Des nouvelles de Cassini à propos de Saturne, Hypérion, Mimas, Téthys et Dioné

Pierre Thomas

ENS Lyon

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

08/11/2005

Résumé

Sélection d'images récoltées par la sonde Cassini entre mai et novembre 2005. La couverture nuageuse de Saturne, ses anneaux et leur déformation au passage des satellites gardiens Prométhée et Pandore, vues des satellites Hypérion, Mimas, Téthys et Dioné.


Notre dernier article "général" date du 10 mai 2005, sauf pour Encelade où nous avons écrit un article en septembre 2005. Qu'y a t-il de nouveau dans le système saturnien depuis mai 2005 ?

Il y a eu des survols rapprochés, des survols lointains et des nouvelles exploitations-interprétations poussées de données "anciennes". Ces résultats, en plus d'Encelade, concernent surtout Saturne, Hypérion, Mimas, Téthys, Dioné et Titan. Nous ferons dans les semaines qui viennent un article pour le seul Titan. Voici les dernières nouvelles sur Saturne, Hypérion, Mimas, Téthys et Dioné.

La couverture nuageuse de Saturne

Nous n'avons jamais développé la dynamique de la couverture nuageuse de Saturne, mais nous nous sommes contentés de montrer de belles images. En voici trois nouvelles supplémentaires (figures 1, 2 et 3).


Figure 2. Changement dans la turbulence au pôle Sud de Saturne

Changement dans la turbulence au pôle Sud de Saturne

Les deux images ont été prises à deux jours saturniens (environ 20 heures terrestres) d'intervalle (photos prises les 4 et 5 juillet 2005, depuis 2,4 millions de km) .



Les anneaux de Saturne

Le printemps et l'été 2005 ont été riches d'enseignement sur les anneaux.

On savait depuis 2004 que l'anneau F était complexe, avec en particulier des bandes obscures obliques appelées «  gores  » (voir les figures 13 et 14 de l'article sur les anneaux de Saturne après le premier survol de Cassini et la photographie du site Planetary Photojournal).

L'anneau F s'est encore montré plus variable qu'on ne le connaissait. La figure 4 montre quatre images prises les 3 et 4 mai 2005 d'une distance comprise entre 950.000 et 730.000 km. Cet anneau F semble "tordu" par des forces extérieures. Les figures 5 et 6 révèlent partiellement l'origine de cette déformation des anneaux : l'action gravitaire des satellites gardiens Prométhée (102 km) et Pandore (84 km).

Figure 4. L'anneau F de Saturne et de ses déformations

L'anneau F de Saturne et de ses déformations

Images prises les 3 et 4 mai 2005 d'une distance comprise entre 950.000 et 730.000 km.


Figure 5. Pandore (à droite), satellite gardien de 84 km de long, et l'anneau F

Pandore (à droite), satellite gardien de 84 km de long, et l'anneau F

On voit très bien qu'une zone déformée de l'anneau F se trouve au voisinage de Pandore, satellite gardien externe. Image prise le 4 mai 2005 d'une distance de 967.000 km.



En combinant des mesures infra-rouge, radio…, la NASA a pu estimer la taille des plus petites particules au niveau de l'anneau A. La NASA a reporté ces résultats avec un code coloré sur une image classique des anneaux. Vers le milieu de l'anneau A, les particules les plus petites ont un diamètre supérieur à 5 cm. Vers l'extérieur, elles sont plus petites (diamètre inférieur à 2 cm) et même inférieures à 1 cm par endroit, en particulier au niveau de la division de Keeler. Quelle peut être l'origine d'une telle répartition, et comment peuvent subsister dans le vide des particules inférieures à 1 cm ? En effet, même à –200°C, la sublimation ferait disparaître une particule inférieure à 1 cm de diamètre en quelques millions d'années. Ces petites particules sont donc générées en permanence.

Figure 7. Granulométrie des plus fines particules de l'anneau A (à l'extérieur de la division de Cassini C)

Granulométrie des plus fines particules de l'anneau A (à l'extérieur de la division de Cassini C)

Rose signifie une taille de particules > 5 cm, bleu une taille de particules < 1 cm et vert les tailles de particules intermédiaires. E et K sont respectivement les divisions de Encke et de Keeler.


Les dernières images ont permis de comprendre cette "anomalie". Dans les divisions de Encke et de Keeler, il y a des satellites. En vertu des lois de Kepler, les particules des anneaux internes vont plus vite que le satellite, et donc "doublent " le satellite. À l'opposé, les particules de l'anneau externe vont moins vite que le satellite, et se font doubler par lui. Le passage des particules au plus près du satellite déforme leur orbite, avec création "d'ondes de déformation", que l'on voit devant le satellite pour les anneaux internes, et derrière pour les anneaux externes. Les figures 8 à 10 explicitent ce phénomène. Ces déformations doivent entraîner des chocs et des ruptures dans les anneaux, d'où la petite taille des particules dans ces zones des anneaux.

