Selon les normes terrestres, La lune de Saturne Titan est un endroit étrange. Plus grande que la planète Mercure, Titan est enveloppé d'une épaisse atmosphère (c'est la seule lune du système solaire à en avoir une) et recouvert de rivières et de mers d'hydrocarbures liquides comme le méthane et l'éthane. En dessous se trouve une épaisse croûte de glace d'eau, et en dessous peut se trouver un océan d'eau liquide qui pourrait potentiellement abriter la vie.

Maintenant, des décennies de mesures et de calculs ont révélé que l'orbite de Titan autour de Saturne s'agrandit, c'est-à-dire la lune s'éloigne de plus en plus de la planète, à un rythme environ 100 fois plus rapide que prévu. La recherche suggère que Titan est né beaucoup plus près de Saturne et a migré à sa distance actuelle de 1,2 million de kilomètres (environ 746, 000 milles) sur 4,5 milliards d'années.

Les résultats sont décrits dans un article publié dans la revue Astronomie de la nature le 8 juin.

"La plupart des travaux antérieurs avaient prédit que des lunes comme Titan ou Callisto, la lune de Jupiter, se seraient formées à une distance orbitale similaire à celle que nous voyons maintenant, " dit Jim Fuller de Caltech, professeur adjoint d'astrophysique théorique et co-auteur du nouvel article. "Cela implique que le système lunaire saturnien, et potentiellement ses anneaux, se sont formés et ont évolué de manière plus dynamique qu'on ne le croyait auparavant."

Pour comprendre les bases de la migration orbitale, nous pouvons regarder vers notre propre lune. La lune de la Terre exerce une petite attraction gravitationnelle sur la planète en orbite. C'est ce qui cause les marées :les remorqueurs rythmiques de la lune font gonfler les océans de la Terre d'un côté à l'autre. Les processus de friction à l'intérieur de la terre convertissent une partie de cette énergie en chaleur, déformer le champ gravitationnel de la terre de sorte qu'il tire la lune vers l'avant sur son orbite. Cela amène la lune à gagner de l'énergie et à s'éloigner progressivement de la terre, à raison d'environ 3,8 centimètres par an. Ce processus est vraiment progressif, bien que; La Terre ne «perdra» pas la Lune tant que la Terre et la Lune ne seront pas englouties par le Soleil dans environ six milliards d'années.

Titan exerce une attraction similaire sur Saturne, mais les processus de friction à l'intérieur de Saturne sont généralement considérés comme plus faibles que ceux à l'intérieur de la Terre en raison de la composition gazeuse de Saturne. Les théories standard prédisent que, à cause de sa distance de Saturne, Titan devrait migrer à un rythme lent d'au plus 0,1 centimètre par an. Mais les nouveaux résultats contredisent cette prédiction.

Dans le travail détaillé dans le document Nature Astronomy, deux équipes de chercheurs ont chacune utilisé une technique différente pour mesurer l'orbite de Titan sur une période de 10 ans. Une technique, appelé astrométrie, a produit des mesures précises de la position de Titan par rapport aux étoiles de fond dans les images prises par le vaisseau spatial Cassini. L'autre technique, radiométrie, mesuré la vitesse de Cassini car il a été affecté par l'influence gravitationnelle de Titan.

"En utilisant deux ensembles de données complètement indépendants - astrométrique et radiométrique - et deux méthodes d'analyse différentes, nous avons obtenu des résultats tout à fait en accord, " dit le premier auteur de l'étude, Valéry Lainey anciennement du JPL (que Caltech gère pour la NASA), maintenant de l'Observatoire de Paris, Université PSL. Lainey a travaillé avec l'équipe d'astrométrie.

Les résultats sont également en accord avec une théorie proposée en 2016 par Fuller, qui a prédit que le taux de migration de Titan serait beaucoup plus rapide que les théories de marée standard estimées. Sa théorie note que Titan devrait presser gravitationnellement Saturne avec une fréquence particulière qui fait fortement osciller la planète, de la même manière que le fait de balancer vos jambes sur une balançoire avec le bon timing peut vous conduire de plus en plus haut. Ce processus de forçage des marées est appelé verrouillage par résonance. Fuller a proposé que la grande amplitude de l'oscillation de Saturne dissiperait beaucoup d'énergie, ce qui à son tour entraînerait la migration de Titan vers l'extérieur de la planète à un rythme plus rapide qu'on ne le pensait auparavant. En effet, les observations ont toutes deux révélé que Titan s'éloignait de Saturne à un rythme de 11 centimètres par an, plus de 100 fois plus rapide que les théories précédentes ne le prévoyaient.

"La théorie du verrouillage par résonance peut s'appliquer à de nombreux systèmes astrophysiques. Je fais maintenant des travaux théoriques pour voir si la même physique peut se produire dans les systèmes d'étoiles binaires, ou systèmes d'exoplanètes, " dit Fuller.

L'article s'intitule « Resonance lock in géant planets indiquée par l'expansion orbitale rapide de Titan ».