L'un des derniers actes du vaisseau spatial Cassini de la NASA avant sa mort plongeant dans l'atmosphère d'hydrogène et d'hélium de Saturne a été de se déplacer entre la planète et ses anneaux et de les laisser la tirer, agissant essentiellement comme une sonde de gravité.

Des mesures précises de la trajectoire finale de Cassini ont maintenant permis aux scientifiques de faire la première estimation précise de la quantité de matière dans les anneaux de la planète, les peser en fonction de la force de leur attraction gravitationnelle.

Cette estimation—environ 40 pour cent de la masse de la lune Mimas de Saturne, qui lui-même vaut 2, 000 fois plus petite que la lune de la Terre, leur dit que les anneaux sont relativement récents, ayant vu le jour il y a moins de 100 millions d'années et peut-être aussi récemment qu'il y a 10 millions d'années.

Leur jeune âge met fin à un argument de longue date parmi les scientifiques planétaires. Certains pensaient que les anneaux se sont formés avec la planète il y a 4,5 milliards d'années à partir de débris glacés restés en orbite après la formation du système solaire. D'autres pensaient que les anneaux étaient très jeunes et que Saturne avait, à un moment donné, capturé un objet de la ceinture de Kuiper ou d'une comète et le réduisit progressivement en gravats en orbite.

La nouvelle estimation de masse est basée sur une mesure de combien la trajectoire de vol de Cassini a été déviée par la gravité des anneaux lorsque le vaisseau spatial a volé entre la planète et les anneaux sur sa dernière série d'orbites en septembre 2017. Initialement, cependant, la déviation ne correspondait pas aux prédictions basées sur les modèles de la planète et des anneaux. Ce n'est que lorsque l'équipe a pris en compte les vents très profonds dans l'atmosphère de Saturne - quelque chose impossible à observer depuis l'espace - que les mesures ont eu un sens, leur permettant de calculer la masse des anneaux.

"La première fois que j'ai regardé les données, je n'y ai pas cru, parce que je faisais confiance à nos modèles et qu'il a fallu un certain temps pour qu'il y ait un effet qui a changé le champ de gravité que nous n'avions pas pris en compte, " dit Burkhard Militzer, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'Université de Californie, Berkeley, qui modélise les intérieurs planétaires. "Cela s'est avéré être des flux massifs dans l'atmosphère au moins 9, 000 kilomètres de profondeur autour de la région équatoriale. Nous pensions au préalable que ces nuages ​​étaient comme des nuages ​​sur Terre, qui sont confinés à une couche mince et ne contiennent presque pas de masse. Mais sur Saturne, ils sont vraiment énormes."

Ils ont également calculé que les nuages ​​de surface à l'équateur de Saturne tournent 4 % plus vite que la couche 9, 000 kilomètres (environ 6, 000 milles) de profondeur. Cette couche plus profonde met 9 minutes de plus à tourner que les sommets des nuages ​​à l'équateur, qui font le tour de la planète toutes les 10 heures, 33 min.

"La découverte de couches en rotation profonde est une révélation surprenante sur la structure interne de la planète, " a déclaré Linda Spilker, scientifique du projet Cassini du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. "La question est de savoir ce qui fait que la partie de l'atmosphère en rotation la plus rapide va si profondément et qu'est-ce que cela nous dit sur l'intérieur de Saturne."

Militzer a également pu calculer que le noyau rocheux de la planète doit être entre 15 et 18 fois la masse de la Terre, ce qui est similaire aux estimations antérieures.

L'équipe, dirigé par Luciano Iess à l'Université La Sapienza de Rome, Italie, ont publié leurs résultats aujourd'hui dans le journal Science .

Les anneaux viennent-ils de la comète glacée ?

Les premières estimations de la masse des anneaux de Saturne – entre la moitié et le tiers de la masse de Mimas – provenaient de l'étude des ondes de densité qui se déplacent autour des rochers, anneaux glacés. Ces ondes sont causées par les 62 satellites de la planète, dont Mimas, ce qui crée la division dite de Cassini entre les deux plus grands anneaux, A et B. Mimas est lisse et rond, 246 kilomètres de diamètre. Il a un grand cratère d'impact qui le fait ressembler à l'étoile de la mort des films Star Wars.

"Les gens ne faisaient pas confiance aux mesures des vagues car il pourrait y avoir des particules dans les anneaux qui sont massives mais ne participent pas aux vagues, " Militzer a déclaré. "Nous avons toujours soupçonné qu'il y avait une masse cachée que nous ne pouvions pas voir dans les vagues."

Heureusement, alors que Cassini approchait de la fin de sa vie, La NASA l'a programmé pour effectuer 22 plongées entre la planète et les anneaux pour sonder le champ de gravité de Saturne. Les radiotélescopes terrestres ont mesuré la vitesse du vaisseau spatial à une fraction de millimètre par seconde.

La nouvelle valeur de la masse annulaire se situe dans la plage des estimations antérieures et permet aux chercheurs de déterminer leur âge.

Ces calculs d'âge, dirigé par Philip Nicholson de l'Université Cornell et Iess, construit sur un lien que les scientifiques avaient précédemment établi entre la masse des anneaux et leur âge. Une masse plus faible indique un âge plus jeune, parce que les anneaux sont initialement faits de glace et sont brillants, mais avec le temps, ils deviennent contaminés et assombris par des débris interplanétaires.

"Ces mesures n'ont été possibles que parce que Cassini a volé si près de la surface dans ses dernières heures, " Militzer a déclaré. "C'était un classique, façon spectaculaire de terminer la mission."