une caractéristique influencée par sa vaste atmosphère. La masse de Jupiter est 318 fois supérieure à celle de la Terre, tandis que celle de Saturne est 95 fois supérieure à celle de la Terre. Ensemble, ces deux planètes constituent 92 % de la masse planétaire totale du système solaire.
Structure interne
Malgré sa composition primaire d'hydrogène et d'hélium, la majorité de la masse de Saturne n'existe pas en phase gazeuse. L'hydrogène passe à un état liquide non idéal lorsque sa densité dépasse 0,01 g/cm3, une condition obtenue dans un rayon englobant 99,9 % de la masse totale de Saturne. La température, la pression et la densité à l'intérieur de Saturne augmentent régulièrement vers le noyau, ce qui fait que l'hydrogène adopte un état métallique dans les couches plus profondes.
Les modèles planétaires standards suggèrent que la structure intérieure de Saturne est analogue à celle de Jupiter, caractérisée par un petit noyau rocheux entouré d'hydrogène et d'hélium, avec des traces de divers composés volatils. Cependant, l'analyse de sa distorsion gravitationnelle révèle que Saturne est nettement plus condensée au centre que Jupiter, contenant par conséquent une plus grande proportion de matière plus dense que l'hydrogène près de son centre. Les régions centrales de Saturne sont composées d'environ 50 % d'hydrogène en masse, contre 67 % pour Jupiter.
Le noyau de Saturne, bien que sa composition soit similaire à celui de la Terre, présente une plus grande densité. L'analyse du moment gravitationnel de Saturne, couplée à des modèles physiques intérieurs, a permis de déterminer des contraintes sur la masse du noyau. En 2004, des estimations scientifiques indiquaient une masse du noyau comprise entre 9 et 22 fois celle de la Terre, correspondant à un diamètre approximatif de 20 000 km (12 000 mi). Cependant, les données dérivées des anneaux de Saturne proposent un noyau nettement plus diffus, possédant une masse équivalente à environ 17 Terres et un rayon constituant environ 60 % du rayon total de Saturne. Ce noyau est enveloppé par une couche substantielle d'hydrogène métallique liquide, suivie d'une couche liquide d'hydrogène moléculaire saturé d'hélium, qui se transforme progressivement en état gazeux avec l'altitude. La couche atmosphérique la plus externe s'étend sur environ 1 000 km (620 mi) et est entièrement composée de gaz.
Saturne possède un intérieur à haute température, avec son noyau atteignant 11 700 °C (21 100 °F), et émet 2,5 fois plus d'énergie dans l'espace qu'elle n'en absorbe du Soleil. Bien que l'énergie thermique de Jupiter provienne du mécanisme Kelvin-Helmholtz de compression gravitationnelle progressive, ce processus à lui seul pourrait ne pas expliquer de manière adéquate la génération de chaleur de Saturne en raison de sa masse plus faible. Un mécanisme alternatif ou supplémentaire proposé implique la génération de chaleur via la « pluie » de gouttelettes d'hélium profondément à l'intérieur de Saturne. Lorsque ces gouttelettes descendent à travers l’hydrogène moins dense, les forces de friction libèrent de la chaleur, appauvrissant simultanément les couches d’hélium atmosphériques externes de Saturne. On suppose que ces gouttelettes descendantes auraient pu fusionner pour former une coque d’hélium encerclant le noyau. L'apparition de pluies de diamants a également été théorisée sur Saturne, Jupiter et les géantes de glace Uranus et Neptune.
Rotation
Les caractéristiques observables de Saturne présentent des vitesses de rotation dépendantes de la latitude, avec des périodes de rotation distinctes attribuées à diverses régions, reflétant les observations sur Jupiter. Les astronomes utilisent trois systèmes distincts pour définir le taux de rotation de Saturne. Le Système I, avec une période de 10h 14m 00s (844,3°/d), comprend la zone équatoriale, la ceinture équatoriale sud et la ceinture équatoriale nord. Les régions polaires sont présumées posséder des taux de rotation analogues au Système I. Toutes les autres latitudes saturniennes, à l'exclusion des zones polaires nord et sud, sont désignées comme Système II et se sont vu attribuer une période de rotation de §1415§h 38m 25,4s (810,76°/d). Le Système III désigne le taux de rotation interne de Saturne. Sur la base des émissions radio planétaires détectées par Voyager 1 et Voyager 2, le système III présente une période de rotation de §2829§h 39m 22,4s (810,8°/d). Le Système III a largement supplanté le Système II.
