SATURNE: CARACTÉRISTIQUES, COMPOSITION, ORBITE, STRUCTURE - ARTE - 2025

Saturne est la deuxième plus grande planète du système solaire après Jupiter. Connu pour son système d'anneaux, il appartient aux planètes appelées Jovians, qui sont situées après la ceinture d'astéroïdes, qui les sépare des planètes rocheuses.

Connue depuis l'Antiquité, car elle est l'une des 5 planètes visibles à l'œil nu et la plus éloignée d'elles, Galilée a été le premier à l'observer au télescope en 1610. Bien qu'il ait remarqué la déformation provoquée par les anneaux, le manque de résolution de l'instrument n'a pas lui a permis de distinguer sa forme.

La planète gazeuse Saturne, comparée à la Terre, 95 fois plus petite. Source: Image de Saturne: NASA / JPL / Space Science Institute Image de la Terre: NASA / Équipage d'Apollo 17 / Domaine public.

C'est des années plus tard, en 1659, que Christian Huygens a bien décrit les célèbres bagues. Peu de temps après, l'astronome italien Giovanni Cassini s'est rendu compte que les anneaux avaient une division, qui s'appelle maintenant la division Cassini.

Bien que les astronomes de l'Antiquité n'aient pas pu détailler le système d'anneaux, la vue déjà magnifique de la planète doit les avoir suffisamment impressionnés pour lui donner des noms tels que "Alap Sahmas" (étoile du Soleil) pour les Chaldéens, "Phaenon" (brillant comme le Soleil) pour les Grecs ou "Khima" (responsable du déluge universel) pour les Hébreux.

Les anciens Romains associaient la planète au dieu grec Cronos, père de Zeus, qu'ils appelaient Saturne. En l'honneur de cette divinité, les fêtes appelées Saturnales ont été célébrées en décembre, que les anciens chrétiens ont ensuite associées à Noël.

D'autres cultures anciennes telles que les hindous, chinois et mayas ont également des observations de la planète dans leurs archives. Pour les Mayas, les dates auxquelles les conjonctions de Saturne, Jupiter et Mars se sont produites étaient festives.

Caractéristiques générales de Saturne

Saturne n'est pas aussi grande que Jupiter, elle ne représente qu'un tiers de sa masse, tandis que son rayon est 16% plus petit.

C'est la moins dense des planètes; à 687 kg / m ^{3, il} pourrait flotter sur l'eau s'il y avait un océan assez grand pour le contenir. Il est composé principalement d'hydrogène et d'hélium, les éléments les plus légers connus, bien qu'il en contienne d'autres dans une proportion bien moindre.

Saturne a son propre champ magnétique, moins intense que celui de Jupiter, mais bien plus que celui de la Terre, avec l'axe magnétique parallèle à l'axe de rotation. C'est pourquoi les aurores boréales sont communes sous la forme de cercles concentriques, juste dans chaque région polaire. Celles-ci sont formées par le mouvement de particules chargées électriquement au milieu du champ magnétique intense de la planète.

Une autre caractéristique distinctive de Saturne est la chaleur qu'elle rejette dans l'espace, rayonnant presque deux fois l'énergie qu'elle reçoit du Soleil.L'intérieur de Saturne est très chaud et les scientifiques pensent que cela est dû à la condensation d'hydrogène liquide à haute pression..

La pression à l'intérieur de Saturne est un million de fois supérieure à la pression atmosphérique de la Terre. Les gouttelettes d'hydrogène liquide prennent de la vitesse alors qu'elles se déplacent vers le centre de la planète, produisant de la chaleur.

L'hydrogène liquide se comporte comme un métal et n'est pas seulement responsable de la chaleur rayonnée, mais aussi de l'effet dynamo qui crée le champ magnétique.

L'atmosphère de Saturne ressemble à celle de Jupiter, avec un modèle similaire de bandes claires et sombres. Les nuages ​​sont constitués de cristaux d'ammoniaque, d'eau et d'hydrosulfure d'ammonium.

Il y a des vents forts et des tempêtes occasionnelles qui durent des mois sur Terre. Les vents équatoriaux sur Saturne peuvent atteindre 500 m / s.

Résumé des principales caractéristiques physiques de la planète

-Masse: 5,69 x 10 ²⁶ kg.

-Rayon équatorial: 6,0 x 10 ⁴ km

-Rayon polaire: 5,4 x 10 ⁴ km

-Forme: aplatie.

