Les anneaux de Saturne : une composition pâteuse de son noyau

Les anneaux de Saturne : une composition pâteuse de son noyau

Grâce à une technique appelée “kronosismologie”, deux chercheurs proposent une nouvelle hypothèse concernant la composition du cœur de la géante gazeuse. Celui-ci ne serait pas solide mais diffus, avec un mélange de roches, de glace et de gaz.

Le noyau de Saturne est une soupe. Ou plutôt “un mélange pâteux d’hydrogène, d’hélium, de glace et de roches”, décrit le National Geographic, s’appuyant sur une étude parue le 16 août dans la revue Nature Astronomy. “Si vous deviez couper Saturne en deux, vous ne verriez pas de couches distinctes comme celles qui se trouvent à l’intérieur d’un oignon ou de la planète Terre. Au contraire, le noyau à une limite floue, et plus vous plongez, plus la matière devient dense.”

Jusqu’à présent, les scientifiques privilégiaient l’hypothèse d’un noyau solide, que remettent en cause ces résultats du California Institute of Technology, aux États-Unis. “Ce n’est certainement pas quelque chose que nous nous attendions à trouver”, confie au mensuel américain Christopher Mankovich, l’un des coauteurs de l’étude.

D’après les résultats du planétologue, qui a mené l’étude aux côtés d’un astrophysicien, le noyau de Saturne représente 60 % du diamètre de la planète et est “55 fois plus massif que notre planète”, détaille CNN. Les roches et la glace qui le composent pèsent près de 17 masses terrestres – 17 millions de milliards de milliards de kilogrammes.

Saturne en chef d’orchestre

Les viscères géologiques de notre planète, de la Lune et plus récemment de Mars ont été analysés grâce à des sismomètres. Ces instruments enregistrent la trajectoire des ondes sismiques se déplaçant à travers les différentes couches de l’objet étudié, se comportant différemment en fonction de la matière traversée. En étudiant ces comportements, les chercheurs peuvent alors estimer leur composition interne. Dépourvue de surface solide, Saturne rend cet examen impossible.

D’un autre côté, les sondes en orbite peuvent cartographier approximativement la structure en couches d’une planète gazeuse en détectant de subtils changements de gravité. Toutefois, le noyau de Saturne a un effet si faible sur le champ gravitationnel de la planète que la technique ne peut être utilisée pour le visualiser avec précision. Cela nous ramène à l’anneau C de la planète.

Au cours de ces trois dernières décennies, les chercheurs ont observé d’étranges ondes en spirales à l’intérieur de cet anneau grâce aux missions Voyager et Cassini. Ils ont ainsi appris que ces spirales sont causées par des oscillations en cours au cœur même de la planète. Ces oscillations provoquent des changements dans le champ de gravité local qui attire les particules de glace contenues dans l’anneau C de Saturne et les “fait danser”.

“En d’autres termes, Saturne est un orchestre“, souligne Robin George Andrews, du New York Times. “Différentes notes apparaissent sur l’anneau C comme celles des partitions. Les scientifiques peuvent lire ces notes, entendre la musique et identifier les instruments et les musiciens qui se produisent, le tout sans jamais voir l’orchestre lui-même“.

Cassini perturbée par les anneaux

La sonde Cassini est restée treize ans dans les environs de Saturne et de ses satellites. Elle a eu l’occasion de tester ces perturbations et a permis de conclure que le noyau était compact et métallique, avec une enveloppe d’hydrogène et d’hélium. Cependant, les auteurs ajoutent quelque chose dans l’équation : les perturbations causées par les anneaux. Et ça change tout ! Ils arrivent, eux, à la conclusion que le noyau est en réalité très diffus, sans réelles frontières, et qu’il occupe jusqu’à 60 % rayon de la planète. Il s’agirait d’un mélange inconsistant d’hydrogène, d’hélium et de quelques éléments métalliques lourds.