Déterminer une période de rotation précise pour l'intérieur de Saturne reste un défi. Lors de son approche de Saturne en 2004, la sonde spatiale Cassini a observé une augmentation notable de la période de rotation radio de la planète, atteignant environ 10h 45m 45s ± 36s. Une estimation complète du taux de rotation global de Saturne, compilée à partir de diverses mesures effectuées par les sondes Cassini, Voyager et Pioneer, est le §2223§h 32m 35s. Les recherches sur l'anneau C de la planète indiquent une période de rotation de §3132§h 33m 38s + 1m 52s
− 1m 19s.
En mars 2007, des observations ont révélé un écart entre les variations des émissions radio de la planète et la vitesse de rotation de Saturne. Cette divergence est potentiellement attribuable à l'activité du geyser se produisant sur la lune Encelade de Saturne. La vapeur d'eau éjectée sur l'orbite de Saturne par cette activité devient ionisée, générant une force de traînée sur le champ magnétique de Saturne, qui décélère subtilement sa rotation par rapport à la rotation interne de la planète.
Oblatitude
En raison de sa dynamique de rotation, la planète prend une forme sphéroïde aplatie, caractérisée par un aplatissement polaire et un renflement équatorial. Plus précisément, son rayon équatorial, mesurant 60 268 km (37 449 mi), dépasse de plus de 10 % son rayon polaire de 54 364 km (33 780 mi). En comparaison, Jupiter, Uranus et Neptune, les autres géantes gazeuses du système solaire, présentent un degré moindre d'aplatissement. Cette interaction entre le renflement équatorial et le taux de rotation de la planète se traduit par une gravité de surface effective à l'équateur de 8,96 m/s2 (29,4 pi/s2), ce qui ne représente que 74 % de la gravité polaire et nettement inférieure à la gravité de surface de la Terre. À l'inverse, la vitesse de fuite équatoriale, d'environ 36 km/s (22 mi/s ; 130 000 km/h ; 81 000 mph), dépasse largement la vitesse de fuite de la Terre.
Atmosphère
L'atmosphère extérieure de Saturne est principalement composée d'hydrogène moléculaire (96,3 % en volume) et d'hélium (3,25 % en volume). Notamment, la proportion d’hélium est considérablement inférieure à son abondance cosmique observée dans le Soleil. Bien que la quantité précise d'éléments plus lourds que l'hélium (appelés métallicité) reste indéterminée, on suppose que leurs proportions relatives s'alignent sur les abondances primordiales établies lors de la genèse du système solaire. On estime que la masse cumulée de ces éléments plus lourds varie de 19 à 31 fois celle de la Terre, avec une partie substantielle concentrée dans le noyau de Saturne.
Des constituants mineurs, notamment l'ammoniac, l'acétylène, l'éthane, le propane, la phosphine et le méthane, ont été identifiés dans l'atmosphère de Saturne. Les couches nuageuses supérieures sont formées de cristaux d'ammoniac, tandis que les formations nuageuses plus profondes sont censées comprendre soit de l'hydrosulfure d'ammonium (NH4SH), soit de l'eau. Le rayonnement ultraviolet solaire initie la photolyse du méthane dans la haute atmosphère, déclenchant une cascade de réactions chimiques d’hydrocarbures dont les produits sont ensuite transportés vers le bas par courants de Foucault et diffusion. Le cycle saisonnier annuel de Saturne influence ce processus photochimique. La mission Cassini a documenté une série distincte de formations nuageuses dans les latitudes septentrionales, communément appelées le « Chaîne de perles », qui représentent des clairières au sein de strates nuageuses plus profondes.
Couches cloud
L'atmosphère de Saturne présente une structure en bandes analogue à celle de Jupiter, bien que ses bandes soient considérablement plus faibles et présentent une plus grande largeur plus près de l'équateur. La terminologie utilisée pour ces bandes atmosphériques reflète celle utilisée pour Jupiter. Les configurations détaillées des nuages sur Saturne sont restées inobservées jusqu'aux survols du vaisseau spatial Voyager dans les années 1980. Les progrès ultérieurs de la technologie télescopique basée sur Terre ont permis des observations de routine de ces caractéristiques.
La composition des nuages présente des variations avec l'augmentation de la profondeur et de la pression. Les couches nuageuses supérieures, caractérisées par des températures comprises entre 100 et 160 K et des pressions de 0,5 à 2 bars, sont composées de glace d'ammoniac. Les nuages de glace d'eau commencent à environ 2,5 bars et s'étendent jusqu'à 9,5 bars, englobant des températures de 185 à 270 K. Au sein de cette strate, une bande distincte de glace d'hydrosulfure d'ammonium est présente, couvrant une plage de pression de 3 à 6 bars et des températures de 190 à 235 K. Les couches plus profondes, soumises à des pressions comprises entre 10 et 20 bars et des températures de 270 à 330 K, contiennent une région de solution aqueuse d'ammoniac. gouttelettes.
