Une illustration de Saturne et de son noyau « flou ». Crédit : Caltech/R. Blessé (IAPC)
Saturne fait des vagues dans ses propres anneaux
De la même manière que les tremblements de terre font gronder notre planète, les oscillations à l'intérieur de Saturn faire trembler la géante gazeuse très légèrement. Ces mouvements, à leur tour, provoquent des ondulations dans les anneaux de Saturne.
Dans une nouvelle étude acceptée dans la revue Nature Astronomie, deux astronomes de Caltech ont analysé ces anneaux ondulants pour révéler de nouvelles informations sur le noyau de Saturne. Pour leur étude, ils ont utilisé des données plus anciennes capturées par NASA's Cassini, un vaisseau spatial qui a orbité la géante aux anneaux pendant 13 ans avant de plonger dans l'atmosphère de la planète et de se désintégrer en 2017.
Les résultats suggèrent que le noyau de la planète n'est pas une boule de roche dure, comme certaines théories précédentes l'avaient proposé, mais une soupe diffuse de glace, de roche et de fluides métalliques - ou ce que les scientifiques appellent un noyau "flou". L'analyse révèle également que le noyau s'étend sur 60% du diamètre de la planète, ce qui le rend considérablement plus grand que prévu.
"Nous avons utilisé les anneaux de Saturne comme un sismographe géant pour mesurer les oscillations à l'intérieur de la planète", explique le co-auteur Jim Fuller, professeur adjoint d'astrophysique théorique à Caltech. "C'est la première fois que nous avons pu sonder sismiquement la structure d'une planète géante gazeuse, et les résultats ont été assez surprenants."
"L'analyse détaillée des anneaux ondulants de Saturne est une forme très élégante de sismologie pour déduire les caractéristiques du noyau de Saturne", explique Jennifer Jackson, professeur William E. Leonhard de physique minérale au laboratoire sismologique de Caltech, qui n'a pas participé à l'étude. mais utilise différents types d'observations sismiques pour comprendre la composition du noyau terrestre et pour détecter potentiellement des événements sismiques sur Venus dans le futur.
Christophe Mankovitch.
L'auteur principal de l'étude est Christopher Mankovich, chercheur associé postdoctoral en science planétaire qui travaille dans le groupe de Fuller.
Les résultats offrent les meilleures preuves à ce jour du noyau flou de Saturne et correspondent aux preuves récentes de la mission Juno de la NASA, qui indique que la géante gazeuse Jupiter peut également avoir un noyau dilué de la même manière.
« Les noyaux flous sont comme une boue », explique Mankovich. « L'hydrogène et l'hélium gazeux de la planète se mélangent progressivement avec de plus en plus de glace et de roche à mesure que vous vous déplacez vers le centre de la planète. C'est un peu comme certaines parties des océans de la Terre où la salinité augmente à mesure que vous atteignez des niveaux de plus en plus profonds, créant une configuration stable. »
L'idée que les oscillations de Saturne pourraient faire des vagues dans ses anneaux et que les anneaux pourraient ainsi être utilisés comme sismographe pour étudier l'intérieur de Saturne est apparue pour la première fois dans les études au début des années 1990 par Mark Marley (BS '84) et Carolyn Porco (PhD '83 ), qui devint plus tard le chef de l'équipe d'imagerie Cassini. La première observation du phénomène a été faite par Matt Hedman et PD Nicholson (PhD '79) en 2013, qui ont analysé les données recueillies par Cassini. Les astronomes ont découvert que l'anneau C de Saturne contenait plusieurs motifs en spirale entraînés par les fluctuations du champ gravitationnel de Saturne et que ces motifs étaient distincts des autres ondes des anneaux causées par les interactions gravitationnelles avec les lunes de la planète.
Maintenant, Mankovich et Fuller ont analysé la configuration des vagues dans les anneaux pour construire de nouveaux modèles du ballottement intérieur de Saturne.
"Saturne tremble toujours, mais c'est subtil", dit Mankovich. « La surface de la planète se déplace d'environ un mètre toutes les une à deux heures comme un lac ondulant lentement. Comme un sismographe, les anneaux captent les perturbations de la gravité et les particules de l'anneau commencent à s'agiter », dit-il.
Jim Fuller.
Les chercheurs disent que les ondulations gravitationnelles observées indiquent que l'intérieur profond de Saturne, tout en se balançant dans son ensemble, est composé de couches stables qui se sont formées après que des matériaux plus lourds aient coulé au milieu de la planète et cessé de se mélanger avec des matériaux plus légers au-dessus d'eux.
"Pour que le champ gravitationnel de la planète oscille avec ces fréquences particulières, l'intérieur doit être stable, et cela n'est possible que si la fraction de glace et de roche augmente progressivement à mesure que vous vous rapprochez du centre de la planète", explique Fuller.
Leurs résultats indiquent également que le noyau de Saturne est 55 fois plus massif que la Terre entière, avec 17 masses terrestres de glace et de roche et le reste un fluide d'hydrogène et d'hélium.
Hedman, qui ne fait pas partie de l'étude actuelle, déclare : « Christopher et Jim ont pu montrer qu'une caractéristique particulière de l'anneau fournissait des preuves solides que le noyau de Saturne est extrêmement diffus. Je suis ravi de penser à ce que toutes les autres caractéristiques des anneaux générés par Saturne pourraient nous dire sur cette planète. »
De plus, les résultats posent des défis aux modèles actuels de formation de géantes gazeuses, qui soutiennent que les noyaux rocheux se forment d'abord puis attirent de grandes enveloppes de gaz. Si les noyaux des planètes sont effectivement flous comme l'indique l'étude, les planètes pourraient à la place incorporer du gaz plus tôt dans le processus.
Référence : « Un noyau diffus à Saturne révélé par la sismologie en anneau » par Christopher R. Mankovich et Jim Fuller, 16 août 2021, Nature Astronomie.
DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3
La Nature Astronomie L'étude intitulée "Un noyau diffus dans Saturne révélé par la sismologie en anneau" a été financée par la Fondation Rose Hills et la Fondation Sloan.