-Distance moyenne au soleil: 1,4 x 10 ⁹ km

- Inclinaison de l'orbite: 2,5º par rapport à l'écliptique.

-Température: entre -139 et -189 ºC.

-Gravité: 10,4 m / s ²

-Champ magnétique propre: Oui.

-Atmosphère: Oui, principalement de l'hydrogène.

-Densité: 687 kg / m ³

-Satellites: 82 officiellement désignés, beaucoup d'autres minuscules lunes, aucune désignation.

-Bague: Oui, un système complexe.

Les anneaux de Saturne

Le système d'anneau de Saturne est unique dans le système solaire pour sa beauté extraordinaire. Source: Pixabay.

Les anneaux sont la marque de Saturne, car si les autres géantes gazeuses les possèdent également, sans aucun doute celles de cette planète sont les plus spectaculaires.

Les anneaux sont principalement composés de glace et de roches et sont maintenus en forme grâce à l'action gravitationnelle de certains satellites spécialisés: les satellites berger.

Illustration des anneaux de Saturne

Au début, en raison du manque de résolution de leurs télescopes, les astronomes pensaient que les anneaux formaient un disque continu de matière autour de la planète. Dans tous les cas, l'épaisseur du système est négligeable, tout au plus, à peine un kilomètre, et peut être de mètres dans certaines régions.

L'astronome italien Giovanni Cassini a été le premier à remarquer l'existence d'une ligne de partage entre eux, vers 1675.

Des années plus tard, le mathématicien français Pierre de Laplace a souligné qu'il y avait en fait de nombreux anneaux minces. Enfin, James Clerk Maxwell a construit un modèle dans lequel il a proposé que les anneaux soient constitués de nombreuses particules, chacune suivant une orbite indépendante.

Les astronomes distinguent les anneaux avec les lettres de l'alphabet. Les 7 anneaux principaux et les plus brillants sont A, B, C et D, tandis que E, F et G sont plus pâles.

Il existe également des milliers d'anneaux plus faibles. Le plus pâle et le plus extérieur a été détecté avec un télescope infrarouge et s'appelle l'anneau de Phoebe.

Rendu d'artiste montrant les anneaux de Saturne et les plus gros satellites. Source: photojournal.jpl.nasa.gov.

La division de Cassini sépare l'anneau A de l'anneau B, mais dans le même anneau A il y a une région sombre appelée division Encke, maintenue par l'un des satellites de Saturne: Pan. Dans la région, il y a aussi un anneau extrêmement mince.

Il existe des divisions de largeurs variables, également nommées d'après des astronomes célèbres: Colombo, Huygens, Maxwell et Keeler.

Origine des anneaux

Les anneaux sont constitués de particules dont la taille va d'un grain de sable (microns) à d'énormes roches de plusieurs dizaines de mètres de long, mais les astronomes s'accordent à dire qu'elles ne sont pas originaires du même temps que la planète, mais très récemment.

On estime que les anneaux principaux A, B et C ont probablement quelques centaines de millions d'années, et c'est très peu en termes astronomiques. Les scientifiques sont convaincus que toutes les planètes du système solaire se sont formées en même temps, il y a environ 4,6 milliards d'années.

Le matériau qui compose les anneaux pourrait provenir d'une comète, d'un météore ou d'une lune, fragmenté en raison de la gravité de la planète. En tout cas, ce ne sont pas les restes de la formation de la planète.

Certes, l'origine des anneaux est incertaine pour le moment, mais le consensus général est qu'ils sont plutôt instables, donc dès qu'ils se sont formés, ils peuvent disparaître au cours de quelques millions d'années.

Mouvement de traduction

Orbite de Saturne. La distance moyenne entre Saturne et le Soleil est de plus de 1 400 000 000 km (9 UA). Avec une vitesse orbitale moyenne de 9,69 km / s, Saturne a besoin de 10 759 jours terrestres pour faire le tour du Soleil. Source: Todd K. Timberlake, auteur de Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0)

Saturne met 29 ans et 167 jours pour parcourir son orbite autour du Soleil. Curieusement, Saturne et Jupiter sont en résonance orbitale, car il existe une interaction gravitationnelle entre eux. Bien sûr, l'attraction du Soleil est bien plus grande, mais celle de Jupiter influence également.