Bien que généralement caractérisée par une apparence tamisée, l'atmosphère de Saturne manifeste périodiquement des caractéristiques ovales de longue durée et d'autres phénomènes similaires à ceux observés sur Jupiter. En 1990, le télescope spatial Hubble a capturé l'image d'un énorme nuage blanc près de l'équateur de Saturne, une caractéristique absente lors des missions Voyager ; une tempête plus petite a ensuite été observée en 1994. L'événement de 1990 a illustré une grande tache blanche, un phénomène transitoire qui se reproduit environ une fois par année saturnienne (équivalent à environ 30 années terrestres), coïncidant généralement avec le solstice d'été de l'hémisphère nord.
Des exemples antérieurs de grandes taches blanches ont été documentés en 1876, 1903, 1933 et 1960, avec le La tempête de 1933 est la plus soigneusement observée. La tempête colossale la plus récente a été enregistrée en 2010. En 2015, des chercheurs ont utilisé le télescope Very Large Array pour étudier l'atmosphère de Saturne, rapportant la détection de « signatures durables de toutes les tempêtes géantes des latitudes moyennes, un mélange de tempêtes équatoriales vieilles de plusieurs centaines d'années, et potentiellement une tempête plus ancienne non signalée à 70°N ».
Saturne possède les deuxièmes vents les plus rapides du système solaire, surpassés seulement par Neptune. Les données des missions Voyager ont révélé des vitesses maximales de vent d'est atteignant 500 m/s (1 800 km/h). Les observations de la sonde spatiale Cassini en 2007 ont montré l'hémisphère nord de Saturne avec une coloration bleu vif distincte, semblable à celle d'Uranus, un phénomène très probablement attribuable à la diffusion de Rayleigh. L'analyse thermographique a identifié un vortex polaire chaud au pôle sud de Saturne, représentant le seul exemple connu d'une telle caractéristique dans le système solaire. Alors que les températures saturniennes typiques oscillent autour de -185 °C, les températures au sein de ce vortex montent fréquemment jusqu'à -122 °C, ce qui suggère qu'il s'agit de la région la plus chaude de la planète.
Modèles de nuages hexagonaux
Un motif d'onde hexagonal persistant, situé autour du vortex polaire nord à environ 78° de latitude nord, a été initialement observé sur les images Voyager. Chaque côté de cet hexagone mesure environ 14 500 km (9 000 mi), dépassant le diamètre de la Terre. La structure complète tourne avec une période de 10h 39m 24s, ce qui correspond à la période d'émission radio de la planète et est présumée correspondre à la période de rotation de l'intérieur de Saturne. Contrairement aux autres nuages atmosphériques visibles, cette caractéristique hexagonale maintient une position longitudinale fixe. L'origine précise de cette tendance reste un sujet de spéculation scientifique considérable, de nombreux chercheurs la qualifiant d'onde stationnaire atmosphérique. Des expériences en laboratoire impliquant la rotation différentielle des fluides ont réussi à reproduire des formations polygonales similaires.
L'imagerie du télescope spatial Hubble (HST) de la région polaire sud révèle un courant-jet, bien qu'elle ne montre pas de vortex polaire robuste ni d'onde stationnaire hexagonale. En novembre 2006, la NASA a annoncé que la mission Cassini avait détecté une tempête « semblable à un ouragan » fixée au pôle sud, caractérisée par un mur oculaire distinct. Avant cette observation, les nuages du mur des yeux avaient été identifiés exclusivement sur Terre. Par exemple, les images du vaisseau spatial Galileo ne représentaient pas de mur oculaire à l'intérieur de la grande tache rouge de Jupiter.
On suppose que cette tempête polaire sud a persisté pendant des milliards d'années. Le vortex est de taille comparable à celle de la Terre et présente des vitesses de vent de 550 km/h.
Magnétosphère
Saturne possède un champ magnétique intrinsèque, caractérisé par une configuration dipolaire magnétique simple et symétrique. Son intensité de champ équatorial, mesurant 0,2 gauss (20 μT), est environ un vingtième de celle du champ magnétique de Jupiter et légèrement plus faible que celui de la Terre. Par conséquent, la magnétosphère de Saturne est considérablement plus petite que celle de Jupiter.
