La lune de Saturne, Japet, et son étrange «renne». Crédit d'image: NASA / JPL / SSI. Cliquez pour agrandir.
Y a-t-il une planète plus mystérieuse et plus belle pour l'observateur que Saturne? Alors que les quatre géantes gazeuses de notre système solaire ont un système en anneau, seule Saturne est visible depuis la Terre. Les astronomes de l'arrière-cour sont depuis longtemps ravis de voir ses deux anneaux brillants et la division sombre de Cassini, tandis que les télescopes d'observation ont identifié de nombreux anneaux et lacunes distincts. Ce n’est qu’au début des années 80, lorsque le Voyager a survolé, que nous avons eu connaissance de plus d’un millier d’anneaux individuels liés par la gravité de Saturne et de ses nombreuses petites lunes. Les anneaux eux-mêmes ne sont rien de plus que des particules de glace allant de la taille des poussières aux rochers. Les satellites se joignent à cette danse complexe - du Titan atmosphérique de la taille de Mercure à l'Hyperion en orbite excentrique. Depuis la fin du XVIIIe siècle, nous connaissons Titan, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea et Iapetus. Nos études ont révélé que quatre des lunes jouent un rôle clé dans la formation du système d'anneaux de Saturne - Pan, Atas, Pandora et Prometheus. Nous savons que la surface hautement réfléchissante d’Encelade est constituée de glace et que Japet est beaucoup plus lumineux d’un côté que de l’autre…
Et peut avoir collecté un anneau alors qu'il traversait les changements orbitaux.
Depuis sa découverte en 1672, nous avons été conscients que l'hémisphère dominant d'Iapetus est complètement plus sombre que le côté arrière. Grâce aux images de la mission Cassini prises en décembre 2004, la présence d’une grande crête équatoriale a été découverte du côté obscur d’Iapetus.
Selon une lettre de recherche géophysique soumise le 29 avril par Paulo C.C. Freire of Arecibo Observatory, «… cette crête et le revêtement sombre de l'hémisphère sur lequel elle repose sont intimement liés et sont le résultat d'une collision avec le bord d'un anneau saturnien primordial, finalement causée par un changement soudain de l'orbite de Japet ". Dit Freire, "En raison de sa nature unique, nous ferons désormais référence à la crête équatoriale d'Iapetus simplement comme" la croupe "pour signifier que cette caractéristique n'est pas une crête au sens habituel du terme; c'est-à-dire une chaîne de montagnes provoquée par un processus tectonique. Ce modèle explique naturellement toutes les caractéristiques uniques de ce satellite; et est probablement la solution à l'un des plus anciens mystères de l'astronomie du système solaire. »
L'un des objectifs scientifiques de l'imagerie aérienne de Cassini était de faire la lumière sur le côté obscur d'Iapetus, appelé Cassini Regio. À la surprise des chercheurs, il a révélé une grande crête équatoriale qui ne ressemble à rien d'autre dans le système solaire - une crête si symétrique par rapport au Cassini Regio que les deux caractéristiques doivent être liées, comme l'a reconnu précédemment Carolyn Porco - chef du Cassini Équipe d'imagerie. La majorité des indices indiquent comment le système d'anneaux et les lunes en formation ont orbité autour de Saturne lui-même.
La compréhension actuelle de la formation du système solaire (et, à plus petite échelle, du système saturnien) indique que de nombreux planétoïdes (et protosatellites) ont peut-être commencé une fois sur des orbites qui sont devenues par la suite instables. Ils auraient pu entrer en collision les uns avec les autres, ou être éjectés de leur système par des rencontres rapprochées avec les autres. Dans le cas de Saturne, il est possible qu’ils aient été perturbés par les marées à l’approche de la gravité de Saturne et des systèmes d’anneaux formés. Plus près de la planète, dans une zone connue sous le nom de «zone Roche», l'attraction marémotrice de Saturne empêche la formation de proto-satellites à partir de particules annulaires. Pour que la théorie de la collision en anneau corresponde à ce que Cassini a imaginé, Iapetus devait avoir été l'une de ces lunes avec des orbites instables.
Les preuves indiquent que quelque chose a changé l'orbite de Iapetus avant d'entrer en collision avec le matériau de l'anneau. Si cela ne s'était pas produit, l'anneau se serait ajusté à la gravité d'Iapetus comme en témoignent les satellites actuellement intégrés dans les anneaux. Dans le cas de ces satellites - aucun scénario de collision ne peut se produire. Dans les circonstances d'Iapetus, son orbite était nécessairement excentrique, ou aucune différence de vitesse n'existerait entre Iapetus et les particules de l'anneau et encore - aucune collision ne se produirait.