Lorsqu'il y a résonance orbitale entre objets astronomiques, leurs périodes orbitales maintiennent une certaine proportion, toujours avec de petits nombres. Dans le cas de Saturne-Jupiter, ce dernier effectue une rotation de 5 tours tous les 2 tours de Saturne et cette résonance est considérée comme ayant des effets stabilisateurs pour les orbites des deux planètes.

La résonance orbitale qui se produit entre les particules qui composent les anneaux de Saturne et les satellites qui gravitent entre eux, exerce un effet puissant sur la structure des anneaux, par exemple l'existence de la scission de Cassini.

Saturne est la planète du système solaire avec le plus grand nombre de satellites, 6 d'entre eux ont des périodes orbitales liées, voyons:

-Mimas et Tethys, dans un rapport 1: 2. Pour 1 tour de Mimas, Téthys effectue 2 tours.

-Encélado et Dione, en relation 1: 2.

-Hyperion et Titan, dans un rapport 4: 3.

Enfin, il est remarquable que 85% du moment cinétique du système solaire soit concentré dans Jupiter et Saturne, les deux plus grandes planètes, contrairement au Soleil, qui, malgré son pourcentage de masse le plus élevé, a peu de moment angulaire.

Le moment cinétique d'un système est une grandeur physique intéressante, car elle est conservée en l'absence d'interactions externes. Pour qu'un changement se produise, un couple net de l'intérieur est nécessaire.

Données de mouvement de Saturne

Les données suivantes décrivent brièvement le mouvement de Saturne:

-Rayon moyen de l'orbite: 1,43 x 109 km

- Inclinaison de l'orbite: 2,5º par rapport au plan de l'écliptique

-Excentricité: 0,056

- Vitesse orbitale moyenne: 9,6 km / s

- Période de transfert : 29,46 ans

- Période de rotation: 10,66 heures

Quand et comment observer Saturne

La planète Saturne est considérée comme une planète supérieure, car son orbite est en dehors de l'orbite de la Terre. Les planètes supérieures sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Au contraire, les planètes dont l'orbite est la plus proche du Soleil sont appelées planètes inférieures: Mercure et Vénus.

Le meilleur moment pour observer une planète supérieure est lorsque la Terre se situe entre elle et le Soleil. En revanche, il est plus difficile de voir quand elle est en conjonction, car elle est plus éloignée de la Terre et proche du Soleil, ce qui l'obscurcit. La situation est décrite graphiquement dans l'image suivante:

Opposition et conjonction d'une planète extérieure. Source: Maran, S. Astronomy for Dummies.

Naturellement, l'un des principaux objectifs de tout observateur du ciel est de voir les anneaux, pour lesquels un petit télescope suffit. Mais il faut tenir compte du fait que parfois les anneaux sont sur le bord par rapport à la Terre et sont donc invisibles.

L'angle sous lequel les anneaux sont vus change sur 30 ans, soit le moment où Saturne tourne autour du Soleil.

Les prochaines oppositions de Saturne sont:

-2020: 20 juillet

-2021: 2 août

-2022: 14 août

-2023: 27 août

-2024: 08 septembre

-2025: 21 septembre

Mouvement rotatoire

Saturne prend en moyenne 10,66 heures pour effectuer une révolution sur son propre axe de rotation, bien que toutes ses zones ne tournent pas à la même vitesse. Par exemple, à l'équateur, la vitesse de rotation est de 10,25 heures, tandis qu'à l'intérieur de la planète, elle est d'environ 10,65 heures.

Ce phénomène est connu sous le nom de rotation différentielle et il est dû au fait que la planète n'est pas solide, comme nous l'avons dit. Egalement en raison de sa nature liquide-gazeuse, la planète subit une déformation due au mouvement de rotation, s'aplatissant aux pôles.

Composition

La composition de Saturne est fondamentalement la même que celle de Jupiter et des autres planètes gazeuses: l'hydrogène et l'hélium, seulement que sur Saturne la proportion d'hydrogène est plus élevée, compte tenu de la faible densité.

Depuis que Saturne s'est formée dans la région externe de la nébuleuse à l'origine du système solaire, la planète a pu se développer rapidement et capturer une grande quantité d'hydrogène et d'hélium présents dans la nébuleuse.

En raison des énormes pressions et températures qui augmentent au fur et à mesure que vous allez plus loin, l'hydrogène moléculaire à la surface se transforme en hydrogène métallique.