Lors de l'entrée de Voyager 2 dans la magnétosphère, la pression élevée du vent solaire a limité son étendue initiale à seulement 19 rayons de Saturne, soit 1,1 million de km (684 000 mi). Cependant, elle s'est ensuite développée en quelques heures et a conservé cette taille supérieure pendant environ trois jours. Le champ magnétique est très probablement généré par un mécanisme analogue à celui de Jupiter : des courants dans une couche liquide métal-hydrogène, appelée dynamo métal-hydrogène. Cette magnétosphère dévie efficacement les particules du vent solaire provenant du Soleil. Titan, l'une des lunes de Saturne, orbite à l'extérieur de cette magnétosphère, apportant du plasma dérivé de particules ionisées dans son exosphère. Semblable à la magnétosphère terrestre, celle de Saturne génère également des aurores.
Orbite et observation
Saturne maintient une distance moyenne supérieure à 1,4 milliard de kilomètres (9 UA) du Soleil. Se déplaçant à une vitesse orbitale moyenne de 9,68 km/s, Saturne effectue une révolution autour du Soleil en 10 759 jours terrestres, ce qui équivaut à environ 29+§34§⁄§56§ ans. Cette période orbitale se traduit par une résonance de mouvement moyen proche de 5 : 2 avec Jupiter. L'orbite elliptique de Saturne est inclinée de 2,48° par rapport au plan orbital de la Terre. En moyenne, ses distances au périhélie et à l'aphélie sont respectivement de 9,195 UA et 9,957 UA.
Saturne possède un seul astéroïde troyen identifié, désigné 2019 UO14. Sa configuration troyenne a été officiellement annoncée en septembre 2024, avec l'astéroïde en orbite autour du Soleil au point de Lagrange stable L§67§, positionné 60° devant Saturne sur son orbite. Cette découverte signifie que Mercure est désormais la seule planète sans aucun astéroïde troyen connu. La rareté des chevaux de Troie saturniens connus est attribuée aux mécanismes de résonance orbitale, y compris la résonance séculaire.
Observation
Saturne est la plus éloignée des cinq planètes facilement observables sans aide optique depuis la Terre, aux côtés de Mercure, Vénus, Mars et Jupiter. (Uranus, et parfois 4 Vesta, sont également visibles à l'œil nu dans des conditions de ciel sombre.) À l'œil nu, Saturne apparaît dans le ciel nocturne sous la forme d'un point lumineux jaunâtre. Sa magnitude apparente moyenne est de 0,46, avec un écart type de 0,34. La majorité de cette fluctuation d'amplitude provient de l'inclinaison du système d'anneaux par rapport au Soleil et à la Terre. La magnitude la plus brillante, −0,55, coïncide avec les périodes où le plan des anneaux est le plus fortement incliné, tandis que la magnitude la plus faible, 1,17, se produit lorsqu'ils sont le moins inclinés.
Saturne termine son circuit orbital de l'écliptique sur le fond des constellations du zodiaque en environ 29,4 ans. L'observation des anneaux de Saturne avec une résolution distincte nécessite généralement une aide optique, telle que de très grandes jumelles ou un petit télescope, fournissant un grossissement d'au moins 30x.
Pendant le transit de la Terre à travers le plan des anneaux, un événement se produisant deux fois par année saturnienne (environ toutes les 15 années terrestres), les anneaux deviennent momentanément imperceptibles en raison de leur extrême minceur. Le cas le plus récent de cette « disparition » remonte à 2025 ; cependant, les possibilités d'observation ont été exclues par la proximité de Saturne avec le Soleil.
Saturne et ses anneaux sont observés de manière optimale pendant ou à proximité de l'opposition, une configuration planétaire dans laquelle la planète atteint un allongement de 180° et apparaît ainsi diamétralement opposée au Soleil dans la sphère céleste. Une opposition saturnienne se produit chaque année, environ tous les 378 jours, culminant avec la luminosité maximale de la planète. La Terre et Saturne parcourent des orbites excentriques autour du Soleil. Cette excentricité orbitale fait fluctuer leurs distances respectives au Soleil, et par conséquent les unes des autres, entraînant des variations de la luminosité apparente de Saturne au fil des oppositions successives. De plus, Saturne apparaît plus brillante lorsque ses anneaux sont orientés pour maximiser leur visibilité. Par exemple, lors de l'opposition du 17 décembre 2002, Saturne a montré sa plus grande luminosité en raison de l'orientation favorable de ses anneaux par rapport à la Terre, bien que Saturne soit plus proche de la Terre et du Soleil fin 2003.
