VIDEO - Un bouquet final d'aurores sur Saturne pour Cassini

Publié par Adrien le 03/09/2018 à 00:00
Source: Observatoire de Paris
Une équipe internationale, coordonnées par un astronome de l'Observatoire de Paris, a acquis en 2017 une série d'images spectaculaires des aurores ultraviolettes au pôle nord de Saturne à l'aide du télescope spatial Hubble. Ces observations, coordonnées aux passages de la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) orbitale Cassini (La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le...) au-dessus du pôle, révèlent une grande diversité de composantes d'une variabilité inédite qui fournissent de précieuses informations sur la magnétosphère (La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans lequel les phénomènes...) de Saturne au solstice (Le solstice est un événement astronomique qui se produit lorsque la position apparente du...).

Tout au long de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) 2017, le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le...) NASA/ESA Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) a pris régulièrement des clichés des aurores ultraviolettes de Saturne visibles au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) de son pôle nord (Le pôle Nord géographique terrestre, ou simplement pôle Nord, est le point le plus...). Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), spécifiquement coordonnées aux passages de la mission spatiale Cassini au-dessus des aurores lors de son Grand Finale (1), ont été acquises autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du solstice d'été nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) (atteint en mai 2017), une configuration rare qui a permis à Hubble de cartographier pour la première fois l'intégralité de la région aurorale nord depuis la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).


Sur Terre, les aurores sont produites par l'entrée dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de particules énergétiques chargées électriquement provenant de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) terrestre. La plupart de ces particules provient initialement du vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont...), ce flot de particules chargées émis en permanence par le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Lorsque le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) solaire atteint la Terre, il interagit avec son champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) pour former un gigantesque bouclier magnétique, la magnétosphère, qui s'étend sur plusieurs dizaines de rayons planétaires. Celle-ci protège la Terre de la majeure partie de ces particules mais peut également périodiquement en piéger une partie. Ces particules s'accumulent alors du côté nuit de la magnétosphère, où elles peuvent être accélérées et suivre les lignes de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique jusqu'aux pôles. Là, elles entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) avec les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) et d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) de la haute atmosphère pour former un ballet bien connu de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) colorée, qui peut être observé du sol ou depuis l'espace dans le domaine visible (2).

Les aurores ne sont pas un phénomène propre à la Terre mais sont plus largement caractéristiques des planètes magnétisées, dont les planètes géantes. Contrairement à la Terre, l'atmosphère de ces dernières est dominée par de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), qui rayonne principalement dans l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur...), une fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan...) du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...) qui ne peut être observée que depuis l'espace. Les aurores de Saturne permettent de caractériser sa magnétosphère, la deuxième en taille dans le système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) derrière Jupiter, et principalement alimentée en particules par les panaches de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) émis par le satellite (Satellite peut faire référence à :) de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) Encelade.

Les observations Hubble ont consisté en une série d'images des aurores ultraviolettes de Saturne couvrant une période de sept mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...), entre février et septembre 2017. Elles ont d'abord permis de cartographier instantanément l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) aurorale kronienne, et ainsi de fournir le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) de référence indispensable pour analyser les mesures obtenues simultanément par la sonde Cassini le long des lignes de champ magnétiques connectées aux aurores. Leur analyse statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) a ensuite permis de caractériser l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) vent solaire/magnétosphère au solstice, une configuration peu connue lors de laquelle l'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un...) du champ magnétique planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...) et l'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...) solaire de l'atmosphère sont maximales.


Aurores polaires nord (boréales) de Saturne (image composite, visible et ultraviolet)
©ESA/Hubble, NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...), A. Simon (GSFC) and the OPAL Team, J. DePasquale (STScI), L. Lamy (Observatoire de Paris)

Les aurores de Saturne ont révélé une riche variété de composantes, très variables, avec des épisodes très énergétiques rayonnant jusqu'à 120 GW. La figure en fournit une illustration avec une image composite d'aurores ultraviolettes particulièrement actives (observées le 14 août 2017) superposée aux anneaux et au disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) dans le domaine visible (observés début 2018). Sur cette image, l'anneau encerclant le pôle correspond à l'ovale (Dans le sens étymologique, un ovale est une forme d'œuf. En mathématiques, et plus...) principal, produit par des particules accélérées dans la magnétosphère externe, par un mécanisme sensible au vent solaire. L'ovale illustre une propriété moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) avec deux pics d'intensité: un pic caractéristique côté matin (à gauche sur l'image), mais aussi de manière inattendue un autre de même amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) du coté nuit (en haut sur l'image). Ce dernier semble spécifique de l'interaction vent solaire/magnétosphère au solstice. La tâche à plus haute latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...) côté jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) est attribuée à une aurore de cornet polaire, la plus intense jamais observée, directement issue de la reconnexion magnétique entre la magnétosphère et le vent solaire côté jour. Les aurores fluctuent à différentes échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) allant de la minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) à la semaine et sont contrôlées à la fois par le vent solaire et la rotation planétaire rapide (Saturne tourne en11h). L'animation (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images...) illustre cette variabilité. Les épisodes les plus intenses sont des orages auroraux induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) par un vent solaire actif.

Les résultats de cette étude sont publiés le 30 août 2018 dans la revue Geophysical Research Letters (3).

Les images traitées sont librement accessibles via le service de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) CNRS/INSU APIS

Notes:

(1) La mission Cassini/Huygens est le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine....) d'une collaboration entre la NASA, l'ESA et l'agence spatiale italienne (L'Agence spatiale italienne (en italien Agenzia Spaziale Italiana ou ASI ) a été créée en 1988...). La sonde Cassini a passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) 13 ans en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour de Saturne, observant son système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est...), dont sa magnétosphère, dans les moindres recoins avec de nombreux instruments. La mission a culminé avec le Grand Finale, une série d'orbites polaires rapprochées pendant laquelle la sonde est passée à l'intérieur des anneaux de Saturne (Les anneaux de Saturne sont les anneaux planétaires les plus importants du système...) pour acquérir des données de basse altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) inédites, dont l'analyse est l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'un numéro spécial de Geophysical Research Letters. Le 15 September 2017, la sonde a terminé sa course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) par un ultime plongeon dans l'atmosphère de Saturne (L’atmosphère de Saturne est, à l'instar des atmosphères des autres...).

(2) Les aurores polaires - La Terre sous le vent du Soleil, F. Mottez, livre édité par Belin, Belin Sciences, ISBN-10: 2701196051, ISBN-13: 978-2701196053, 2017.

(3) Saturn's northern aurorae at solstice from HST observations coordinated with Cassini's Grand Finale, L. Lamy, R. Prangé, C. Tao, T. Kim, S. V. Badman, P. Zarka, B. Cecconi, W. S. Kurth, W. Pryor, E. J. Bunce and A. Radioti, Geophys. Res. Let., Special Section on Cassini's Final Year: Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) Highlights and Discoveries, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018GL078211
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