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    Les astrophysiciens transforment les lunes et les anneaux de Saturne en musique

    Les périodes orbitales, fréquences mises à l'échelle, et les notes musicales des principales lunes de Saturne. Les fréquences ont été augmentées de 27 octaves par rapport à leurs valeurs réelles par les astrophysiciens de l'Université de Toronto afin qu'elles puissent être entendues par des oreilles humaines. Crédit :SYSTEM Sounds/NASA/JPL-Caltech/Elisabetta Bonora/Marco Faccin

    Après des siècles d'admiration et d'émerveillement devant la beauté de Saturne et de ses anneaux, nous pouvons maintenant les écouter, grâce aux efforts des astrophysiciens de l'Université de Toronto (U de T).

    "Pour célébrer la grande finale de la mission Cassini de la NASA le mois prochain, nous avons converti les lunes et les anneaux de Saturne en deux morceaux de musique, " dit l'astrophysicien Matt Russo, chercheur postdoctoral à l'Institut canadien d'astrophysique théorique (CITA) de la Faculté des arts et des sciences de l'Université de Toronto.

    La conversion en musique est rendue possible par les résonances orbitales, qui se produisent lorsque deux objets exécutent des nombres différents d'orbites complètes en même temps, afin qu'ils reviennent sans cesse à leur configuration initiale. Les remorqueurs gravitationnels rythmiques entre eux les maintiennent enfermés dans un motif répétitif serré qui peut également être converti directement en harmonie musicale.

    « Partout où il y a de la résonance, il y a de la musique, et aucun autre endroit dans le système solaire n'est plus rempli de résonances que Saturne, " dit Russo.

    Le vaisseau spatial Cassini collecte des données en orbite autour de Saturne depuis son arrivée en 2004 et est maintenant en proie à une dernière spirale de la mort. Il plongera dans la planète elle-même le 15 septembre pour éviter de contaminer l'une de ses lunes.

    Les périodes orbitales des six résonances du 1er ordre de Janus qui affectent le système d'anneaux. La résonance 1:1 est avec la lune co-orbitale Epiméthée de Janus. Les fréquences correspondantes de ces résonances ont été augmentées de 23 octaves par des astrophysiciens de l'Université de Toronto, produire une gamme musicale. Crédit :SYSTEM Sounds/NASA/JPL/Space Science Institute

    Russo a été rejoint par l'astrophysicien Dan Tamayo, chercheur postdoctoral au CITA et au Center for Planetary Sciences de l'U de T Scarborough, et ensemble, ils ont pu jouer de la musique avec un instrument mesurant plus d'un million de kilomètres de long. Les notes de musique et les rythmes proviennent tous deux du mouvement orbital des lunes de Saturne ainsi que des orbites des milliards de petites particules qui composent le système d'anneaux.

    "Les magnifiques anneaux de Saturne agissent comme une caisse de résonance qui lance des vagues à des endroits qui s'harmonisent avec les nombreuses lunes de la planète, et certaines paires de lunes sont elles-mêmes enfermées dans des résonances, " dit Tamayo.

    Musique des lunes et des anneaux

    Pour le premier morceau qui suit le plongeon final de Cassini, les chercheurs ont augmenté les fréquences orbitales naturelles des six grandes lunes intérieures de Saturne de 27 octaves pour arriver à des notes de musique. "Ce que vous entendez, ce sont les fréquences réelles des lunes, déplacé dans la gamme auditive humaine ", explique Russo. L'équipe a ensuite utilisé une simulation numérique de pointe du système lunaire développée par Tamayo pour jouer les notes résultantes chaque fois qu'une lune termine une orbite.

    Le système lunaire a deux résonances orbitales qui donnent une structure rythmique et harmonique à la mélodie de style berceuse autrement instable. Les première et troisième lunes Mimas et Téthys sont verrouillées dans une résonance 2:1, de sorte que Mimas orbite deux fois pour chaque orbite de Téthys. La même relation relie les orbites des deuxième et quatrième lunes Enceledus et Dione, et la combinaison des deux rythmes simples crée des motifs musicaux intéressants lorsqu'ils entrent et sortent de la synchronicité.