Bien que la planète soit gazeuse, il y a une plus petite proportion d'éléments plus lourds dans son noyau, qui est au moins en partie rocheux, comme le magnésium, le fer et le silicium.

En plus de ces éléments, divers types de glace abondent, comme l'ammoniac, l'eau et la glace de méthane, qui ont tendance à s'accumuler vers le centre de la planète, qui est à haute température. Pour cette raison, le matériau est en fait liquide plutôt que gazeux.

Les nuages ​​de Saturne sont composés d'ammoniac et de glaces d'eau, tandis que dans l'atmosphère, en plus de ces substances, de l'acétylène, du méthane, du propane et des traces d'autres gaz ont été détectés.

Structure interne

Structure interne et externe de Saturne. Source: Kelvinsong / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Bien que dominé par l'hydrogène et l'hélium, Saturne contiendrait un noyau rocheux dans la nature. Au cours du processus de formation des planètes du système solaire, les gaz se sont condensés autour de ce noyau, dans un processus rapide qui lui a permis de croître rapidement.

Le noyau de Saturne contient, comme nous l'avons dit, des roches et des éléments et composés volatils, entourés d'une couche d'hydrogène liquide. Les scientifiques estiment que ce noyau est entre 9 et 22 fois plus grand que la Terre: environ 25 000 km de rayon.

Cette couche d'hydrogène liquide est entourée à son tour de couches d'hydrogène liquide et d'hélium, qui finissent par devenir gazeuses dans les couches les plus externes. La ligne Frenkel est une frontière thermodynamique qui sépare le fluide gazeux du liquide.

Les satellites naturels de Saturne

Selon les décomptes les plus récents, Saturne a 82 satellites désignés et une multitude de mini lunes qui en manquent toujours. Cela fait de Saturne la planète avec le plus de satellites à ce jour.

Le système satellite de Saturne est très complexe; par exemple, ils sont connus pour avoir une action directe sur les anneaux: les satellites berger.

En outre, il existe des satellites Trojan, qui restent sur une orbite stable à 60 ° devant ou derrière d'autres satellites. Par exemple, les lunes Telesto et Calypso sont des chevaux de Troie de Thetys, l'un des principaux satellites de Saturne.

Les principaux satellites de Saturne sont Titan, Mimas, Encelade, Téthys, Dione, Rhea, Hyperion, Iapetus et Phoebe. Ces satellites sont connus depuis avant les missions spatiales, mais les sondes de recherche sur Saturne en ont découvert bien d'autres.

A gauche Mimas et un énorme cratère d'impact. Sur la droite, la surface de Titan. Les deux images proviennent de la sonde Cassini. Source: Wikimedia Commons.

La plus grande de toutes les lunes de Saturne est Titan, qui a également sa propre atmosphère et est la deuxième plus grande de tout le système solaire, après Ganymède, la grande lune de Jupiter. Titan est encore plus gros que Mercure.

En revanche Encelade, la sixième lune de Saturne en taille, est une énorme boule de neige avec une surprise: son noyau est recouvert par un océan d'eau liquide chaude.

Saturne et Titan, son satellite le plus important

Un fait curieux parmi les lunes de Saturne est qu'il existe des satellites dont les orbites sont les mêmes, mais ils parviennent à ne pas entrer en collision. Les plus notables de ces satellites coorbitaux sont Janus et Epimetheus.

Toutes les lunes de Saturne ne sont pas de forme sphéroïdale, il existe de nombreux satellites irréguliers, généralement de petite taille et des orbites assez éloignées de la planète.

Titan et son atmosphère

Mosaïque d'images infrarouges de Titan, prises par la sonde Cassini en 2015. Source: NASA via Wikimedia Commons.

C'est le plus grand et le plus important des satellites de Saturne, visible de la Terre comme un petit point lumineux, à l'aide du télescope. L'astronome néerlandais Christian Huygens a été le premier à le voir vers 1655 et John Herschel, déjà au 19ème siècle, l'appelait Titan.

Sa densité approximative est de 1,9 g / cm ³ et bien qu'il contienne un noyau rocheux, c'est un monde presque entièrement constitué de glace.

Titan a une atmosphère dense dominée par l'azote et un faible pourcentage de méthane, ainsi que des traces d'hydrocarbures. C'est une rareté remarquable dans le système solaire, car les autres satellites n'ont pas d'atmosphère qui leur est propre.

