Cette image montre les ceintures de rayonnement protonique de Saturne. Le rayonnement dans la zone entre la planète et l'anneau en D peut être vu agrandi dans l'encart et a été observé pour la première fois lors de la dernière phase de la mission Cassini. Il est créé par l'incidence du rayonnement cosmique galactique sur les anneaux de la planète. Les protons ainsi générés interagissent ensuite avec l'atmosphère de Saturne, son anneau en D fin et ses boucles. Crédit :MPS/JHUAPL
Il y a environ un an, une plongée spectaculaire dans Saturne a mis fin à la mission Cassini de la NASA - et avec elle une expérience unique, Expédition de recherche de 13 ans sur le système saturnien. Au cours des cinq derniers mois de la mission, la sonde est de nouveau entrée en territoire inconnu :Vingt-deux fois, il a plongé dans la région presque inexplorée entre la planète Saturne et son anneau le plus intérieur, l'anneau en D. Vendredi, 5 octobre 2018, le journal Science publie six articles décrivant les premiers résultats de cette phase de mission.
Dans l'un de ces articles, une équipe de recherche dirigée par l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire en Allemagne et le Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins aux États-Unis rapporte sur les ceintures de rayonnement de protons uniques formées à proximité de la planète. En raison de la présence du A dense, B, et anneaux C, cette zone est presque totalement découplée de la ceinture de rayonnement principale et du reste de la magnétosphère, qui s'étendent plus loin vers l'extérieur.
Lorsque la sonde spatiale Cassini a effectué sa première orbite autour de Saturne et de ses anneaux le 1er juillet, 2004, la suite de détecteurs de particules MIMI (Magnetospheric Imaging Instrument), y compris le système de mesure magnétosphérique à basse énergie (LEMMS), développé et construit sous la direction de MPS, eu un bref aperçu de la région entre la planète et l'anneau D le plus interne. Les mesures ont indiqué qu'une population de particules chargées peut être présente, mais sa composition exacte et ses propriétés restaient obscures. Dans les années suivantes, MIMI-LEMMS a étudié les particules piégées par le puissant champ magnétique de Saturne à l'extérieur de ses anneaux, formant sa ceinture de rayonnement principale qui se compose de protons et d'électrons de haute énergie. La ceinture de rayonnement protonique s'étend sur plus de 285, 000 kilomètres dans l'espace et est fortement influencé par les nombreuses lunes de Saturne, qui le segmentent en cinq secteurs. « Seulement 13 ans plus tard, peu avant la fin de la mission, nous avons eu l'opportunité de suivre nos toutes premières mesures à Saturne et de voir si un secteur de ceinture de radiation supplémentaire coexiste avec l'anneau D et la haute atmosphère de la planète, " explique Elias Roussos, scientifique de l'Institut Max Planck pour les systèmes solaires, auteur principal de la présente étude.
Le test de patience de 13 ans a maintenant porté ses fruits. Dans leur courant Science article, les scientifiques brossent un tableau complet des protons entourant Saturne à proximité. Deux articles dans la revue Lettres de recherche géophysique élaborer ces conclusions.
Semblable à la principale ceinture de protons de Saturne, les protons qui peuplent la région proche de la planète sont générés par le rayonnement cosmique galactique incident. Lorsque le rayonnement cosmique interagit avec la matière dans l'atmosphère de Saturne ou dans ses anneaux denses, il déclenche une chaîne de réactions générant des protons de haute énergie qui sont ensuite piégés par le champ magnétique de la planète.
Le champ magnétique de Saturne est plus de 10 fois plus fort près de la planète qu'il ne l'est dans les principales ceintures de radiation. Cela rend le piégeage si efficace que les protons peuvent rester pendant des années dans la même ligne de champ magnétique. Cela les oblige à interagir continuellement avec l'anneau D et l'atmosphère saturnienne et à perdre progressivement toute leur énergie. Mais avec les densités de l'anneau D ténu inconnues, il n'était pas clair à quelle vitesse cette perte d'énergie se développe et si une ceinture de rayonnement pourrait être maintenue. La modélisation théorique a indiqué qu'un scénario viable pourrait être que le MIMI ne mesure rien d'autre que le bruit.