    Une sculpture sur bois du système d'anneau principal de Saturne conçue pour les malvoyants, commandée par des astrophysiciens de l'Université de Toronto. On pourra ressentir de nombreuses structures complexes à l'intérieur des anneaux tout en écoutant leur forme audio. Crédit :SYSTEM Sounds

    "Puisque doubler la fréquence d'une note produit la même note une octave plus haut, les quatre lunes intérieures ne produisent que deux notes différentes proches d'une quinte parfaite l'une de l'autre, " dit Russo, qui est également diplômé du programme de performance Jazz de l'Université de Toronto. "La cinquième lune Rhéa complète un accord majeur qui est perturbé par l'entrée menaçante de la plus grande lune de Saturne, Titan."

    Russo et Tamayo sont rejoints dans le projet par le musicien torontois, et le compagnon de longue date de Matt, André Santaguida. "Dan comprend les résonances orbitales aussi profondément que n'importe qui et Andrew est un magicien de la production musicale. Mon travail consiste à connecter ces deux mondes."

    Titan donne en effet à la sonde Cassini l'impulsion finale qui l'envoie dévaler vers sa mort au cœur de Saturne. La musique suit le vol final de Cassini au-dessus du système d'anneaux en convertissant les fréquences orbitales constamment croissantes des anneaux en un ton ascendant dramatique; le volume de la tonalité augmente et diminue avec les bandes lumineuses et sombres observées des anneaux. La mort de Cassini alors qu'il s'écrase sur Saturne est entendu comme le fracas final d'un dernier accord de piano, qui a été inspiré par "A Day in the Life" des Beatles, dans lequel un riche accord majeur suit un crescendo tout aussi tendu.

    En plus de la bande son, Russo a fait une grande sculpture sur bois faite d'anneaux de Saturne afin que les gens puissent suivre du bout des doigts tout en écoutant. La sculpture fera partie d'une exposition d'astronomie tactile-audio à l'événement de collecte de fonds Night Steps de l'Institut national canadien pour les aveugles pour les malvoyants à Toronto le 15 septembre le même jour, la mission Cassini doit prendre fin.

    Lunes et anneaux traduits en musique

    Résonances de Janus traduites en musique

    La deuxième pièce montre les gammes jouées par Janus et Epiméthée, deux petites lunes irrégulières qui partagent une orbite juste à l'extérieur du système d'anneaux principal de Saturne. Ensemble, ils sont un exemple de résonance 1:1, le seul du système solaire. La paire orbite à des distances légèrement différentes de Saturne, mais avec une différence si négligeable qu'elle change de place tous les quatre ans. La composition simule les derniers mois de la mission de Cassini, tandis que Janus se rapproche d'Épiméthée avant de lui voler sa place en 2018. Ensemble, les deux lunes jouent un bourdon à l'unisson mais avec un rythme en constante évolution qui se répète tous les huit ans.
    Russo a joué une note C# sur sa guitare une fois pour chaque orbite tandis qu'un violoncelle soutient une note pour chaque résonance dans les anneaux.

    "Chaque anneau est comme une corde circulaire, étant continuellement inclinés par Janus et Epiméthée alors qu'ils se poursuivent autour de leur orbite commune, " dit Russo. Cassini a récemment capturé une image de l'une des ondulations que cela crée dans les anneaux. Pour transformer cela en musique, Russo et Santaguida ont utilisé les variations de luminosité de cette image pour contrôler l'intensité du violoncelle.

    Résonances de Janus traduites en musique

    "Les lunes dansantes de Saturne ont maintenant une bande-son, " dit Russo.

    Russo, Tamayo et Santaguida sont le même groupe qui a converti le système planétaire TRAPPIST-1 récemment découvert en musique il y a quelques mois. Ils ont surnommé leur projet parallèle astro-sonique SYSTEM Sounds) et espèrent continuer à explorer l'univers à la recherche d'autres preuves de résonance harmonique naturelle.


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