Périodiquement, Saturne est occultée par la Lune, ce qui signifie que la Lune obscurcit Saturne de la vue terrestre. Semblables à d’autres planètes du système solaire, les occultations saturniennes se manifestent par des « saisons » cycliques. Ces événements se produisent généralement mensuellement sur un intervalle d'environ 12 mois, suivi d'une interruption d'environ cinq ans au cours de laquelle aucune activité de ce type n'est enregistrée. L'orbite de la Lune est inclinée de plusieurs degrés par rapport à celle de Saturne, par conséquent, les occultations sont limitées aux périodes où Saturne est proche de l'un des points célestes où les deux plans orbitaux se croisent (la longueur de l'année de Saturne et la période de précession nodale de 18,6 années terrestres de l'orbite de la Lune influencent la périodicité).
Satellites naturels
Saturne possède 285 lunes connues, dont 63 ont reçu des noms officiels. Les preuves suggèrent la présence de dizaines, voire de centaines de lunes, d'un diamètre allant de 40 à 500 mètres, dans les anneaux de Saturne ; cependant, celles-ci ne sont pas classées comme de vraies lunes. Titan, la plus grande lune, constitue plus de 90 % de la masse orbitale totale autour de Saturne, englobant ses anneaux. On suppose que la deuxième plus grande lune de Saturne, Rhéa, possède son propre système d'anneaux ténus et une atmosphère diffuse.
Un nombre important des lunes restantes sont de petite taille, 142 mesurant moins de 50 km de diamètre. Historiquement, la majorité des satellites de Saturne portent des noms dérivés des Titans de la mythologie grecque. Titan est le seul satellite du système solaire doté d’une atmosphère importante, présentant des processus chimiques organiques complexes. De plus, c'est le seul satellite connu à présenter des lacs d'hydrocarbures.
Le 6 juin 2013, des scientifiques de l'IAA-CSIC ont annoncé la détection d'hydrocarbures aromatiques polycycliques dans la haute atmosphère de Titan, identifiés comme précurseurs potentiels de la vie. Par la suite, le 23 juin 2014, la NASA a présenté des preuves convaincantes suggérant que l'azote présent dans l'atmosphère de Titan provenait de matériaux présents dans le nuage d'Oort, généralement associés aux comètes, plutôt que des constituants primordiaux qui ont formé Saturne.
Encelade, l'une des lunes de Saturne, est fréquemment considérée comme un habitat potentiel pour la vie microbienne en raison de sa composition chimique qui ressemble à celle des comètes. Soutenant cette hypothèse, les particules riches en sel de la Lune présentent une composition « semblable à celle d'un océan », ce qui suggère que la majeure partie de la glace éjectée par Encelade provient de l'évaporation de l'eau salée liquide. De plus, un survol effectué en 2015 par Cassini à travers un panache d'Encelade a détecté la plupart des composants nécessaires au maintien des formes de vie méthanogènes.
En avril 2014, les scientifiques de la NASA ont annoncé la formation potentielle d'une nouvelle lune dans l'anneau A de Saturne, sur la base d'images capturées par Cassini le 15 avril 2013.
Anneaux planétaires
Saturne est principalement reconnue pour son système distinctif d'anneaux planétaires, qui contribuent à son identité visuelle unique. Ces anneaux s'étendent entre 6 630 et 120 700 kilomètres (4 120 à 75 000 milles) de l'équateur de Saturne et possèdent une épaisseur moyenne d'environ 20 mètres (66 pieds). Leur composition est principalement constituée de glace d'eau, complétée par des traces d'impuretés tholin et une couche dispersée d'environ 7 % de carbone amorphe. Les particules individuelles à l'intérieur des anneaux varient en taille, depuis des grains de poussière microscopiques jusqu'à des objets mesurant jusqu'à 10 mètres de diamètre. Bien que d'autres géantes gazeuses présentent également des systèmes d'anneaux, celui de Saturne est notamment le plus étendu et le plus visible.
L'âge précis des anneaux de Saturne reste un sujet de débat scientifique. Une perspective postule que les anneaux sont anciens, s'étant formés en même temps que Saturne à partir d'un matériau nébulaire primordial il y a environ 4,6 milliards d'années, ou peu après le bombardement lourd tardif (il y a environ 4,1 à 3,8 milliards d'années). A l’inverse, une autre théorie suggère une origine nettement plus jeune, estimant leur formation il y a environ 100 millions d’années. Une équipe de recherche du MIT, défendant cette dernière hypothèse, a proposé que les anneaux représentent les restes d'une lune saturnienne désintégrée, qu'ils ont baptisée « Chrysalide ».
