Nouvelle théorie sur la formation et l'âge des anneaux de Saturne

A cette question brûlante, une nouvelle étude parue le 15 septembre dans la revue Science entend apporter une réponse convaincante.

Selon elle, il y a environ 100 millions d'années, une lune glacée s'est disloquée après s'être un peu trop rapprochée de Saturne; les restes de ce satellite se sont ensuite peu à peu placés en orbite autour d'elle.

"Les anneaux de Saturne ont été découverts par Galilée il y a environ 400 ans, et ils sont l'un des objets les plus intéressants à observer à travers un petit télescope dans le système solaire", rappelle Jack Wisdom, auteur principal de l'étude.

Explication "plausible"

"C'est satisfaisant d'avoir trouvé une explication plausible" à leur formation, confie ainsi modestement ce professeur de sciences planétaires au Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Saturne est la sixième planète en partant du Soleil et s'est formée il y a quatre milliards et demi d'années, au début du Système solaire. Mais, il y a quelques décennies, des scientifiques ont avancé que les anneaux de Saturne étaient eux apparus bien plus tard: il y a seulement environ 100 millions d'années.

Une hypothèse renforcée par des observations de la sonde Cassini, lancée en 1997 et qui a tiré sa révérence en 2017, après avoir orbité autour de Saturne 294 fois. Elle a récolté des données très importantes dont des mesures de la gravité de la planète qui ont été une clef pour cette étude.

"Comme personne ne pouvait trouver un processus aboutissant à ce que ces anneaux ne soient âgés que de 100 millions d'années, certains ont questionné le raisonnement" ayant conduit à leur datation, explique Jack Wisdom.

Lui et ses collègues ont ainsi construit un modèle complexe permettant non seulement d'expliquer leur apparition récente, mais aussi de comprendre une autre caractéristique de cette planète: son inclinaison.

L'axe de rotation de Saturne est en effet incliné à 26,7 degrés par rapport à la verticale – cela se nomme l'obliquité. En comparaison, notre Terre penche de 23,4 degrés. Or Saturne étant une géante gazeuse, composée principalement d'hydrogène et d'hélium, il aurait été attendu que le processus d'accumulation de matière ayant conduit à sa formation la laisse perpendiculaire au plan de son orbite.

Forces gravitationnelles contradictoires

L'équipe de recherche, qui a notamment modélisé l'intérieur de la planète pour ses calculs, est partie d'une découverte récente: Titan, le plus gros satellite de Saturne – la planète en compte 83 connues –, s'éloigne peu à peu d'elle et plutôt rapidement: de onze centimètres par année.

Ca ne paraît pas beaucoup, mais cela représente de grandes distances au cours du temps, particulièrement pour une lune aussi grande. Titan est la deuxième lune la plus grande du Système solaire: elle est plus grande que Mercure, la planète la plus proche du Soleil.

Selon le modèle des scientifiques, ce mouvement a peu à peu modifié la fréquence à laquelle l'axe de rotation de Saturne fait un tour complet autour de la verticale – un peu comme l'axe d'une toupie formant un cône imaginaire lorsqu'elle tourne légèrement penchée – un phénomène nommé précession.

Un détail important car il y a environ un milliard d'années, cette fréquence est entrée en synchronisation avec la fréquence de l'orbite de Neptune. Un mécanisme puissant, qui pour être maintenu malgré l'influence continue de l'éloignement de Titan, a provoqué l'inclination de Saturne jusqu'à 36°.

Mais chercheuses et chercheurs ont constaté que cette synchronisation entre Saturne et Neptune – appelée résonance – n'était aujourd'hui plus exacte. Pourquoi?

Seul un puissant événement a pu l'interrompre. Les scientifiques ont ainsi fait l'hypothèse d'une lune à l'orbite chaotique, s'étant peu à peu rapprochée trop près de Saturne, jusqu'à ce que les forces gravitationnelles contradictoires causent sa dislocation: "Elle s'est démolie en de multiples morceaux, et ces morceaux se sont eux-mêmes encore disloqués, et peu à peu ont formé les anneaux", bien que la majorité soient tombés vers Saturne, explique Jack Wisdom.

L'influence de Titan, qui a continué à s'éloigner, a ensuite finalement réduit l'inclinaison de Saturne, jusqu'à celle observée aujourd'hui.

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Sortis d'une chrysalide

La lune disparue a été baptisée Chrysalis – soit Chrysalide en français – par Jack Wisdom, une analogie aux ailes de papillons émergeant d'un cocon, comme ici le déploiement des anneaux.

Les scientifiques pensent que Chrysalis était un peu plus petite que notre Lune à nous, et environ de la taille d'un autre satellite de Saturne, Japet, la troisième plus grande lune saturnienne, faisant environ 1470 kilomètres de diamètres. Or Japet est presque entièrement constituée d'eau glacée.

"Il est donc plausible de faire l'hypothèse que Chrysalis était également composée d'eau glacée, et c'est ce dont on a besoin pour créer les anneaux", qui en sont constitués à 99%, relève le professeur.

A-t-il l'impression d'avoir finalement résolu le mystère des anneaux de Saturne? "Nous avons fourni une bonne contribution", répond-il sobrement. Avant d'ajouter: le système de Saturne et ses satellites recèlent encore "beaucoup de mystères".

Stéphanie Jaquet et les agences