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Une nouvelle étude publiée dans Science et basée sur les informations des dernières données de la sonde Cassini de la NASA,  montre que les anneaux de Saturne – l’un des objets les plus fabuleux du système solaire – sont beaucoup plus complexes chimiquement qu’ont le pensait.

En outre, ces données montrent que l’anneau le plus interne du géant gazier jette des grains de poussière enrobés de son cocktail chimique dans la haute atmosphère de la planète à une vitesse extraordinaire au cours de sa rotation. Les chercheurs expliquent que, sur de longues périodes, ce matériau infestant peut modifier la teneur en carbone et en oxygène de l’atmosphère.

Des anneaux plus complexes chimiquement

« Il s’agit d’un nouvel élément du fonctionnement de notre système solaire », a déclaré Thomas Cravens, professeur de physique et d’astronomie à l’Université du Kansas et co-auteur du nouvel article. « Deux choses m’ont surpris. La première est la complexité chimique de ce qui sortait des anneaux – nous pensions que ce serait presque entièrement de l’eau d’après ce que nous avons vu dans le passé. La deuxième chose est la quantité énorme de cette chimie – beaucoup plus que ce à quoi nous nous attendions à l’origine. La qualité et la quantité des matériaux que l’anneau met dans l’atmosphère m’ont surpris.  »

Cravens fait partie de l’équipe qui s’occupe du spectromètre de masse ionique et neutre (INMS) de Cassini. Lors de la « Grande Finale » de Cassini, en 2017, le spectromètre de masse embarqué à bord de la sonde a échantillonné des produits chimiques à une altitude comprise entre les anneaux de Saturne et son atmosphère.

Plus que de l’eau, l’INMS a découvert que les anneaux étaient composés d’eau, de méthane, d’ammoniac, de monoxyde de carbone, d’azote moléculaire et de dioxyde de carbone.

Des matières organiques emprisonnées dans la glace

« Ce que les résultats décrivent est l’environnement dans le fossé entre l’anneau intérieur et la haute atmosphère, et certaines des choses trouvées étaient attendues, telles que l’eau », a déclaré Cravens. « Ce qui était une surprise, c’est que le spectromètre de masse a détecté du méthane – personne ne s’y attendait. Il a également vu du dioxyde de carbone, ce qui était inattendu. On pensait que les anneaux étaient entièrement constitués d’eau. Mais les anneaux les plus internes contiennent des matières organiques emprisonnées dans la glace « .

Une autre nouvelle du spectromètre de masse de Cassini a montré qu’une grande quantité de la substance chimique brassée par l’anneau D qui se trouve à 66 900 km de Saturne, est projetée dans la haute atmosphère de la planète car celle-ci tourne plus vite que l’atmosphère de la planète elle-même.

« Nous avons vu que cela se passait même si ce n’est pas encore complètement compris », a déclaré le chercheur de la KU. « Ce que nous avons vu, c’est que ce produit, y compris de la benzine, modifiait la plus haute atmosphère de Saturne dans la région équatoriale. Il y avait des grains et de la poussière contaminés. »

Cravens a déclaré que ces résultats pourraient jeter un nouvel éclairage sur les mécanismes qui sous-tendent notre système solaire ainsi que d’autres systèmes solaires et leurs exoplanètes – et susciter également de nombreuses nouvelles questions scientifiques.

De nombreuses questions

« Cela pourrait nous aider à comprendre comment une planète obtient des anneaux. Certains le font, d’autres pas; pourquoi ? », a-t-il déclaré. « Quelle est la durée de vie d’un anneau et ce qui sert à les constituer? Y a-t-il eu une époque où Saturne n’avait pas d’anneaux? Comment cette composition a-t-elle été introduite autour de cette planète? Cela remonte-t-il à la nébuleuse proto pré-solaire – la nébuleuse qui s’est effondrée dans un milieu interstellaire qui a formé le soleil et les planètes? »

Selon Cravens, le taux plus élevé que prévu de matériaux expulsés de l’anneau D de Saturne dans la haute atmosphère de la planète – ou ionosphère – est suffisant pour que les astronomes pensent à présent que la durée de vie de l’anneau pourrait être plus brève que celle estimée précédemment.

« Grâce à ces données, nous avons maintenant raccourci la durée de vie des anneaux intérieurs à cause de la quantité de matière extraite qui en sort – c’est beaucoup plus que ce que nous pensions auparavant », a déclaré Cravens. Nous savons que cela élimine le matériau des anneaux au moins 10 fois plus vite que prévu. Si ce n’est pas réapprovisionné, les anneaux ne vont pas durer.

Jupiter avait probablement un anneau qui a évolué pour devenir l’anneau actuel, et cela pourrait être pour des raisons similaires. Les anneaux vont et viennent. À un moment donné, ils s’assèchent progressivement à moins d’obtenir du nouveau matériel. »

Avec l’aide d’étudiants diplômés et de premier cycle de la KU, Cravens a commencé par trier et nettoyer les données brutes de l’instrument INMS de Cassini. « Les données brutes ont été transmises par notre instrument Cassini vers des antennes pour espace lointain, au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, puis à des ordinateurs du Southwest Research Institute de San Antonio où est basé Hunter Waite, le premier auteur », a-t-il déclaré.

Les produits chimiques modifient la chimie ionosphérique de Saturne

Mais la contribution principale de Cravens a consisté à interpréter ces données, en mettant l’accent sur la manière dont les matériaux des anneaux modifient l’ionosphère de Saturne. Cravens et ses collègues ont rapporté que l’afflux de produits chimiques provenant des anneaux modifie la chimie ionosphérique équatoriale de Saturne en convertissant les ions hydrogène et les ions hydrogène triatomiques en ions moléculaires plus lourds, réduisant ainsi la densité ionosphérique de la planète.

« Mon intérêt portait sur l’ionosphère, l’environnement des particules chargées, et c’est ce sur quoi je me suis concentré », a déclaré Cravens. « Ces déchets rentrent dans l’ionosphère, affectent sa composition et ont des effets observables – c’est ce que nous essayons de comprendre. »

Puis il continue ses explications : « les données sont claires, mais les explications sont encore en cours de modélisation et cela prendra du temps. Les matériaux arrivent de Saturne à grande vitesse parce que les anneaux se déplacent beaucoup plus rapidement que l’atmosphère. »

« Ils ne s’enfoncent pas doucement, mais arrivent comme un satellite qui rentrerait en collision sur notre propre planète à la vitesse d’un satellite, y déposant de l’énergie qui peut dissocier l’atmosphère. Par atome, c’est une matière assez énergétique en raison de la différence de vitesse entre les anneaux et l’atmosphère. Nous pensons que cela réchauffe peut-être la haute atmosphère et en modifie la composition. », a-t-il conclu

Source : University of Kansas