Situé à 12 millions de kilomètres (7,5 millions de miles) de la planète, au-delà du système d'anneaux primaire, se trouve l'anneau diffus de Phoebe. Cet anneau présente une inclinaison de 27° par rapport aux autres anneaux et, à l'image de la lune Phoebe, maintient une orbite rétrograde.
Plusieurs lunes de Saturne, telles que Pandore et Prométhée, fonctionnent comme des lunes bergers, confinant gravitationnellement les anneaux et inhibant leur dispersion. De plus, Pan et Atlas induisent des ondes de densité subtiles et linéaires dans les anneaux de Saturne, ce qui a facilité des déterminations plus précises de leurs masses respectives.
Histoire de l'observation et de l'exploration
L'histoire de l'observation et de l'exploration de Saturne peut être classée en trois périodes distinctes : (1) les observations prémodernes à l'œil nu, (2) les observations télescopiques initiées depuis la Terre au XVIIe siècle et (3) les visites de sondes spatiales robotisées, soit par le biais de missions orbitales, soit de survols. Au cours du 21e siècle, les observations télescopiques persistent à partir d'installations basées sur Terre, notamment d'observatoires en orbite autour de la Terre, tels que le télescope spatial Hubble, et, jusqu'à son déclassement en 2017, à partir de l'orbiteur Cassini stationné autour de Saturne.
Observation pré-télescopique
Saturne est reconnue depuis les époques préhistoriques et revêtait une importance mythologique significative dans les débuts de l'histoire enregistrée. Les astronomes babyloniens ont méticuleusement observé et documenté les mouvements célestes de Saturne. En grec ancien, la planète était appelée Φαίνων Phainon, tandis qu'à l'époque romaine, elle était connue sous le nom d'« étoile de Saturne » ou d'« étoile du Soleil (Hélios). » Dans la mythologie romaine antique, la planète Phainon était vénérée comme sacrée par une divinité agricole, de qui la planète tire son nom contemporain. Les Romains assimilaient leur dieu Saturne au dieu grec Cronos. En grec moderne, la planète continue d'être appelée Cronus—Κρόνος : Kronos.
Le scientifique grec Ptolémée a formulé ses calculs pour l'orbite de Saturne à l'aide d'observations menées pendant l'opposition de la planète. Dans l'astrologie hindoue, Saturne est identifiée comme « Shani », l'une des neuf entités astrologiques connues sous le nom de Navagrahas, et est censée transmettre un jugement basé sur les actions d'un individu. Les anciennes cultures chinoise et japonaise appelaient Saturne « l'étoile de la Terre » ou « l'étoile du sol » (土星), une classification ancrée dans le système traditionnel des cinq éléments utilisé pour catégoriser les phénomènes naturels.
En hébreu, Saturne est désigné par Shabbathai. Cassiel est identifié comme son ange associé. Son esprit bienveillant, ou intelligence, est 'Agȋȇl (hébreu : אגיאל, romanisé : ʿAgyal), tandis que son homologue malveillant, ou démon, est Zȃzȇl (hébreu : זאזל, romanisé : Zazl). Zazel est caractérisé comme un ange puissant, fréquemment invoqué dans les pratiques magiques salomoniennes, particulièrement connu pour son efficacité dans les « conjurations d'amour ». En turc ottoman, en ourdou et en malais, Zazel est appelé « Zuhal », une nomenclature originaire de l'arabe (arabe : زحل, romanisé : Zuhal).
Observations télescopiques avant le vol spatial
La résolution des anneaux de Saturne nécessite un télescope avec une ouverture minimale de 15 mm. Leur existence n'a pas été confirmée jusqu'à ce que Christiaan Huygens les observe en 1655 et publie ensuite ses découvertes en 1659. Plus tôt, en 1610, Galilée, utilisant un télescope rudimentaire, interprétait à tort l'apparence non sphérique de Saturne comme deux lunes distinctes flanquant la planète.
L'application par Huygens du grossissement télescopique amélioré a par la suite réfuté cette hypothèse antérieure, conduisant à l'observation définitive des anneaux. On attribue également à Huygens la découverte de Titan, la plus grande lune de Saturne. Par la suite, Giovanni Domenico Cassini a identifié quatre lunes supplémentaires : Iapetus, Rhéa, Téthys et Dioné. En 1675, Cassini a également identifié l'espace important à l'intérieur des anneaux, qui est maintenant désigné sous le nom de Division Cassini.
