Cassini, le petit vaisseau spatial qui pourrait le faire, s'enflamme. Au cours des quatre prochains mois, la sonde la plus sophistiquée jamais réalisée dansera de manière précaire entre Saturne et ses anneaux glacés, capturant des images spectaculaires de cette région jamais explorée. Dans cette grande finale de son voyage de 20 ans, Cassini attirera de nouveau l’attention sur les origines de cet ensemble d’anneaux les plus fascinants et les plus mystérieux du système solaire.
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Pour les astronomes, le mystère le plus persistant de ces anneaux est leur âge. Bien que considérées depuis longtemps comme anciennes, leur décrépitude a fait l’objet d’un débat au cours des dernières années, les preuves suggérant une formation plus jeune. De nouvelles recherches soutiennent maintenant l'idée que les anneaux de Saturne datent de plusieurs milliards, plutôt que de plusieurs millions d'années.
À un moment donné de l'histoire de Saturne, un disque de poussière et de gaz autour de la lune s'est fondu dans les anneaux incroyables que nous voyons aujourd'hui. Certaines des lunes qui entrent et sortent de ces anneaux peuvent avoir été formées à partir du même matériau, ce qui signifie que la datation de ces lunes pourrait nous aider à mieux cerner l'âge des anneaux de Saturne. Mais selon la nouvelle recherche, trois de ces lunes intérieures sont plus anciennes que ce que les scientifiques avaient émis, faisant allusion à une origine ancienne pour les anneaux également.
"C'est un casse-tête très cool, car tout est lié", a déclaré Edgard Rivera-Valentin, de l'observatoire Arecibo à Porto Rico. Plutôt que de s’attaquer aux âges de toutes les lunes et tous les anneaux, Rivera-Valentin avance lentement dans le défi, pas à pas. «J'essaie de couper une pièce» du puzzle, dit-il.
En 2016, Rivera-Valentin a commencé à utiliser de nouveaux modèles informatiques pour examiner les antécédents de collision des lunes de Saturne, Iapetus et Rhea, et a découvert qu'elles s'étaient formées tôt dans les 4, 6 milliards d'années du système solaire. Ses conclusions, qu'il a présentées lors de la conférence Lunar and Planetary Sciences au Texas en mars, vont dans le sens de l'idée que les anneaux de Saturne sont plus anciens que nous le pensions.
En plus d'être intriguants, les anneaux et les lunes de Saturne peuvent offrir des indices aux chasseurs de planètes baguées en dehors de notre système solaire. Jusqu'à présent, une seule exoplanète annelée a été identifiée - ce qui semble étrange, étant donné que les quatre géantes gazeuses de notre propre système possèdent des anneaux. Si les lunes et les anneaux de Saturne sont jeunes, cela pourrait fournir une explication.
"Si les anneaux de Saturne sont jeunes, un observateur (hypothétique) s'intéressant à notre système solaire ne les aurait pas vus s'il y avait un milliard d'années", a déclaré Francis Nimmo, un scientifique planétaire qui étudie les origines des mondes glacés à la Université de Californie à Santa Cruz.
Peut-être que d'autres mondes ont aussi des anneaux de courte durée, dont la brève apparition dans la longue lentille de l'espace-temps les rend difficiles à repérer depuis la Terre. Dans ce cas, tout comme quelqu'un au-delà du système solaire aurait une possibilité limitée d'espionner les anneaux autour de Saturne, les observateurs humains seraient tout aussi limités dans leur capacité à repérer des mondes fantômes.
Des lunes et des anneaux de longue durée, en revanche, pourraient signifier que de tels mondes sont communs et pourraient se cacher sous leurs yeux, soit perdus au cours de décennies de données, soit bloqués par des limitations technologiques.
Cette image en fausses couleurs était créée à l'aide de signaux radio renvoyés de Cassini vers la Terre via les anneaux de Saturne. (NASA / JPL) Cicatrices anciennes
Pour ce qui est du calcul de l'âge des autres mondes, les scientifiques s'appuient fortement sur les cratères. En reliant les cicatrices d'impact aux périodes de bombardement intensif dans le système solaire, ils peuvent estimer approximativement l'âge de la surface, ce qui fournit une limite supérieure au monde lui-même. Des recherches antérieures ont suggéré que les anneaux et les lunes de Saturne n’avaient que 100 millions d’années, ce qui les rendait relativement jeunes dans la vie du système solaire.
Le problème est que le comportement du système solaire dans le passé fait actuellement l’objet de débats. En 2005, une nouvelle théorie est apparue selon laquelle Uranus et Neptune dansaient l'un avec l'autre, jetant des débris glacés vers le reste des planètes. Mais selon les recherches de Rivera-Valentin, cette pluie de matériau (connue sous le nom de bombardement lourd tardif) aurait totalement détruit la plus jeune lune de Saturne, Mimas.
Rivera-Valentin a décidé de régler le problème de l'autre côté. Dans le passé, il avait travaillé avec un étudiant pour calculer la quantité de débris projetée dans Iapetus, qui selon lui devrait être la plus vieille lune de tous les modèles. En utilisant une technique similaire pour déterminer la quantité de matériau qui a marqué une autre lune, Rhea, il a découvert que le satellite avait été bombardé bien moins qu'Iapetus.