Figure 8. Gros plan sur la division de Encke, anneaux de Saturne

Gros plan sur la division de Encke, anneaux de Saturne

L'image a été prise le 1er juillet 2004. Les bords intérieurs sont "ondulés". La structuration de l'anneau (bandes claires) est sécante par rapport à la limite interne de la division de Encke. Trois "annelets" sont visibles dans la division de Encke. Pan, petit satellite interne à la division de Encke n'est pas visible sur cette vue.


Figure 9. Image de la division de Encke au moment du passage du satellite Pan (point blanc)

Image de la division de Encke au moment du passage du satellite Pan (point blanc)

Il s'agit de deux expositions différentes de la même zone, prises le 18 mai 2005. À gauche, l'image est très fortement exposée, ce qui permet de voir deux annelets internes, et leur relation avec Pan. L'image de droite, normalement exposée, montre les "ondes de déformation", en avant à l'intérieur, et en arrière à l'extérieur. Les flèches indiquent les vitesses relatives des particules des anneaux et de Pan. L'anneau interne est déformé après avoir doublé Pan, et l'anneau externe est ondulé après s'être fait doubler par Pan. Ces deux images ont été déformées (étirées en x et raccourcies en y).


Figure 10. Image de la division de Keeler montrant un nouveau petit satellite (7 km de diamètre) et les déformations des bordures occasionnées par son passage

Image de la division de Keeler montrant un nouveau petit satellite (7 km de diamètre) et les déformations des bordures occasionnées par son passage

Image prise le 2 mai 2005. Comme dans la division de Encke, l'anneau interne est déformé après avoir été doublé par le satellite, et l'anneau externe est ondulé après s'être fait doubler par ce satellite.


Hypérion, un petit satellite

Le 26 septembre 2005, un petit satellite s'est fait survoler de près, Hypérion (328 x 260 x 214 km). Il s'agit d'un satellite très étrange, criblé de cratères et ressemblant à une éponge. Sa densité, largement inférieure à 1 suggère qu'il a une structure très mal tassée, pleine de vides, encore une analogie avec une éponge. Le fond des cratères est tapissé d'une substance noire (matière organique ?).

La géologie d'un tel objet est pour l'instant une énigme.

Les satellites moyens

Trois satellites moyens de Saturne se sont fait survoler depuis notre dernier article, en plus d'Encelade bien sûr : Mimas, Téthys et Dioné.

Mimas

Ce qui frappe le plus pour Mimas (400 km de diamètre) c'est la présence d'un gigantesque cratère (relativement parlant), Herschel, de 140 km de diamètre.

À part cet impact, la géologie de Mimas semble bien simple : rien à signaler.

Figure 14. Image vraies et fausses couleurs de Mimas

Image vraies et fausses couleurs de Mimas

Le cratère Herschel est entouré d'une zone différemment colorée (éjectas), mais répartie de façon non symétrique par rapport à Herschel. Pourquoi ?



Téthys

Téthys a un diamètre de 1071 km. Depuis Voyager, on sait qu'il est affecté de deux grands cratères dont Odysseus, de 450 km de diamètre. De l'autre côté, on sait aussi depuis Voyager que Téthys est parcouru par un "canyon" complexe (grabens complexes probables), Ithaca Chasma . Cassini avait déjà survolé Téthys de loin.

Le survol du 24 septembre 2005 a permis d'obtenir des vues éloignées d'Odysseus, et des vues rapprochées de l'autre face, notamment d' Ithaca Chasma . L'origine de la tectonique ayant provoqué ce canyon complexe n'est pas comprise.



Figure 18. Détail de la surface cratérisée de Téthys

Détail de la surface cratérisée de Téthys

Image de 100 x 100 km. Le fossé visible en haut serait l'expression d'une fracture.


Figure 19. Image fausse couleur de la même région de Téthys

Image fausse couleur de la même région de Téthys

La variété des couleurs traduit des différences de composition chimique des impuretés de la glace.


Figure 20. Détail du Sud d' Ithaca Chasma sur Téthys

Détail du Sud d'Ithaca Chasma sur Téthys

On voit plusieurs "branches" du canyon sur une longueur d'environ 200 km. Ces canyons, quelle qu'en soit l'origine, sont des structures anciennes, car leurs fonds et leurs parois sont abondamment cratérisés.


 

Dioné

Dioné avait déjà été survolé de près par Cassini en décembre 2004 (voir l'article du 3 janvier 2005).

Le survol du 11 octobre 2005 n'a pas apporté d'éléments très nouveaux, mais a confirmé la tectonique complexe et géologiquement récente ayant affecté ce satellite : série de rides et de fossés au Nord-Est (figure 23) et champ de failles normales recoupant les cratères au Sud-Est (figure 24 et 25). L'origine de cette (ces) tectonique(s) n'est pas encore connue. Ce qu'on peut en dire, c'est qu'elle est plus récente que la tectonique ayant affecté Téthys, puisque les canyons de Téthys sont perforés de nombreux cratères alors que les failles de Dioné recoupent la majorité des cratères. Ce survol a aussi permis de photographier Dioné sur fond de Saturne, avec les anneaux vus presque parfaitement par la tranche.