De nouvelles découvertes importantes ont cessé jusqu'en 1789, lorsque William Herschel a identifié deux autres lunes, Mimas et Encelade. Le satellite de forme irrégulière Hyperion, caractérisé par sa résonance orbitale avec Titan, a ensuite été découvert en 1848 par une équipe de recherche britannique.
En 1899, William Henry Pickering a identifié Phoebe, un satellite très irrégulier qui s'écarte de la rotation synchrone observée dans les plus grandes lunes de Saturne. Cela a marqué la première découverte d'un tel satellite, remarquable par son orbite rétrograde et sa période orbitale supérieure à un an. Tout au long du début du 20e siècle, les recherches sur Titan ont abouti à la confirmation en 1944 de son atmosphère dense, une caractéristique sans précédent parmi les autres lunes du système solaire.
Missions de vols spatiaux
Le survol du Pioneer 11
En septembre 1979, le vaisseau spatial Pioneer 11 a effectué le survol inaugural de Saturne, en s'approchant à moins de 20 000 km (12 000 mi) des sommets des nuages de la planète. Bien que des images de Saturne et de plusieurs de ses lunes aient été acquises, leur résolution s'est avérée insuffisante pour déterminer les caractéristiques de la surface. En outre, la sonde a étudié le système d'anneaux de Saturne, identifiant le délicat anneau F et observant que les espaces sombres des anneaux apparaissent lumineux lorsqu'ils sont observés à un angle de phase élevé (vers le Soleil), indiquant la présence de fines particules diffusant la lumière. De plus, Pioneer 11 a effectué des mesures de température sur Titan.
Les survols Voyager
La sonde Voyager 1 a atteint le système saturnien en novembre 1980. Cette mission a transmis les premières images haute résolution de la planète, de ses anneaux et de ses satellites. Par conséquent, des caractéristiques de surface sur plusieurs lunes ont été observées pour la première fois. Voyager 1 a effectué un survol rapproché de Titan, améliorant considérablement la compréhension de l'atmosphère de la Lune. La mission a confirmé que l'atmosphère de Titan est opaque aux longueurs d'onde visibles, ce qui exclut l'observation des détails de sa surface. Ce survol a modifié la trajectoire du vaisseau spatial, le dirigeant hors du plan écliptique du système solaire.
Environ un an plus tard, en août 1981, Voyager 2 a procédé à l'exploration du système saturnien. Des images rapprochées supplémentaires des lunes de Saturne ont été obtenues, ainsi que des observations indiquant des altérations de l'atmosphère et du système d'anneaux. Un dysfonctionnement s'est produit lors du survol, rendant la plate-forme de caméra orientable de la sonde inutilisable pendant plusieurs jours, entraînant la perte de certaines images programmées. Le champ gravitationnel de Saturne a ensuite été utilisé pour rediriger la trajectoire du vaisseau spatial vers Uranus.
Les deux sondes ont identifié et vérifié l'existence de plusieurs satellites jusqu'alors inconnus en orbite à proximité ou dans les anneaux de Saturne, en plus de la découverte du minuscule Maxwell Gap (situé dans l'anneau C) et du Keeler Gap (une division de 42 km de large dans l'anneau A).
Le vaisseau spatial Cassini-Huygens
La sonde spatiale Cassini-Huygens a atteint avec succès son orbite autour de Saturne le 1er juillet 2004. Avant son insertion orbitale, en juin 2004, elle a effectué un survol rapproché de Phoebe, transmettant des images haute résolution et des données scientifiques. Lors du survol de Titan, la plus grande lune de Saturne, par Cassini, l'imagerie radar a révélé de vastes lacs et leurs côtes associées, comportant de nombreuses îles et formations montagneuses. L'orbiteur a effectué deux survols de Titan avant de déployer la sonde Huygens le 25 décembre 2004. Par la suite, Huygens est descendu avec succès à la surface de Titan le 14 janvier 2005.
Début 2005, les chercheurs ont utilisé le vaisseau spatial Cassini pour surveiller l'activité des éclairs sur Saturne. Les décharges de foudre observées présentaient une intensité environ 1 000 fois supérieure à celle de la foudre terrestre.
En 2006, la NASA a annoncé que la sonde Cassini avait détecté des indications de réservoirs d'eau liquide souterrains, situés à seulement quelques dizaines de mètres sous la surface, qui se manifestent par des geysers sur Encelade, l'une des lunes de Saturne. Ces geysers éjectent des particules glacées sur l'orbite de Saturne depuis des bouches d'aération situées dans la région polaire sud de la Lune. Plus de 100 geysers de ce type ont été documentés sur Encelade. En mai 2011, les scientifiques de la NASA ont déclaré qu'Encelade était « en train de devenir l'endroit le plus habitable au-delà de la Terre dans le système solaire pour la vie tel qu'on le comprend actuellement ».
