De la même manière que les tremblements de terre font gronder notre planète, les oscillations à l'intérieur de Saturne font trembler la géante gazeuse très légèrement. Ces mouvements, à son tour, provoquer des ondulations dans les anneaux de Saturne.

Dans une nouvelle étude acceptée dans la revue Astronomie de la nature , deux astronomes de Caltech ont analysé ces anneaux ondulants pour révéler de nouvelles informations sur le noyau de Saturne. Pour leur étude, ils ont utilisé des données plus anciennes capturées par Cassini de la NASA, un vaisseau spatial qui a orbité la géante aux anneaux pendant 13 ans avant de plonger dans l'atmosphère de la planète et de se désintégrer en 2017.

Les résultats suggèrent que le noyau de la planète n'est pas une boule de roche dure, comme certaines théories précédentes l'avaient proposé, mais une soupe diffuse de glace, Roche, et les fluides métalliques - ou ce que les scientifiques appellent un noyau "flou". L'analyse révèle également que le noyau s'étend sur 60 pour cent du diamètre de la planète, ce qui le rend considérablement plus grand que précédemment estimé.

"Nous avons utilisé les anneaux de Saturne comme un sismographe géant pour mesurer les oscillations à l'intérieur de la planète, " dit le co-auteur Jim Fuller, professeur assistant d'astrophysique théorique à Caltech. "C'est la première fois que nous avons pu sonder sismiquement la structure d'une planète géante gazeuse, et les résultats étaient assez surprenants."

"L'analyse détaillée des anneaux ondulants de Saturne est une forme très élégante de sismologie pour déduire les caractéristiques du noyau de Saturne, " dit Jennifer Jackson, le professeur William E. Leonhard de physique minérale au laboratoire sismologique de Caltech, qui n'a pas participé à l'étude mais utilise différents types d'observations sismiques pour comprendre la composition du noyau terrestre et potentiellement détecter des événements sismiques sur Vénus à l'avenir.

L'auteur principal de l'étude est Christopher Mankovich, un chercheur associé postdoctoral en science planétaire qui travaille dans le groupe de Fuller.

Les résultats offrent les meilleures preuves à ce jour du noyau flou de Saturne et correspondent aux preuves récentes de la mission Juno de la NASA, ce qui indique que la géante gazeuse Jupiter peut également avoir un noyau dilué de la même manière.

"Les noyaux flous sont comme une boue, " explique Mankovich. " L'hydrogène et l'hélium gazeux de la planète se mélangent progressivement avec de plus en plus de glace et de roche à mesure que vous vous déplacez vers le centre de la planète. C'est un peu comme certaines parties des océans de la Terre où la salinité augmente à mesure que vous atteignez des niveaux de plus en plus profonds, créer une configuration stable."

L'idée que les oscillations de Saturne pourraient faire des vagues dans ses anneaux et que les anneaux pourraient ainsi être utilisés comme sismographe pour étudier l'intérieur de Saturne est apparue pour la première fois dans les études au début des années 1990 par Mark Marley (BS '84) et Carolyn Porco (Ph.D. . '83), qui devint plus tard le chef de l'équipe d'imagerie Cassini. La première observation du phénomène a été faite par Matt Hedman et P.D. Nicholson (Ph.D. '79) en 2013, qui a analysé les données prises par Cassini. Les astronomes ont découvert que l'anneau C de Saturne contenait plusieurs motifs en spirale entraînés par les fluctuations du champ gravitationnel de Saturne et que ces motifs étaient distincts des autres ondes des anneaux causées par les interactions gravitationnelles avec les lunes de la planète.

Maintenant, Mankovich et Fuller ont analysé la configuration des vagues dans les anneaux pour construire de nouveaux modèles du ballottement intérieur de Saturne.

"Saturne tremble toujours, mais c'est subtil, " dit Mankovich. " La surface de la planète se déplace d'environ un mètre toutes les une à deux heures comme un lac ondulant lentement. Comme un sismographe, les anneaux captent les perturbations gravitationnelles, et les particules de l'anneau commencent à s'agiter, " il dit.

Les chercheurs disent que les ondulations gravitationnelles observées indiquent que l'intérieur profond de Saturne, tout en pataugeant dans son ensemble, est composé de couches stables qui se sont formées après que des matériaux plus lourds aient coulé au milieu de la planète et aient cessé de se mélanger avec des matériaux plus légers au-dessus d'eux.

"Pour que le champ gravitationnel de la planète oscille avec ces fréquences particulières, l'intérieur doit être stable, et cela n'est possible que si la fraction de glace et de roche augmente progressivement à mesure que vous vous dirigez vers le centre de la planète, " dit Fuller.

Leurs résultats indiquent également que le noyau de Saturne est 55 fois plus massif que la Terre entière, avec 17 masses terrestres de glace et de roche et le reste un fluide d'hydrogène et d'hélium.

Hedman, qui ne fait pas partie de la présente étude, dit, "Christopher et Jim ont pu montrer qu'une caractéristique particulière de l'anneau fournissait une preuve solide que le noyau de Saturne est extrêmement diffus. Je suis ravi de penser à ce que toutes les autres caractéristiques de l'anneau générées par Saturne pourraient nous dire sur cette planète."

En outre, les résultats posent des défis aux modèles actuels de formation de géantes gazeuses, qui maintiennent que les noyaux rocheux se forment d'abord et attirent ensuite de grandes enveloppes de gaz. Si les noyaux des planètes sont effectivement flous comme l'indique l'étude, les planètes pourraient plutôt incorporer du gaz plus tôt dans le processus.

Les Astronomie de la nature étudier, titré, "Un noyau diffus dans Saturne révélé par la sismologie annulaire, " a été financé par la Fondation Rose Hills et la Fondation Sloan.