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 l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) et son anneau le plus interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou...), l'anneau D (L'anneau D est un anneau planétaire situé autour de Saturne, le plus interne des anneaux de cette planète.).

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 principalement en physique :) 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 de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) internationale, impliquant l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de Recherche en Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) et Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains microscopiques jusqu'aux planètes géantes gazeuses.) (IRAP / OMP, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université de Toulouse (Cette page est consacrée au PRES Université de Toulouse. Pour les pages sur les universités voir Université Toulouse I, Université Toulouse...) 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 transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) 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 physiques sont dominés ou organisés par son champ magnétique.).


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 géantes gazeuses, composée principalement d'hydrogène et d'hélium.), 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 étudier à plus ou moins grande distance les corps célestes se trouvant dans le système...) Cassini est entrée en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) 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 représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la...) 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 magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout point...) de Saturne à l'extérieur des anneaux, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur...) 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 chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). 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 recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et...) 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 faire des objets.) 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 notamment par son centre de gravité.) 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 d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) 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 Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre...), 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 de base. C'est une des composantes géographique et...) plus basse, a également été découverte. Cette ceinture se forme lorsque des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) 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 courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) en collaboration entre l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et...) Johns Hopkins, l'institut Max Planck, 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 (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie....) géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence principale. Elles se situent entre les...) et ses ceintures de radiations, qui constituent un cas à part dans notre système solaire.
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