Cela pourrait être dû au fait que la quantité de matériaux frappant la lune était inférieure à celle calculée précédemment. Ou bien, cela pourrait être dû au fait que Rhea s'est formé beaucoup plus tard que Iapetus, peut-être peu de temps après le bombardement intensif récent qui a eu lieu il y a 3, 9 milliards d'années. Mais en se basant sur le nombre de cratères, les cicatrices de Rhea signifient qu'il ne peut pas être aussi jeune que prévu par certains modèles.
"Donc, le modèle qui dit qu'ils auraient pu se former il y a 100 millions d'années, je peux au moins dire non, ce n'est probablement pas le cas", a déclaré Rivera-Valentin. Cependant, les modèles suggérant que Rhea se soit formé au moment du bombardement intensif tardif concordent tous avec l’histoire de la cratère de la lune. En supprimant l'un des supports pour les anneaux plus jeunes, les recherches de Rivera-Valentin ont permis de démontrer que les satellites de Saturne avaient une origine beaucoup plus ancienne.
Faire marche arrière
Puisque la méthode d’historique des cratères dépend tellement de notre compréhension de l’évolution du système solaire, Nimmo a décidé de choisir une tactique différente pour poursuivre les âges de la lune. Ses études ont révélé que la lune devait avoir au moins quelques centaines de millions d’années, excluant les modèles qui la fixaient à seulement 100 millions d’années.
"Vous pouvez en quelque sorte remonter le temps et voir où ils étaient auparavant", a déclaré Nimmo. Des recherches antérieures sur le sujet ont placé Mimas à côté de Saturne il y a seulement un demi-milliard d'années, suggérant qu'il aurait pu être jeune. Cependant, ces recherches ont supposé que les lunes se comportaient de la même manière que par le passé.
Nimmo, de son côté, a exploré comment ils auraient pu interagir différemment quand ils étaient plus jeunes. "Même si les satellites partent assez vite en ce moment, ils ne partaient pas aussi vite qu'auparavant, ils peuvent donc facilement avoir 4 milliards d'années", a-t-il déclaré.
Nimmo a décompressé la dynamique de deux des plus de 60 lunes pour trouver plus de preuves de leur formation ancienne. Contrairement au modèle précédent qui rembobinait les lunes en fonction de leurs orbites actuelles, il expliqua comment Saturne aurait influencé les lunes. Saturne tire sur les lunes en orbite et les lunes se tirent l'une l'autre. Ces forces constantes chauffent leurs centres et la chaleur se déplace ensuite vers la surface.
«Il faut du temps pour que cette température se propage vers l'extérieur, car la chaleur est conduite à une certaine vitesse, c'est donc une échelle de temps que nous pouvons utiliser», a-t-il déclaré.
Sur Dione, la glace coulante a rempli certains des bassins d’impact. Si la collision elle-même avait fait fondre la glace, les cratères se seraient détendus à la surface, a déclaré Nimmo. Au lieu de cela, la chaleur doit venir du tiraillement du voisin. Il a utilisé la fonte comme un thermomètre pour déterminer que la lune avait au moins quelques centaines de millions d'années, bien qu'elle aurait facilement pu être autour de 4, 5 milliards d'années. Cela exclut les modèles qui datent de la lune à seulement 100 millions d'années.
Dans les études à venir, Nimmo espère examiner une autre lune, comme Tethys, dont le mouvement rapide devrait aider à réduire le temps qui s'écoule autour de sa naissance. Et bien que ses recherches, qui s'appuient sur des travaux antérieurs réalisés par Jim Fuller au California Institute of Technology, établissent certaines contraintes pour la naissance des satellites, le fossé d'âge reste important. «Cela ne va pas tout résoudre», a-t-il déclaré.
Exoplanètes baguées
Jusqu'à présent, la seule exoplanète annelée connue est J1407b, un monde jeune où le monstre sportif sonne 200 fois plus gros que celui de Saturne et qui pourrait ressembler aux géantes gazeuses du système solaire primitif.
«L’idée est que les anneaux de Saturne étaient jadis aussi gros», a déclaré Matt Kenworthy de l’observatoire de Leiden, qui a dirigé l’équipe qui a identifié les anneaux de monstres en 2015. Au fil du temps, le gaz et la poussière ont pu former des lunes, tomber à la surface ou été emporté par le vent solaire. Comprendre si les lunes, et potentiellement les anneaux, sont anciennes peut aider à savoir si Saturne porte les restes de ces anneaux primordiaux.
Si les anneaux de Saturne sont vieux, cela devrait signifier qu'ils existent autour d'autres exoplanètes. Alors pourquoi un seul monde a-t-il été identifié jusqu'à présent? Selon Kenworthy, cela est dû en partie au temps. Repérer un géant gazier assez loin de son soleil pour s'accrocher aux anneaux glacés nécessite environ 10 ans de données, informations qui n'ont été compilées que récemment.
«Nous sommes probablement tombés sur l'une des nombreuses données déjà présentes dans les données. Il suffit simplement de chercher dans les anciennes données», a déclaré Kenworthy.
