Cette image des anneaux de Saturne a été prise par le vaisseau spatial Cassini de la NASA le 13 septembre 2017. Elle fait partie des dernières images que Cassini a renvoyées sur Terre. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Les anneaux distinctifs de Saturne ont été observés avec des détails sans précédent par le vaisseau spatial Cassini de la NASA, et les scientifiques ont maintenant utilisé ces observations pour sonder l'intérieur de la planète géante et obtenir la première détermination précise de son taux de rotation. La durée d'un jour sur Saturne, selon leurs calculs, est de 10 heures 33 minutes et 38 secondes.
Les chercheurs ont étudié les modèles d'ondes créés dans les anneaux de Saturne par les vibrations internes de la planète. En effet, les anneaux agissent comme un sismographe extrêmement sensible en répondant aux vibrations à l'intérieur de la planète elle-même.
Semblable aux vibrations de la Terre d'un tremblement de terre, Saturne répond aux perturbations en vibrant à des fréquences déterminées par sa structure interne. La convection thermique à l'intérieur est la source la plus probable des vibrations. Ces oscillations internes font fluctuer la densité à un endroit particulier de la planète, ce qui fait osciller le champ gravitationnel à l'extérieur de la planète aux mêmes fréquences.
"Les particules dans les anneaux ressentent cette oscillation dans le champ gravitationnel. Aux endroits où cette oscillation résonne avec les orbites des anneaux, l'énergie s'accumule et s'emballe comme une vague, " a expliqué Christopher Mankovich, un étudiant diplômé en astronomie et astrophysique à l'UC Santa Cruz.
Mankovich est l'auteur principal d'un article, publié le 17 janvier dans le Journal d'astrophysique , comparer les modèles d'ondes dans les anneaux avec des modèles de la structure intérieure de Saturne.
L'anneau C de Saturne abrite un éventail étonnamment riche de structures et de textures. Une grande partie de la structure observée dans les parties externes des anneaux de Saturne est le résultat de perturbations gravitationnelles sur les particules des anneaux par les lunes de Saturne, mais certaines des caractéristiques des anneaux sont dues aux vibrations de la planète elle-même. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
La plupart des ondes observées dans les anneaux de Saturne sont dues aux effets gravitationnels des lunes en orbite à l'extérieur des anneaux, a déclaré le coauteur Jonathan Fortney, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz. "Mais certaines des caractéristiques des anneaux sont dues aux oscillations de la planète elle-même, et nous pouvons les utiliser pour comprendre les oscillations internes et la structure interne de la planète, " il a dit.
Mankovich a développé un ensemble de modèles de la structure interne de Saturne, utilisé pour prédire le spectre de fréquences des vibrations internes de Saturne, et comparé ces prédictions avec les ondes observées par Cassini dans l'anneau C de Saturne. L'un des principaux résultats de son analyse est le nouveau calcul du taux de rotation de Saturne, qui a été étonnamment difficile à mesurer.
En tant que planète géante gazeuse, Saturne n'a pas de surface solide avec des points de repère qui pourraient être suivis pendant sa rotation. Saturne a également la particularité d'avoir son axe magnétique presque parfaitement aligné avec son axe de rotation. l'axe magnétique de Jupiter, comme la Terre, n'est pas aligné avec son axe de rotation, ce qui signifie que le pôle magnétique oscille lorsque la planète tourne, permettant aux astronomes de mesurer un signal périodique en ondes radio et de calculer le taux de rotation.
Le taux de rotation de 10:33:38 déterminé par l'analyse de Mankovich est plusieurs minutes plus rapide que les estimations précédentes basées sur la radiométrie du vaisseau spatial Voyager et Cassini.
Cette image de Cassini montre avec des détails sans précédent une onde de densité dans l'anneau B de Saturne, probablement causé par une petite lune perturbant systématiquement les orbites des particules annulaires. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
"Nous avons maintenant la durée du jour de Saturne, quand nous pensions que nous ne serions pas en mesure de le trouver, " a déclaré Linda Spilker, scientifique du projet Cassini. " Ils ont utilisé les anneaux pour scruter l'intérieur de Saturne, et sortit ce tant recherché, qualité fondamentale de la planète. Et c'est un résultat vraiment solide. Les anneaux détenaient la réponse."
L'idée que les anneaux de Saturne pourraient être utilisés pour étudier la sismologie de la planète a été suggérée pour la première fois en 1982, bien avant que les observations nécessaires ne soient possibles. Co-auteur Mark Marley, maintenant au Ames Research Center de la NASA dans la Silicon Valley, par la suite étoffé l'idée de son doctorat. thèse en 1990, a montré comment les calculs pouvaient être faits, et prédit où seraient les caractéristiques des anneaux de Saturne. Il a également noté que la mission Cassini, puis au stade de la planification, serait en mesure de faire les observations nécessaires pour tester l'idée.
« Deux décennies plus tard, les gens ont regardé les données de Cassini et ont trouvé des caractéristiques d'anneau aux emplacements des prédictions de Mark, " a déclaré Fortney.
