Mimas, une lune de glace de Saturne, pourrait cacher un noyau fortement aplati ou un océan interne

Publié par Isabelle le 19/10/2014 à 00:00
Source: CNRS
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À partir d'observations réalisées par la sonde Cassini, une équipe internationale, comprenant des chercheurs de l'Observatoire de Paris et de l'Université Pierre et Marie Curie à l'IMCCE (Observatoire de Paris/CNRS/UPMC/Université Lille 1) et au laboratoire AIM (CEA/CNRS/Université Paris Diderot), a mesuré la rotation de Mimas, une lune de Saturne, et y a détecté des oscillations. Non conformes aux modèles prédictifs, ces oscillations laissent penser que Mimas pourrait abriter un noyau fortement aplati ou un océan sous sa couche de glace. Ces travaux font l'objet d'un article à paraitre dans la revue Science, le 17 octobre 2014.


Cette vue de la lune de Saturne Mimas a été créé à partir d'une mosaïque d'images prises par la sonde Cassini de la NASA au cours de son plus proche survol de la lune le 13 février 2010. Illustration: NASA/JPL
La rotation de Mimas a été mesurée à partir des images de la sonde ESA/NASA Cassini, à l'aide d'une technique à l'utilisation peu connue, dite de stéréophotogrammétrie . Tout comme la Lune autour de la Terre, Mimas est en rotation synchrone (La rotation synchrone est un phénomène qui se produit lorsqu'un satellite naturel orbite à...) autour de Saturne, sa planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...). Cela signifie que ce satellite (Satellite peut faire référence à :) tourne sur lui-même à la même vitesse qu'il effectue une révolution autour de Saturne, montrant ainsi toujours la même partie de sa surface à sa planète.

Toutefois, à ce mouvement moyen uniforme, se superposent des oscillations. Ces oscillations sont appelées librations. Les librations résultent du couple de force gravitationnelle exercée par Saturne sur Mimas. Les travaux menés par une équipe internationale impliquant des chercheurs français de l'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...) (Observatoire de Paris/CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Lille 1) et du laboratoire AIM (CEA/CNRS/Université Paris Diderot) et des scientifiques de l'Observatoire Royal de Belgique (L’observatoire royal de Belgique (ORB) est un observatoire astronomique belge fondé par...), l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Namur (Belgique) et l'Université de Cornell (Etats-Unis) ont permis de mettre en évidence deux types de librations: l'un à basse fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...), l'autre à haute fréquence. Or, sur ces deux types, celui à haute fréquence présente une amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) deux fois plus importante, incompatible avec le modèle de rotation d'un satellite (Satellite peut faire référence à :), solide, à l'équilibre hydrostatique. Cette amplitude est révélatrice de la distribution de masse à l'intérieur du corps et de la présence ou non de couches liquides.

Ces observations sont donc surprenantes et révèlent une structure interne intrigante. Après avoir exploré plusieurs hypothèses, il apparaît que cette forte amplitude peut s'expliquer soit par la présence, sous le manteau de glace de Mimas, d'un noyau de roche de forme très allongée, soit par l'existence d'un océan interne caché entre sa surface glacée et son noyau.

En effet, les planétologues supposent que le noyau de Mimas doit être à l'équilibre hydrostatique (où les forces de gravitation, centrifuge et de pression s'équilibrent dans le corps), par conséquence d'un âge de formation très ancien. Or la forte amplitude de la libration à haute fréquence pourrait indiquer un noyau présentant un allongement de 20 à 60 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) plus important que dans le cas hydrostatique. Si le noyau de Mimas est bien allongé, alors il aurait gelé depuis sa formation et aurait conservé en grande partie sa forme initiale. En revanche, si Mimas possède un océan interne, il rejoint alors le club des "satellites à océan interne" du Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) incluant plusieurs lunes de Jupiter et Titan, un autre satellite de Saturne. Un tel océan global serait une véritable surprise car la surface de Mimas ne présente aucun signe d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) géologique récente. Des observations supplémentaires de Cassini permettront d'affiner les modèles d'intérieur de Mimas.


Réseau de points de contrôle à la surface de Mimas, une technique ayant permis de déterminer son mouvement de rotation.© NASA/JPL/Space Science Institute/Tajeddine et. al 2014.
Que ce soit l'une ou l'autre de ces deux solutions, nous savons dorénavant que Mimas, malgré sa surface apparemment ancienne criblée de cratères et sa petite taille, n'est pas l'astre froid et inerte que l'on imaginait. Percer le secret de son intérieur éclairera sûrement sur sa formation, et par là-même sur la formation du système de Saturne dans sa globalité.

Référence
Ce travail de recherche fait l'objet d'un article publié dans Science, le 17 octobre 2014.
Mimas' surprising interior: Strong constraints from Cassini ISS libration measurements, R. Tajeddine, N. Rambaux, V. Lainey, S. Charnoz, A. Richard, A. Rivoldini, B. Noyelles, Science, 17 octobre 2014

Collaboration
Ce résultat est issu des travaux menés par une équipe internationale, baptisée "Encelade", financée entre 2010 et 2013 par l'Université Pierre et Marie Curie - UPMC via une bourse EMERGENCE, et entre 2012 et 2014 par le conseil scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) de l'Observatoire de Paris.


Pour plus d'information voir: http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/cpopmimasvdef_ok.pdf
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