Une nouvelle étude menée par le physicien Sascha Kempf de l’Université du Colorado à Boulder a fourni la preuve la plus solide à ce jour que les anneaux de Saturne sont remarquablement jeunes, répondant potentiellement à une question qui a époustouflé les scientifiques pendant plus d’un siècle.
La recherche, publiée le 12 mai dans la revue Avancées scientifiques, fixe l’âge des anneaux de Saturne à pas plus de 400 millions d’années. Cela rend les anneaux beaucoup plus jeunes que Saturne lui-même, qui a environ 4,5 milliards d’années.
« D’une certaine manière, nous avons résolu une question qui a commencé avec James Clerk Maxwell », a déclaré Kempf, professeur agrégé au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de CU Boulder.
Les chercheurs sont arrivés à cette conclusion en étudiant ce qui pourrait sembler être un sujet inhabituel : la poussière.
Kempf a expliqué que de minuscules grains de matériau rocheux traversent le système solaire terrestre de manière presque constante. Dans certains cas, ce flux peut laisser derrière lui une fine couche de poussière sur les corps planétaires, y compris sur la glace qui compose les anneaux de Saturne.
Dans la nouvelle étude, lui et ses collègues ont entrepris de dater les anneaux de Saturne en étudiant la rapidité avec laquelle cette couche de poussière s’accumule, un peu comme pour déterminer l’âge d’une maison en passant le doigt sur ses surfaces.
« Pensez aux anneaux comme au tapis de votre maison », a déclaré Kempf. « Si vous disposez d’un tapis propre, vous n’avez qu’à attendre. La poussière va se déposer sur votre tapis. Il en va de même pour les anneaux. »
Ce fut un processus ardu : de 2004 à 2017, l’équipe a utilisé un instrument appelé le Analyseur de poussière cosmique une planche Le dernier vaisseau spatial Cassini de la NASA pour analyser les grains de poussière volant autour de Saturne. Au cours de ces 13 années, les chercheurs n’ont collecté que 163 grains provenant d’au-delà du voisinage proche de la planète. Mais c’était assez. D’après leurs calculs, les anneaux de Saturne n’accumulent probablement la poussière que depuis quelques centaines de millions d’années.
Les anneaux de la planète, en d’autres termes, sont de nouveaux phénomènes, apparaissant (et potentiellement même disparaissant) en ce qui équivaut à un clin d’œil en termes cosmiques.
« Nous connaissons approximativement l’âge des anneaux, mais cela ne résout aucun de nos autres problèmes », a déclaré Kempf. « Nous ne savons toujours pas comment ces anneaux se sont formés en premier lieu. »
De Galilée à Cassini
Les chercheurs sont captivés par ces anneaux apparemment translucides depuis plus de 400 ans. En 1610, l’astronome italien Galileo Galilei a observé pour la première fois les caractéristiques à travers un télescope, bien qu’il ne sache pas ce qu’elles étaient. (Les dessins originaux de Galilée font que les anneaux ressemblent un peu aux anses d’un pot à eau). Dans les années 1800, Maxwell, un scientifique écossais, a conclu que les anneaux de Saturne ne pouvaient pas être solides mais étaient plutôt constitués de nombreuses pièces individuelles.
Aujourd’hui, les scientifiques savent que Saturne abrite sept anneaux composés d’innombrables morceaux de glace, la plupart pas plus gros qu’un rocher sur Terre. Au total, cette glace pèse environ la moitié de la lune Mimas de Saturne et s’étend sur près de 175 000 milles de la surface de la planète.
Kempf a ajouté que pendant la majeure partie du 20e siècle, les scientifiques ont supposé que les anneaux se sont probablement formés en même temps que Saturne.
Mais cette idée a soulevé quelques problèmes, à savoir que les anneaux de Saturne sont d’une propreté éclatante. Les observations suggèrent que ces caractéristiques sont constituées d’environ 98% de glace d’eau pure en volume, avec seulement une infime quantité de matière rocheuse.
« Il est presque impossible de se retrouver avec quelque chose d’aussi propre », a déclaré Kempf.
Cassini a offert l’opportunité de donner un âge définitif aux anneaux de Saturne. Le vaisseau spatial est arrivé pour la première fois sur Saturne en 2004 et a collecté des données jusqu’à ce qu’il s’écrase délibérément dans l’atmosphère de la planète en 2017. L’analyseur de poussière cosmique, qui avait la forme d’un seau, a ramassé de petites particules au passage.
Les ingénieurs et les scientifiques du LASP ont conçu et construit un beaucoup plus sophistiqué analyseur de poussière pour la prochaine mission Europa Clipper de la NASA, dont le lancement est prévu en 2024.
L’équipe a estimé que cette saleté interplanétaire apporterait chaque année bien moins d’un gramme de poussière à chaque pied carré des anneaux de Saturne – une légère pincée, mais suffisante pour s’accumuler avec le temps. Des études antérieures avaient également suggéré que les anneaux pourraient être jeunes mais n’incluaient pas de mesures définitives de l’accumulation de poussière.
Coup de chance
Les anneaux sont peut-être déjà en train de disparaître. Dans une étude précédente, des scientifiques de la NASA ont rapporté que la glace pleuvait lentement sur la planète et pourrait disparaître entièrement dans 100 millions d’années.
Que ces caractéristiques éphémères existaient à une époque où Galileo et le vaisseau spatial Cassini pouvaient les observer semble presque trop beau pour être vrai, a déclaré Kempf – et cela demande une explication sur la façon dont les anneaux se sont formés en premier lieu. Certains scientifiques, par exemple, ont émis l’hypothèse que les anneaux de Saturne pourraient s’être formés lorsque la gravité de la planète a déchiré l’une de ses lunes.
« Si les anneaux sont de courte durée et dynamiques, pourquoi les voyons-nous maintenant ? » il a dit. « C’est trop de chance. »
Plus d’information:
Sascha Kempf, la chute de micrométéoroïdes sur les anneaux de Saturne limite leur âge à quelques centaines de millions d’années, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adf8537. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf8537