Saturne (astronomie)

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Présentation

Saturne (astronomie), planète du Système solaire, portant le nom du dieu de l’Agriculture dans la mythologie romaine, Saturne.

Située entre Jupiter et Uranus, Saturne est la sixième planète à partir du Soleil. Elle est, après Jupiter, la deuxième planète en taille et en masse. Elle est entourée d’un système d'anneaux caractéristique et possède plus de 30 satellites.

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Observation et exploration

Vue de la Terre, Saturne a l’aspect d'un corps jaunâtre : c’est l’un des astres les plus lumineux du ciel, aussi connaît-on Saturne depuis les premières lunettes astronomiques. Plus précisément, c’est Galilée qui est à l’origine de la découverte de Saturne dès 1610, grâce à un petit télescope fabriqué par lui-même. Toutefois, Galilée ne distingue pas que les anneaux sont séparés du corps de la planète.

La première description précise des anneaux de Saturne n’intervient qu’en 1656 ; elle est signée par le savant néerlandais Christiaan Huygens. Actuellement, les télescopes ultra-performants des différents observatoires (et le télescope spatial Hubble) offrent une vue assez précise de Saturne et de son système d’anneaux. Ils permettent également de distinguer une bonne partie des nombreux satellites de Saturne, ainsi que de pâles bandes parallèles à l'équateur, situées dans son atmosphère.

La connaissance de Saturne résulte également de la multitude de données collectées par les trois sondes spatiales américaines Pioneer 11 et Voyager 1 et 2, qui ont survolé Saturne respectivement en septembre 1979, novembre 1980 et août 1981. L’équipement embarqué de ces sondes — caméras et instruments permettant de mesurer l'intensité et la polarisation des ondes électromagnétiques dans le domaine du visible, de l’ultraviolet, de l’infrarouge et des ondes radio — a notamment permis d’étudier le champ magnétique de Saturne et sa magnétosphère.

L’exploration de Saturne se poursuit en octobre 1997, avec le lancement de la sonde Cassini-Huygens, née de la collaboration entre la NASA (National Aeronautics Space Administration), l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’ASI (Agence spatiale italienne). Après un voyage d’environ 7 ans, la sonde se met en orbite autour de Saturne en juillet 2004. Les objectifs principaux de cette mission sont l’étude de la magnétosphère, du système d’anneaux et des satellites de la planète géante. Cette mission comprend également le largage depuis l’orbiteur Cassini du petit module Huygens sur la surface de Titan — le plus grand satellite de Saturne. La descente du module Huygens dans l’atmosphère de Titan, prévue en novembre 2004, a été repoussée au mois de janvier 2005, à la suite de l’observation d’un défaut de conception de la sonde. Néanmoins, depuis sa mise en orbite, la sonde a déjà découvert trois nouvelles lunes de Saturne, baptisées provisoirement S/2004 S1, S/2004 S2 et S/2004 S3. Ces lunes sont très petites (de 3 à 5 km de diamètre). Elles se situent respectivement à 194 000 km, 211 000 km et 141 000 km de Saturne. De plus, le 9 septembre 2004, la sonde a dévoilé la présence d’un nouvel anneau de Saturne, nommé provisoirement S/2004 1R. Cet anneau, large d’environ 300 km, se situe entre les anneaux A et F, à proximité de la petite lune Atlas.

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Composition et structure interne

Principalement constituée d'hydrogène (environ 75 p. 100), Saturne est la moins dense des planètes du Système solaire ; sa densité moyenne correspond au huitième de celle de la Terre. En raison du poids considérable de l'atmosphère de Saturne, la pression atmosphérique augmente au fur et à mesure que l'on s'approche de son noyau, entraînant la liquéfaction de l’hydrogène gazeux. Vers 30 000 km de profondeur, cet hydrogène liquide se solidifie et se comporte comme un conducteur électrique. Cet hydrogène métallique est à l'origine du champ magnétique de la planète, 1 000 fois supérieur à celui de la Terre. Le cœur de Saturne se compose probablement d'un petit noyau rocheux, dont la température avoisine les 15 000 °C.

Comme Jupiter, Saturne est l'objet d'une lente contraction gravitationnelle, poursuivant son accrétion à partir de la nébuleuse de gaz et de poussières qui est à l’origine de la formation du Système solaire il y a environ 5 milliards d'années. Cette contraction dégage une quantité considérable de chaleur — environ trois fois plus importante que celle que Saturne reçoit du Soleil — qui est dissipée dans l'espace sous forme de rayonnements.

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Atmosphère

L’atmosphère de Saturne est essentiellement constituée d'hydrogène (88 p. 100) et d'hélium (11 p. 100) ; le reste est composé de traces de méthane, d'ammoniac et d'autres gaz tels que l'éthane, l'éthylène et la phosphine. Les sondes Voyager ont révélé que cette atmosphère se compose d'une brume plus dense que celle de Jupiter, du fait de sa température inférieure, et dans laquelle circulent des courants tourbillonnaires de nuages. La température au sein des nuages de l’étage supérieur de l’atmosphère saturnienne est de l’ordre de – 176 °C, soit 27 °C de moins que leurs homologues jupitériens.

L’analyse du déplacement des orages de Saturne permet d’estimer la période de rotation de l'atmosphère de Saturne, au niveau de l'équateur, à environ 10 h 11 min. Par ailleurs, diverses mesures en radioastronomie indiquent que la planète tourne sur elle-même en 10 h 39 min 25 s. La différence d'environ 28,5 min entre ces deux périodes de rotation indique que les vents équatoriaux de Saturne soufflent à des vitesses proches de 1 700 km/h.