Il y a aussi des océans et des précipitations, mais pas d'eau, mais du méthane. L'existence de ce composé est connue depuis le milieu du XXe siècle, grâce à la spectroscopie réalisée par l'astronome Gérard Kuiper. Plus tard, la sonde Voyager a confirmé cette découverte.

Ce qui est intéressant à propos de Titan, c'est que de nombreux composés organiques y ont été détectés, en plus du méthane, qui sont des précurseurs de la vie. Le mécanisme par lequel Titan a acquis cette atmosphère particulière est encore inconnu, mais il est d'un grand intérêt, car l'abondance des hydrocarbures est beaucoup plus grande que celle de la Terre.

Dans le cadre de la mission Cassini vers Saturne, la sonde Huygens a réussi à atterrir à la surface de Titan et a trouvé une surface gelée, mais pleine de reliefs.

Bien que Titan bénéficie d'une géologie et d'un climat variés, c'est un monde peu accueillant pour les humains. Son atmosphère est très dynamique; Par exemple, on sait que les vents à grande vitesse soufflent, bien supérieurs aux plus grands ouragans terrestres.

Missions à Saturne

Pionnier 11

Il a été lancé par la NASA en 1973 et a atteint l'orbite de Saturne quelques années plus tard, en 1979. Cette mission a capturé des images à basse résolution et a également trouvé des satellites inconnus et des anneaux jamais vus de la Terre.

La sonde était finalement à la dérive en 1995, mais portant la plaque avec le célèbre message créé par Carl Sagan et Frank Drake, au cas où des navigateurs extraterrestres la croiseraient.

Voyageur

Cette mission consistait en le lancement de deux sondes: Voyager 1 et Voyager 2.

Bien que Voyager 1 ait été conçu pour atteindre Jupiter et Saturne, il a déjà dépassé les limites du système solaire, pénétrant dans l'espace interstellaire en 2012. Parmi ses découvertes les plus importantes, il y a la confirmation de l'existence de l'atmosphère de Titan, ainsi que des données importantes. de l'atmosphère de Saturne et du système d'anneau.

Voyager 2 a recueilli des informations sur l'atmosphère de Saturne, la pression atmosphérique et de nombreuses images de haute qualité. Après avoir visité Saturne, la sonde a atteint Uranus et Neptune, après quoi elle est entrée dans l'espace interstellaire, tout comme la sonde sœur.

Cassini

La mission Cassini était un projet conjoint entre la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale italienne. Il a été lancé en 1997 depuis Cap Canaveral et son objectif était d'étudier la planète Saturne et son système satellitaire.

La sonde a atteint Saturne en 2004 et a réussi à faire le tour de la planète 294 fois jusqu'en 2017, lorsqu'elle a manqué de carburant. La sonde a ensuite été volontairement immergée dans Saturne, pour éviter qu'elle ne s'écrase sur l'un des satellites et ainsi éviter une contamination radioactive.

Cassini portait la sonde Huygens, le premier objet fabriqué par l'homme à atterrir sur un monde au-delà de la ceinture d'astéroïdes: Titan, le plus grand satellite de Saturne.

Huygens a fourni des images du paysage de Titan, ainsi que la structure des anneaux. Il a également obtenu des images de Mimas, un autre satellite de Saturne qui frôle les anneaux. Ils montrent l'immense cratère Herschel, avec une énorme montagne en son centre.

Cassini a également confirmé la présence d'eau sur Encelade, la sixième lune glacée de Saturne, de 500 km de diamètre, qui est en résonance orbitale avec Dione.

Encelade, la lune glacée de Saturne qui abrite un océan à l'intérieur. Image de la sonde Cassini. Source: Wikimedia Commons. NASA / JPL / Space Science Institute / Domaine public.

L'eau d'Encelade est chaude et la planète regorge de geysers et de fumerolles qui expulsent la vapeur d'eau et les composés organiques, c'est pourquoi beaucoup pensent qu'elle pourrait abriter la vie.

A propos d'Iapetus, un autre des grands satellites de Saturne, les images de Cassini ont révélé un côté obscur, dont l'origine est encore indéterminée.

Références

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2. Maran, S. Astronomie pour les nuls.
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7. Wikipédia. Saturne (planète). Récupéré de: es.wikipedia.org.
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