Vue d'artiste de Cassini volant sous les anneaux de Saturne lors de sa "grande finale". Crédit :NASA/JPL-Caltech
Sur ses dernières orbites en 2017, le vaisseau spatial Cassini de longue date a plongé entre les anneaux de Saturne et sa haute atmosphère et s'est baigné dans une averse de poussière que les astronomes appellent "la pluie annulaire".
Dans une recherche publiée aujourd'hui dans Science , Hsiang-Wen (Sean) Hsu de CU Boulder et ses collègues rapportent qu'ils ont réussi à collecter du matériel microscopique provenant des anneaux de la planète.
"Nos mesures montrent ce que sont exactement ces matériaux, comment ils sont distribués et combien de poussière entre dans Saturne, " dit Hsu, auteur principal de l'article et chercheur associé au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP).
Les résultats, qui ont été fabriqués avec l'analyseur de poussière cosmique de Cassini et les instruments de science des ondes radio et plasma, viennent un peu plus d'un an après que le vaisseau spatial a brûlé dans l'atmosphère de Saturne. Ils découlent de la "grande finale" de la mission, " dans lequel Cassini a effectué une série de manœuvres risquées pour se faufiler sous les anneaux de la planète à une vitesse de 75, 000 milles à l'heure.
Capturer la poussière dans ces conditions était un coup d'ingénierie et de navigation, les chercheurs ont déclaré – un snatch-and-run que l'équipe de la mission prévoyait depuis 2010.
"C'est la première fois que des pièces des anneaux de Saturne sont analysées avec un instrument fabriqué par l'homme, " dit Sascha Kempf, co-auteur de la nouvelle étude et associé de recherche au LASP et professeur agrégé au Département de physique. "Si vous nous aviez demandé il y a des années si c'était possible, nous vous aurions dit "pas du tout".
La recherche fait partie d'une série d'études sur les dernières orbites de Cassini publiées aujourd'hui dans Science. Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA a géré la mission, qui était un effort de coopération de la NASA, l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale italienne. Ralf Srama de l'Université de Stuttgart mène des recherches à l'aide de l'analyseur de poussière cosmique du vaisseau spatial, et William Kurth de l'Université de l'Iowa dirige la science des ondes radio et plasma.
Dans ses 22 orbites "grand final" (bleu), Cassini zippé à travers le 1, Espace de 200 milles de large entre les anneaux de Saturne et son atmosphère. L'avant-dernière série d'orbites du vaisseau spatial (jaune) a frôlé les anneaux les plus externes de la planète. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Belle physique
Attraper cette pluie annulaire - que les astrophysiciens avaient prédit sur la base d'études de la haute atmosphère de Saturne - en action n'était pas facile :s'approcher trop près des anneaux d'une planète risquait de déchiqueter le vaisseau spatial.
Avec Cassini à court de carburant en 2017, cependant, les scientifiques de la mission ont décidé de tenter leur chance. Cassini a fait 22 tours autour de Saturne, se faufilant entre l'anneau le plus proche de la planète et sa haute atmosphère, un espace inférieur à 1, 200 milles de large.
Au cours de huit de ces orbites finales, l'analyseur de poussière cosmique en a piégé plus de 2, 700 morceaux de poussière chargés. Sur la base des calculs du groupe, c'est assez de pluie annulaire pour envoyer environ une tonne métrique de matière dans l'atmosphère de Saturne chaque seconde.
Mais ces particules ne sont pas tombées directement sur la planète par gravité seule. Au lieu, l'équipe soupçonne qu'ils tournent le long des lignes de champ magnétique de Saturne comme un yo-yo avant de s'écraser dans l'atmosphère.
"C'est une belle démonstration de physique au travail, " a déclaré le co-auteur de l'étude Mihály Horányi, professeur de physique à CU Boulder.
Boules de neige sales
Les chercheurs ont également pu étudier de quoi était faite cette poussière planétaire. La plupart des particules étaient des morceaux de glace d'eau, le composant principal des anneaux de Saturne. Mais le vaisseau spatial a également ramassé beaucoup de minuscules silicates, une classe de molécules qui composent de nombreuses roches spatiales.
Cette constatation est importante, Hsu a dit, car cela pourrait aider à répondre à une question lancinante sur Saturne :quel âge ont ses anneaux ? Il a expliqué que les objets glacés dans l'espace sont un peu comme des étagères dans votre maison.
"Il est vraiment difficile de maintenir une surface de glace pure dans le système solaire parce que vous avez toujours du matériel sale qui vous arrive, " dit Hsu. " L'une des choses que nous voulons comprendre, c'est à quel point les bagues sont propres ou sales. "
Si les scientifiques peuvent identifier les types exacts de silicates qui recouvrent les anneaux de Saturne, ils peuvent être en mesure de dire si ces caractéristiques sont vieilles de milliards d'années ou beaucoup plus jeunes. Les collègues de Hsu travaillent actuellement à faire ces identifications. Les chercheurs du LASP s'appuient également sur ce qu'ils ont appris de l'analyseur de poussière cosmique de Cassini pour concevoir des instruments de capture de poussière similaires pour les missions Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) et Europa Clipper de la NASA.
Quant à Cassini, "Je suis sûr qu'il y aura encore des surprises à venir, " dit Horanyi, qui est également co-investigateur sur l'analyseur de poussière cosmique. "Nous avons encore d'énormes quantités de données que nous devons trier et analyser."
