Saturne: Cassini découvre une nouvelle ceinture de radiations

Publié par Adrien le 15/10/2018 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Il y a environ un an, une plongée spectaculaire dans la haute atmosphère de Saturne a mis fin à la mission Cassini, et à un projet unique qui a étudié le système saturnien pendant 13 ans. Au cours des cinq derniers mois de la mission la sonde a plongé 22 fois dans la région jusque-là presque inexplorée, située entre la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) et son anneau le plus interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...), l'anneau D (L'anneau D est un anneau planétaire situé autour de Saturne, le plus interne des anneaux...).

La revue Science vient de publier une série d'articles décrivant les premiers résultats de cette dernière phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de la mission. Dans un de ces articles une équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) internationale, impliquant l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de Recherche en Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) et Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses...) (IRAP / OMP, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) / Université de Toulouse (Cette page est consacrée au PRES Université de Toulouse. Pour les pages sur les...) III Paul Sabatier), montre qu'une ceinture de radiations, contenant des protons d'énergies extrêmes, se forme entre la planète et ses anneaux denses. Comme pour la ceinture de protons principale, les protons qui peuplent la région proche de la planète sont générés par le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) cosmique incident. En raison de la présence des anneaux A, B et C, particulièrement denses, cette zone est découplée de la ceinture de radiations principale ainsi que du reste de la magnétosphère (La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans lequel les phénomènes...).


Ceintures de radiations à protons de Saturne. Le rayonnement dans la zone située entre la planète et l'anneau D peut être vu élargi dans l'encart. Il a été observé pour la première fois au cours de la dernière phase de la mission Cassini et est créé par l'incidence du rayonnement cosmique galactique sur les anneaux de la planète. Les protons ainsi générés interagissent ensuite avec l'atmosphère de Saturne (L’atmosphère de Saturne est, à l'instar des atmosphères des autres...), son mince anneau D et ses boucles. © MPS / JHUAPL

Lorsque la sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour...) Cassini est entrée en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de Saturne, le 1er juillet 2004, la suite de détecteurs de particules de l'expérience MIMI (Instrument d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) magnétosphérique), au développement de laquelle l'IRAP a contribué, a eu un bref aperçu de la région située entre la planète et l'anneau D (le plus interne). Les mesures avaient indiqué qu'une population de particules chargées pouvait être présente, mais sa composition et ses propriétés restaient obscures.

Au cours des années suivantes l'expérience MIMI a étudié les particules piégées par le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) de Saturne à l'extérieur des anneaux, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) la ceinture de radiations principale qui est composée de protons et d'électrons de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). La ceinture de radiations protonique est fortement influencée par les nombreuses lunes de Saturne, qui la segmentent en cinq secteurs. "Seulement 13 ans plus tard nous avons eu la possibilité de suivre nos toutes premières mesures à Saturne et de voir si un secteur supplémentaire de la ceinture de radiations coexistait avec l'anneau D et la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de la planète", explique Elias Roussos, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) au MPS et auteur principal de l'étude.

Comme pour la ceinture de protons principale de Saturne, les protons qui peuplent la région proche de la planète sont générés par le rayonnement cosmique incident. Lorsque ce rayonnement interagit avec des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) présents dans l'atmosphère de Saturne ou dans ses anneaux, il déclenche une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de réactions générant des protons de haute énergie, qui sont ensuite piégés par le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique de la planète. "Le rayonnement cosmique et les anneaux "collaborent" pour créer cette ceinture de radiations minuscule mais très énergétique", ajoute Anna Kotova, chercheuse à l'IRAP et une des coauteurs principaux de cette étude.


Pendant sa dernière phase de mission la sonde Cassini est rentrée dans la région située entre Saturne et l'anneau D, le long de la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) en orange. L'accumulation de protons observée s'étend à travers l'anneau D. Alors que l'intensité des protons est visiblement réduite aux anneaux D68 et D73, l'anneau D72 n'a pratiquement aucune influence. © MPS / JHUAPL

Le champ magnétique de Saturne près de la planète est si intense qu'il rend le piégeage des protons extrêmement efficace et ils interagissent en permanence avec l'anneau D et l'atmosphère saturnienne. Les mesures de l'expérience y ont révélé une accumulation stable de protons énergétiques qui s'étend de l'atmosphère de Saturne à l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de l'anneau D. L'énergie dont disposent certains de ces protons est extrême. Dans le système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...), cette région est unique.

Grâce aux mesures de l'expérience MIMI une ceinture de radiations secondaire, formée par des protons de plus faible énergie et située à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) plus basse, a également été découverte. Cette ceinture se forme lorsque des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) neutres rapides, créés dans la magnétosphère de Saturne, sont ionisés et piégés près de la planète. "Cette ceinture basse altitude n'a été observée que brièvement en 2004. Nous avons dû attendre 13 ans pour répéter ces mesures et valider nos théories sur les processus physiques responsables de cette ceinture", déclare Iannis Dandouras, chercheur à l'IRAP et co-investigateur de l'équipe MIMI.

Au cours des 13 années passées à Saturne, l'expérience MIMI, développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) en collaboration entre l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Johns Hopkins, l'institut Max Planck (Max Planck (né Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 à Kiel, Allemagne...), l'Université de Maryland et l'IRAP, a été l'un des moyens les plus complets pour étudier une magnétosphère planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...) géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...) et ses ceintures de radiations, qui constituent un cas à part dans notre système solaire.
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