Les chercheurs racontent : « Pour Jupiter, la sonde Juno avait émis la possibilité de l’existence d’un noyau diffus, pas bien délimité. Avec Cassini, nous avions l’opportunité unique d’étudier si c’était le cas aussi pour Saturne en s’intéressant à ses anneaux. » En effet, il existe des ondes de gravité au sein des anneaux, qui ont elles aussi été mesurées par la sonde. En prenant en compte ces perturbations dans leurs calculs, les chercheurs ont finalement conclu qu’un noyau plus diffus et plus grand paraissait plus vraisemblable. « Les modèles avec un noyau homogène central ne sont pas à exclure totalement, nuancent les auteurs, mais le nôtre semble plus plausible. »

Cela dit, il y a un problème avec ce modèle, c’est qu’il met en doute la théorie sur la formation des géantes gazeuses. La plupart des modèles de formation tablent sur une accrétion rapide autour d’un noyau métallique lourd. Or, ici il faudrait trouver une autre solution. Les auteurs établissent quelques hypothèses, notamment celle selon laquelle le noyau s’est érodé au fur et à mesure, et s’est mélangé avec l’eau et les silicates. Mais même avec ça, il reste difficile d’imaginer comment le résultat final pourrait être un noyau qui mesure plus de la moitié du rayon de la planète. La même énigme se pose à propos de Jupiter. « Des modèles plus complexes peuvent être nécessaires pour expliquer les structures internes des géantes de gaz, afin d’avoir un tableau plus complet  », concluent les auteurs.

Pour aller plus loin : Astronomie

Un aperçu de la nature « flou” du noyau de Saturne

Les scientifiques ont jusqu’à présent calculé que la sixième planète du Soleil a un noyau métallique entouré d’une enveloppe composée principalement d’hydrogène et d’hélium.

Une équipe de recherche du California Institute of Technology a interprété les données basées sur les données d’occultation stellaire de Cassini, une approche pour mesurer la densité des anneaux de Saturne en suivant comment ils filtrent la lumière des étoiles, publiée dans des articles entre 2014 et 2019, prise entre 2007 et jusqu’au fin de la mission en 2017.

L’idée que la structure de Saturne, et en fait celle de Jupiter, est parfaitement divisée en un noyau compact d’éléments lourds comme les roches et la glace et une enveloppe d’éléments légers comme l’hydrogène et l’hélium remonte à des décennies, a déclaré Christopher Mankovich, associé de recherche postdoctoral. Le registre.

“C’est un moyen pratique de faire correspondre les meilleures contraintes de structure que nous avons normalement pour nos géantes gazières locales, c’est-à-dire leur taille et leurs champs de gravité”, a déclaré Mankovich, qui a travaillé avec le professeur adjoint Jim Fuller. “Cependant, étant donné que le champ de gravité et les limitations de taille ne sont pas sensibles aux régions plus profondes de l’intérieur, cette structure de coque centrale bien séparée n’est pas une solution unique, juste une solution pratique : de nombreuses autres structures intérieures plus complexes sont possible “.

Pour confirmer cette idée, les chercheurs ont analysé des données sur les anneaux de Saturne car la manière habituelle de connaître le noyau des planètes gazeuses, en utilisant les perturbations induites dans le champ gravitationnel d’une planète, est assez faible dans le cas de Saturne et limite la précision avec laquelle le la structure interne peut être. précis.

Un noyau incroyablement diffus

En s’appuyant sur les données de la sonde Cassini qui a exploré le système de Saturne de 2004 à 2017, des chercheurs du California Institute of Technology ont ainsi “écouté” les différentes notes produites à l’intérieur de l’anneau C au fil du temps. Ces analyses ont permis de “remonter” jusqu’à l’orchestre et de déterminer la structure du noyau de la planète.

Ces travaux, publiés dans Nature Astronomy, ont révélé un noyau colossal. Environ 55 fois plus massif que la Terre, il représente 60 % du rayon de la planète.

En outre, nous pensions jusqu’à présent que l’intérieur de Saturne présentait une division nette entre un noyau compact de roches et de glace et une enveloppe composée principalement d’hydrogène et d’hélium. Or, ces analyses révèlent que ce noyau est en réalité beaucoup plus diffus. Les roches et la glace cèdent en effet lentement la place aux parties les plus gazeuses de la planète à mesure que l’on s’éloigne du noyau qui, de fait, ne propose aucune frontière clairement définie.

Pour Christopher Mankovich, principal auteur de l’étude, ces nouvelles découvertes sur Saturne ajoutent du crédit à l’idée que l’évolution des géantes gazeuses est un processus graduel entamé par la construction d’un noyau à partir de la coagulation de morceaux de roche spatiale autour duquel vient s’enrouler du gaz pour former le reste de la planète.

Lea LAMBERT

Lea LAMBERT

Elle est photographe professionnelle. Elle souhaite partager son amour de la photo à travers différentes illustrations de nos articles. Léa adore la région nantaise et ses paysages. Son expertise est un atout pour notre équipe.
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