Les images capturées par Cassini ont dévoilé un anneau planétaire jusqu'alors inconnu, positionné au-delà des anneaux primaires plus lumineux de Saturne, mais à l'intérieur des anneaux G et E. On pense que la formation de cet anneau résulte d'un impact météoroïde impliquant Janus et Epiméthée. En juillet 2006, des photographies ont révélé des lacs d'hydrocarbures près du pôle nord de Titan, découverte corroborée par la suite en janvier 2007. En mars 2007, de vastes mers d'hydrocarbures ont été identifiées près du pôle Nord, la plus grande étendue approchant les dimensions de la mer Caspienne. De plus, en octobre 2006, la sonde a identifié une tempête semblable à un cyclone de 8 000 km (5 000 mi) de diamètre, dotée d'un mur oculaire, située au pôle sud de Saturne.
Entre 2004 et le 2 novembre 2009, la sonde a identifié et vérifié huit nouveaux satellites. En avril 2013, Cassini a transmis des images représentant un ouragan au pôle nord de Saturne, un phénomène atmosphérique vingt fois plus grand que les ouragans terrestres, caractérisé par des vitesses de vent dépassant 530 km/h (330 mph). Le 15 septembre 2017, la sonde spatiale Cassini-Huygens a exécuté la phase « Grande Finale » de sa mission, impliquant de multiples transits à travers les interstices entre Saturne et son système d'anneaux intérieur. La mission s'est terminée par l'entrée atmosphérique de Cassini.
Missions futures potentielles
L'exploration soutenue de Saturne reste une entreprise réalisable pour la NASA, intégrée dans son programme New Frontiers en cours. Auparavant, la NASA avait sollicité des propositions pour une mission sur Saturne, qui englobait le développement d'une sonde d'entrée atmosphérique sur Saturne et des enquêtes potentielles sur l'habitabilité et la détection prospective de la vie sur les lunes de Saturne, Titan et Encelade, facilitées par la mission Dragonfly.
Représentations dans la fiction
Saturne est un sujet récurrent dans les récits de fiction depuis au moins 1752, à commencer par le roman Micromégas de Voltaire. Les premières représentations littéraires représentaient généralement Saturne comme un corps solide, contrastant avec des descriptions ultérieures plus précises de celle-ci comme une planète gazeuse. Les lunes de Saturne, en particulier Titan, apparaissent également fréquemment dans des contextes fictifs.
Les satellites naturels de Saturne
- Lunes de Saturne
- Statistiques planétaires au sein du système solaire
- Vue d'ensemble de Saturne
Remarques
Références
Alexander, Arthur Francis O'Donel (1980) [1962]. La planète Saturne – Une histoire d'observation, de théorie et de découverte. Douvres. ISBN978-0-486-23927-9.
- Alexander, Arthur Francis O'Donel (1980) [1962]. La planète Saturne – Une histoire d'observation, de théorie et de découverte. Douvres. ISBN 978-0-486-23927-9.Gore, Rick (1981). "Voyager 1 à Saturne : les énigmes des anneaux." National Geographic, 160 (1) : 3–31. Bibcode:1981NaGe..160....3G. INISTPASCALGEODEBRGM8320090635.Lovett, L. ; et coll. (2006). Saturne : une nouvelle vision. Harry N. Abrams. ISBN 978-0-8109-3090-2.Karttunen, Hannu ; Kröger, Pekka ; Oja, Heikki ; Poutanen, Markku ; Donner, Karl Johan, éd. (2017). Astronomie fondamentale. doi:10.1007/978-3-662-53045-0. ISBN 978-3-662-53044-3.Seidelmann, P. Kenneth ; et coll. (2007). "Rapport du groupe de travail AIU/IAG sur les coordonnées cartographiques et les éléments de rotation : 2006." Mécanique céleste et astronomie dynamique, 98 (3) : 155–180. Bibcode:2007CeMDA..98..155S. doi :10.1007/s10569-007-9072-y.de Pater, Imke ; Lissauer, Jack J. (2015). Planetary Sciences (2e édition mise à jour). Cambridge University Press. p. 250.ISBN 978-0-521-85371-2.
- Aperçu de Saturne par la Direction des missions scientifiques de la NASA
- Terminologie du système saturnien par l'AIU Gazetteer of Planetary Nomenclature
- Simulation gravitationnelle 3D interactive du système Cronien Archivé le 17 août 2020 sur la Wayback Machine