Nouvelle étude fixe un âge définitif aux anneaux de Saturne : ils sont vraiment jeunes.

12 mai 2023

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par l'Université du Colorado à Boulder

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 troublé les scientifiques depuis plus d'un siècle.

La recherche, publiée le 12 mai dans la revue Science Advances, 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 obtenu une réponse à une question qui a commencé avec James Clerk Maxwell", a déclaré Kempf, professeur associé au laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) à CU Boulder.

Les chercheurs sont arrivés à cette réponse en étudiant ce qui pourrait sembler être un sujet inhabituel : la poussière. Kempf a expliqué que de minuscules grains de matériaux rocheux traversent le système solaire de la Terre presque constamment. Dans certains cas, ce flux peut laisser derrière lui une mince couche de poussière sur des corps planétaires, y compris sur la glace qui compose les anneaux de Saturne.

Dans la nouvelle étude, lui et ses collègues ont cherché à dater les anneaux de Saturne en étudiant la rapidité avec laquelle se forme cette couche de poussière - un peu comme si vous estimiez l'âge d'une maison en passant votre doigt sur ses surfaces.

"Pensez aux anneaux comme au tapis de votre maison", a déclaré Kempf. "Si vous avez un tapis propre posé, vous n'avez qu'à attendre. La poussière se déposera sur votre tapis. Il en va de même pour les anneaux."

C'était un processus ardu : de 2004 à 2017, l'équipe a utilisé un instrument appelé l'analyseur de poussière cosmique à bord du vaisseau spatial Cassini de la NASA pour analyser les grains de poussière volant autour de Saturne. Au cours de ces 13 années, les chercheurs ont collecté seulement 163 grains qui provenaient au-delà du voisinage proche de la planète. Mais c'était suffisant. Selon leurs calculs, les anneaux de Saturne ont probablement ramassé de la poussière pendant seulement quelques centaines de millions d'années.

Les anneaux de la planète, en d'autres termes, sont des phénomènes nouveaux, se formant (et potentiellement même disparaissant) en un clin d'œil dans les termes cosmiques.

"Nous savons 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."

Les chercheurs ont été fascinés par ces anneaux apparemment translucides depuis plus de 400 ans. En 1610, l'astronome italien Galilée a observé pour la première fois les caractéristiques à travers un télescope, bien qu'il ne sache pas de quoi il s'agit. (Les dessins originaux de Galilée font ressembler les anneaux à des poignées de cruche d'eau). Au XIXe siècle, Maxwell, un scientifique écossais, a conclu que les anneaux de Saturne ne pouvaient pas être solides mais étaient plutôt composés de nombreuses pièces individuelles.

Aujourd'hui, les scientifiques savent que Saturne abrite sept anneaux constitués d'innombrables morceaux de glace, la plupart ne dépassant pas la taille d'un rocher sur Terre. Dans l'ensemble, cette glace pèse environ la moitié de la lune de Saturne, Mimas, et s'étend sur près de 175 000 miles de la surface de la planète.

Kempf a ajouté que pendant la majeure partie du XXe siècle, les scientifiques ont supposé que les anneaux se formaient probablement en même temps que Saturne.

Mais cette idée posait quelques problèmes, notamment le fait que les anneaux de Saturne sont étincelamment propres. Les observations suggèrent que ces caractéristiques sont composées d'environ 98 % d'eau pure en volume, avec seulement une petite quantité de matière rocheuse.

"Il est presque impossible d'obtenir quelque chose d'aussi propre", a déclaré Kempf.

Cassini a offert l'opportunité de fixer définitivement l'âge des anneaux de Saturne. Le vaisseau spatial est arrivé pour la première fois à 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 ressemblait un peu à un seau, a ramassé de petites particules au fur et à mesure qu'elles passaient.

Les ingénieurs et les scientifiques du LASP ont conçu et construit un analyseur de poussière beaucoup plus sophistiqué pour la future mission Europa Clipper de la NASA, qui devrait être lancée en 2024.

L'équipe a estimé que cette saleté interplanétaire contribuerait beaucoup moins d'un gramme de poussière à chaque pied carré des anneaux de Saturne chaque année - une légère averse, mais suffisante pour s'accumuler au fil du 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.

The rings might already be vanishing. In a previous study, NASA scientists reported that the ice is slowly raining down onto the planet and could disappear entirely in another 100 million years.

That these ephemeral features existed at a time when Galileo and the Cassini spacecraft could observe them seems almost too good to be true, Kempf said—and it begs an explanation for how the rings formed in the first place. Some scientists, for example, have posited that Saturn's rings may have formed when the planet's gravity tore apart one of its moons.

'If the rings are short lived and dynamical, why are we seeing them now?' he said. 'It's too much luck.'

Journal information: Science Advances

Provided by University of Colorado at Boulder