Dans sa phase finale de mission, la sonde Cassini est entrée dans la région entre Saturne et l'anneau en D le long de la trajectoire orange. L'accumulation observée de protons s'étend à travers l'anneau D. Alors que l'intensité des protons est visiblement réduite au niveau des boucles D68 et D73, la boucle D72 l'influence à peine. Bien que Cassini lui-même n'ait pas plongé dans le système d'anneau en D, Le LEMMS a obtenu des informations sur sa structure lorsque les particules piégées se déplacent le long des lignes de champ magnétique (par exemple, marquées en bleu) et atteignent le vaisseau spatial après avoir interagi avec le matériau de l'anneau. Crédit :MPS/JHUAPL
Cela ne s'est heureusement pas produit, du moins pour les protons. Les mesures du LEMMS ont révélé une accumulation stable de protons énergétiques qui s'étend de l'atmosphère de Saturne à tout l'anneau D. L'énergie de nombre de ces protons est extrême :plus de 10 fois supérieure à ce que le LEMMS a été conçu pour mesurer. "Nous avons dû extraire d'anciens dessins mécaniques de l'instrument et en construire de nouveaux modèles pour comprendre comment il mesurerait dans un environnement aussi extrême, " ajoute Roussos.
"En dehors de l'anneau en D, Le A de Saturne, Les anneaux B et C sont nettement plus denses et poussiéreux, formant un 62 efficace, Barrière de 000 kilomètres pour le piégeage des particules chargées, " continue Roussos. Cela signifiait que le bord extérieur de l'anneau D était aussi loin que cette nouvelle ceinture de protons pouvait s'étendre - et les mesures du LEMMS l'ont confirmé. " Cela crée une ceinture de rayonnement qui est complètement isolée du reste de la magnétosphère, " dit le scientifique MPS Dr Norbert Krupp, Chercheur principal de l'équipe MIMI-LEMMS et co-auteur de l'étude en Science .
Cette région est unique dans le système solaire. Il offre la possibilité d'examiner une ceinture de rayonnement dans des conditions de laboratoire, comme ses protons sont créés par un processus très stable, guidé et contrôlé par le puissant champ magnétique de Saturne. Dans la ceinture de radiation principale de Saturne et dans les ceintures de radiation de la Terre et de Jupiter, ces conditions sont différentes et beaucoup plus compliquées. Sur Terre, par exemple, un afflux variable de particules de haute énergie provenant du soleil peut avoir une forte influence sur la structure de la ceinture de rayonnement.
Les nouvelles informations que LEMMS ajoute sur le système d'anneau en D sont tout aussi précieuses, qui est trop faible pour être étudiée par imagerie seule. Cet anneau contient un total de trois boucles étroites, tous plus brillants que le reste de l'anneau et nommés D68, D72 et D73. Alors que l'intensité des protons a été réduite par les boucles D68 et D73, la boucle D72 située entre eux ne semble pas avoir d'effet. "Même si les boucles D72 et D68 sont tout aussi brillantes, Les mesures du LEMMS nous montrent qu'elles doivent en fait être très différentes, " dit Roussos.
Les mesures MIMI ont également révélé une ceinture de rayonnement protonique de basse énergie à une altitude inférieure à plusieurs milliers de kilomètres. Cette ceinture se forme occasionnellement lorsque des atomes d'hydrogène neutres rapides créés dans la magnétosphère de Saturne sont piégés près de la planète lorsqu'ils impactent son atmosphère et se chargent. "La présence de cette ceinture de basse altitude montre que certaines informations minimales de la variable de Saturne, la magnétosphère lointaine peut être transmise à travers les anneaux denses de la planète, " ajoute Krupp.
Au cours des 13 années passées à Saturne par l'instrument MIMI/LEMMS, il a mené l'une des enquêtes les plus complètes sur une ceinture de rayonnement planétaire autre que celle de la Terre et a même aidé à découvrir des anneaux inconnus. Un résumé de ces découvertes et d'autres peuvent être trouvés dans le livre Saturne au 21ème siècle , qui est publié par Cambridge University Press ce mois-ci. Le Dr Norbert Krupp du MPS fait partie de ses quatre rédacteurs.
