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Une lune « perdue » pourrait expliquer plusieurs mystères entourant Saturne

Crédits : NASA/JPL/Institut des sciences spatiales

De nouveaux travaux révèlent que les anneaux de Saturne pourraient s’être formés au temps des dinosaures, il y a environ cent millions d’années, lorsqu’une de ses lunes a été déchirée par la gravité de la planète. La disparition de cette lune pourrait également expliquer l’inclinaison de la planète. Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Science.

Deux interrogations

La caractéristique la plus frappante de Saturne reste ses anneaux. On a longtemps pensé que ces derniers étaient des restes de la formation de la planète elle-même, il y a environ 4,5 milliards d’années. Au début des années 1980, deux chercheurs du MIT ont cependant estimé un âge relativement jeune de 100 millions d’années sur la base de la vitesse des particules glacées contenues à l’intérieur de ces anneaux, et de la fréquence à laquelle ils se heurtent. Plus récemment, les données de la sonde Cassini ont confirmé l’âge de ces anneaux, mais comment se sont-ils formés ?

Nous savons que Saturne « vacille » également sur son axe. Ce phénomène, appelé précession, est le même que celui qui fait tourner l’axe de rotation d’une toupie en cercle. Dans le cas de Saturne, cette précession est principalement provoquée par Titan, sa plus grande lune, qui est « tirée » par l’attraction gravitationnelle du Soleil.

À un moment donné, alors que la fréquence de la précession de Saturne augmentait, celle-ci est entrée en résonance avec la précession du nœud de l’orbite de Neptune (l’endroit où l’orbite de Neptune coupe le plan de l’écliptique). Une résonance est un effet amplificateur. Poussez un enfant sur une balançoire au bon moment et l’amplitude de son mouvement augmentera. Dans le système solaire, les résonances sont gravitationnelles et sont liées à des fréquences d’occurrence spécifiques, dans ce cas, le taux de précession de Saturne et la précession du nœud de l’orbite de Neptune.

Cependant, des observations récentes suggèrent que la fréquence de la précession de Saturne et celle de l’orbite de Neptune ne sont pas en résonance. Comment l’expliquer ?

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Saturne photographiée par Voyager 2 le 4 août 1981. Crédits : NASA/JPL

Une lune déchirée par Saturne

Dans le cadre d’une nouvelle étude, une équipe d’astronomes dirigée par Jack Wisdom, du MIT, propose une hypothèse permettant d’expliquer ces deux mystères : Saturne avait jadis une autre lune.

Cette lune hypothétique, que l’équipe a nommée Chrysalis, aurait eu à peu près la taille de la lune existante Iapetus, qui s’étend sur environ 1 470 km de large. Il y a environ 160 millions d’années, les interactions gravitationnelles avec d’autres grandes lunes, comme Titan et Japet, auraient progressivement rendu l’orbite de Chrysalis plus chaotique. Au fil du temps, la lune se serait alors dangereusement approchée avant d’être déchirée par son intense gravité. Certains débris auraient alors tourbillonné autour de la planète, formant ainsi ses anneaux.

Les mesures du champ gravitationnel de la planète réalisées par la sonde Cassini ont également permis aux chercheurs de modéliser la répartition de la masse dans son intérieur. À partir de là, ils ont pu calculer que Saturne n’était que tout juste désynchronisée avec Neptune. Autrement dit, elle l’était encore jusqu’à récemment. L’équipe affirme que l’influence gravitationnelle de Chrysalis aurait pu maintenir son inclinaison en résonance avec Neptune pendant plusieurs milliards d’années. La perte de la lune aurait ensuite permis à la planète de dériver vers son angle actuel de quasiment 27 degrés.

Aussi soignée et séduisante que soit cette explication, l’équipe reconnaît qu’elle ne reste qu’une hypothèse. De nouvelles preuves devront la confirmer.