Un impact avec un anneau suggère également que cette orbite modifiée avait un périsaturnium au bord extérieur de la zone Roche, où les anneaux peuvent exister pendant de plus longues périodes. C'est un indice que Iapetus était probablement beaucoup plus proche de Saturne que son orbite actuelle. "L'existence de la renne suggère que l'orbite de Japet au moment de la collision était équatoriale", explique Freire, "sinon, avec son inclinaison actuelle, une collision avec un anneau ne produirait pas une arête vive, mais quelque chose de plus comme un revêtement sombre vaporeux de l'hémisphère dominant. " En conclusion, un satellite avec une orbite équatoriale et excentrique a une très grande probabilité d'interagir davantage avec d'autres satellites - fournissant les moyens de changer à nouveau sur une orbite différente.
Maintenant que nous avons préparé le terrain, comment les images prises de cette renne unique soutiennent-elles la théorie? Selon Freire, "Le scénario des collisions en anneau produit naturellement une caractéristique linéaire exactement à l'équateur: il s'agit de l'intersection géométrique d'un plan d'anneau et de la surface d'une lune avec une orbite équatoriale (précédemment)." Une attention particulière a été accordée à la tectonique, mais une formation aussi parfaitement linéaire - située exactement à l'équateur - est peu susceptible de résulter de processus tectoniques et Iapetus ne montre aucun signe d'activité volcanique.
"Une autre caractéristique clé de la renne est que sa hauteur varie extrêmement lentement avec la longitude", explique Freire, "Cela peut être attendu du dépôt de matériau d'un anneau, mais une telle hauteur constante n'a jamais été observée pour aucune caractéristique tectonique. Si l'origine de la croûte était tectonique et a précédé le revêtement sombre, elle ne doit pas nécessairement être confinée à Cassini Regio. Si elle est postdatée, alors la croûte construite à partir d'un upwelling de l'intérieur d'Iapetus devrait être beaucoup plus lumineuse que la surface environnante. »
Une analyse considérable a été donnée aux informations fournies par l'imagerie Cassini. La longueur longitudinale de la crête est inférieure à 180 degrés, ce qui suggère que Japet n'a jamais été complètement à l'intérieur de la région de l'anneau - ce qui indique qu'il vient d'entrer en collision avec un bord d'anneau. Des considérations de mécanique céleste indiquent qu'une collision avec un bord d'anneau aurait dû provoquer un mouvement vers l'est des impacts des particules par rapport à la surface du satellite. "Cela explique un fait important observé: bien que Cassini Regio soit symétrique par rapport à la croupe dans la direction nord / sud, il n'en est pas de même dans la direction est / ouest." Ce modèle de collision suggère que la croûte serait plus haute du côté ouest où les impacts étaient plus proches de la verticale, puis s'éloignerait lentement en se déplaçant vers l'est - un fait confirmé par les images. Avec des millions de cratères d'impact se formant chaque seconde le long d'une ligne, ce modèle deviendrait indubitable. La sublimation des glaces contenues dans les particules impactantes produirait une atmosphère transitoire, avec un fort gradient de pression éloigné de la croûte. Ce gradient produirait des vents rapides capables de transporter de la poussière fine. Selon Freire, «dans notre hypothèse, la poussière déposée par de tels vents est le revêtement sombre de la région connue aujourd'hui sous le nom de Cassini Regio.» Un tel scénario est étayé par d’autres preuves: «Les stries sombres observées au bord de Cassini Regio indiquent que c’est un vent venant de l’équateur qui a déposé la« poussière ». Nous pouvons en être certains car les images de Cassini montrent clairement que la poussière se dépose vers le bas depuis les bords du cratère. » Cela ne peut pas être expliqué par le vol balistique des particules de l'équateur, comme l'a suggéré la chef de l'équipe d'imagerie Cassini, Carolyn Porco. Il ne peut pas être produit dans l'Iapetus actuel, car il n'a pas d'atmosphère. La conclusion qu'une atmosphère transitoire existait autrefois devient incontournable.
Ces découvertes passionnantes pourraient-elles vraiment provenir d'un impact antérieur avec l'un des anneaux de Saturne? Les indices semblent certainement faire en sorte que les pièces du puzzle s'emboîtent parfaitement. Grâce au travail de chercheurs comme Paulo Freire, nous avons peut-être résolu un mystère du système solaire vieux de 333 ans.
Écrit par Tammy Plotner, avec un grand merci à Paulo Freire pour ses contributions.
