Un composite en trois couleurs des images infrarouges moyennes de Saturne le 23 janvier 2008 capturé avec COMICS sur le télescope Subaru. La division Cassini et l'anneau C apparaissent brillants. Les différences de couleur reflètent les températures; la partie la plus chaude est bleue, la partie la plus froide est rouge. Crédit :NAOJ
Une équipe de chercheurs a réussi à mesurer la luminosité et la température des anneaux de Saturne à l'aide des images dans l'infrarouge moyen prises par le télescope Subaru en 2008. Les images sont les vues au sol de la plus haute résolution jamais réalisées. Ils révèlent que, à ce moment-là, la division Cassini et l'anneau C étaient plus brillants que les autres anneaux dans la lumière infrarouge moyenne et que le contraste de luminosité semblait être l'inverse de celui observé dans la lumière visible (Figure 1). Les données donnent des informations importantes sur la nature des anneaux de Saturne.
La belle apparence de Saturne et de ses anneaux a toujours fasciné les gens. Les anneaux sont constitués d'un nombre incalculable de particules de glace en orbite au-dessus de l'équateur de Saturne. Cependant, leur origine détaillée et leur nature restent inconnues. Les télescopes spatiaux et au sol ont abordé ce mystère avec de nombreuses observations à diverses longueurs d'onde et méthodes. La mission internationale Cassini dirigée par la NASA observe Saturne et ses anneaux depuis plus de 10 ans, et a publié un grand nombre de belles images.
Subaru voit Saturne
Le télescope Subaru a également observé Saturne à plusieurs reprises au fil des ans. Dr Hideaki Fujiwara, Agent d'information publique/scientifique Subaru, analysé les données prises en janvier 2008 à l'aide de la caméra et du spectromètre à infrarouge moyen refroidi (COMICS) sur le télescope pour produire une belle image de Saturne à des fins d'information publique. Lors de l'analyse, il a remarqué que l'apparence des anneaux de Saturne dans la partie infrarouge moyenne du spectre était totalement différente de ce qui est vu dans la lumière visible
Comparaison des images des anneaux de Saturne dans la vue de 2008 dans l'infrarouge moyen (à gauche) et la lumière visible (à droite). L'image en lumière visible a été prise le 16 mars 2008 avec le télescope Murikabushi de 105 cm à l'observatoire astronomique d'Ishigakijima. Le contraste de luminosité radiale des anneaux de Saturne est l'inverse entre les deux gammes de longueurs d'onde. Crédit :NAOJ
Les anneaux principaux de Saturne sont constitués du C, B, et A sonne, chacun avec des populations différentes de particules. La division Cassini sépare les anneaux B et A. L'image de 2008 montre que la division Cassini et l'anneau C sont plus brillants dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen que ne semblent l'être les anneaux B et A (Figure 1). Ce contraste de luminosité est l'inverse de la façon dont ils apparaissent dans la lumière visible, où les anneaux B et A sont toujours plus brillants que la division Cassini et l'anneau C (Figure 2).
« L'émission thermique » des particules annulaires est observée dans l'infrarouge moyen, où les particules plus chaudes sont plus lumineuses. L'équipe a mesuré les températures des anneaux à partir des images, qui a révélé que la division Cassini et l'anneau C sont plus chauds que les anneaux B et A. L'équipe a conclu que cela était dû au fait que les particules de la division Cassini et de l'anneau C sont plus facilement chauffées par la lumière solaire en raison de leurs populations plus clairsemées et de leurs surfaces plus sombres.
D'autre part, dans la lumière visible, les observateurs voient la lumière du soleil réfléchie par les particules annulaires. Par conséquent, les anneaux B et A, avec leurs denses populations de particules, semblent toujours brillants dans les longueurs d'onde visibles, tandis que la division Cassini et l'anneau C semblent faibles. La différence dans le processus d'émission explique les luminosités inverses des anneaux de Saturne entre l'infrarouge moyen et les vues en lumière visible.
Comparaison des images infrarouge moyen des anneaux de Saturne le 30 avril 2005 (haut) et 23 janvier, 2008 (en bas). Bien que les deux images aient été prises dans l'infrarouge moyen, le contraste radial des anneaux de Saturne est l'inverse l'un de l'autre. Crédit :NAOJ
Changer les angles Changer les luminosités
Il s'avère que la division Cassini et l'anneau C ne sont pas toujours plus brillants que les anneaux B et A, même dans l'infrarouge moyen. L'équipe a étudié des images des anneaux de Saturne prises en avril 2005 avec COMICS, et a constaté que la division Cassini et l'anneau C étaient plus faibles que les anneaux B et A à ce moment-là, ce qui est le même contraste avec ce qui a été vu dans la lumière visible (Figure 3).
L'équipe a conclu que « l'inversion » de la luminosité des anneaux de Saturne entre 2005 et 2008 était due au changement saisonnier de l'angle d'ouverture des anneaux par rapport au Soleil et à la Terre. Puisque l'axe de rotation de Saturne s'incline par rapport à son plan orbital autour du Soleil, l'angle d'ouverture de l'anneau par rapport au Soleil change au cours d'un cycle de 15 ans. Cela provoque une variation saisonnière du chauffage solaire des particules annulaires. Le changement de l'angle d'ouverture vu de la Terre affecte le facteur de remplissage apparent des particules dans les anneaux. Ces deux variations - la température et le facteur de remplissage observé des particules - ont conduit au changement de l'aspect moyen infrarouge des anneaux de Saturne.
Les données prises avec le télescope Subaru ont révélé que la division Cassini et l'anneau C sont parfois brillants dans l'infrarouge moyen, bien qu'ils soient toujours faibles dans la lumière visible. "Je suis si heureux que les activités d'information publique du télescope Subaru, dont je suis responsable, a conduit à cette découverte scientifique, " a déclaré le Dr Fujiwara. " Nous allons à nouveau observer Saturne en mai 2017 et espérons approfondir l'étude de la nature des anneaux de Saturne en tirant parti des observations avec des missions spatiales et des télescopes au sol. "
Cette recherche est publiée dans Astronomie &Astrophysique , Tome 599, A29 et mise en ligne le 23 février 2017 (Fujiwara et al., 2017, "Variation saisonnière du contraste de luminosité radiale des anneaux de Saturne vus dans l'infrarouge moyen par Subaru/COMICS").
