Une équipe de scientifiques internationaux dirigée par Skoltech a développé un modèle mathématique qui donne un sens à l'un des grands mystères des anneaux de Saturne.

Les anneaux de Saturne sont des formations de poussière et de glace qui tourbillonnent le long du plan équatorial de Saturne. Ils ont été repérés pour la première fois en 1610 par Galileo Galilei. À l'époque, il pensait qu'ils faisaient partie de la planète elle-même. L'étude approfondie de ces formations uniques n'est devenue possible qu'au 20e siècle, à l'ère de l'exploration spatiale. Et de nombreux mystères liés à leur formation et à leurs processus restent sans réponse.

La plupart des planètes du système solaire sont restées inchangées pendant des millions d'années, mais les anneaux de Saturne présentent une instabilité extrême. C'est particulièrement vrai pour l'anneau F, l'un de ses anneaux extérieurs. L'anneau F est connu pour changer au cours des jours ou même des heures. Par exemple, engins spatiaux ont détecté des amas de matière dans l'anneau F qui disparaissent soudainement.

Bien qu'on ne sache pas encore ce qui cause ce comportement erratique, on sait que les processus d'agrégation (fusion) et de fragmentation (désintégration) des particules jouent un rôle. Dans les anneaux planétaires, comme celles de Saturne, ces processus se produisent à une échelle particulièrement grande, nécessitant un équilibre cohérent entre fragmentation et agrégation.

Des scientifiques d'universités russes (Skoltech, Université d'Etat de Moscou, l'Institut de mathématiques numériques de l'Académie des sciences de Russie), le Royaume-Uni (Université de Leicester), et les États-Unis (Université de Boston) se sont associés pour faire la lumière sur le mystérieux anneau F en utilisant un modèle mathématique qui avait déjà été utilisé pour étudier les éléments les plus stables de Saturne.

En utilisant le modèle, l'équipe dirigée par Skoltech a démontré la possibilité de régimes oscillatoires périodiques incessants pour la fusion et la fragmentation des particules au sein des anneaux de Saturne. En d'autres termes, ils ont identifié un mécanisme qui pourrait provoquer la formation de caillots dans un anneau planétaire tel que l'anneau F. Leurs résultats satisfont à la loi de conservation de la masse, qui soutient que la masse ne peut pas être créée ou détruite dans des réactions chimiques.

Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue scientifique Lettres d'examen physique .

« Nous avons passé près de trois ans à travailler dessus avant de présenter nos résultats pour publication. En effet, il nous a fallu beaucoup de temps pour traverser nos doutes et les étapes de validation. Au final, nous avons trouvé un exemple de solution oscillatoire périodique sans fin à partir du modèle mathématique des processus d'agrégation et de fragmentation des anneaux de Saturne. Par ailleurs, nous avons déterminé que ces régimes périodiques conduisent à un cycle limite stable, ce qui est très surprenant pour un modèle sous la loi de conservation de la masse, où l'on s'attend à trouver des solutions d'équilibre stables. Comme nos principaux résultats proviennent de simulations numériques, nous espérons susciter l'intérêt de la communauté mathématique pour l'élaboration de preuves analytiques rigoureuses des phénomènes présentés. De toute façon, nous en déduisons que ces résultats peuvent apporter un nouvel éclairage sur les phénomènes d'amas périodiques apparaissant dans l'anneau F de Saturne, " a déclaré l'auteur principal et chercheur de Skoltech Sergey Matvee