Saturne

Aujourd'hui, nous allons parler de la planète Saturne. C'est la 6ème planète à partir du soleil et la deuxième plus grande de toutes. Saturne est également connue pour être la plus belle planète car elle possède un superbe ensemble d'anneaux qui entourent le centre de la planète. Bien que ce ne soit pas la seule planète à avoir des anneaux, elle a certainement la plus grande paire. Il a 82 lunes, 53 qui sont confirmées et 29 qui attendent toujours l'approbation officielle. C'est la planète la plus éloignée qui puisse être vue à l'œil nu et porte le nom du dieu romain de l'agriculture et de la richesse. Il est le père de Jupiter et des nombreux frères et sœurs de Jupiter, dont il avait avalé tout entier. C'est une histoire… compliquée, c'est le moins qu'on puisse dire.

Saturne est une géante gazeuse et a un volume supérieur à 760 terres et une masse d'environ 95 terres. Son rayon est de 36 183,7, soit environ 9 fois plus large que la Terre. D'une distance moyenne de 886 millions de miles, Saturne est à 9,5 unités astronomiques du Soleil. A partir de cette distance, il faut 80 minutes à la lumière du Soleil pour se rendre du Soleil à Saturne. Il faut environ 29,4 ans à Saturne pour effectuer une rotation autour du soleil, mais il tourne sur son propre axe beaucoup plus rapidement, une fois toutes les 10,7 heures. Cela signifie que Saturne a le deuxième jour le plus court du système solaire, juste légèrement battu par Jupiter. Saturne a également une inclinaison d'axe décente d'environ 26,73, ce qui est assez similaire à la Terre, de sorte que les deux planètes connaissent des saisons d'intensité similaire.

Semblable à Jupiter, la planète a également connu une migration il y a environ 4 milliards d'années. Les scientifiques pensent que Saturne était à l'origine beaucoup plus proche du soleil qu'elle ne l'est maintenant, mais qu'elle s'est ensuite éloignée du soleil. Alors que Jupiter s'éloignait également du soleil, la force combinée générée par le mouvement de ces deux énormes planètes a projeté Uranus et Neptune beaucoup plus loin du soleil qu'ils ne l'étaient à l'origine.

Des recherches ont également montré que Saturne pourrait en fait protéger la Terre des astéroïdes dangereux, les éloignant de notre planète. La force de gravité de Saturne aide à dévier tout astéroïde passant qui entre par le nuage d'Oort ou la ceinture de Kuiper, qui sont tous deux situés aux confins de notre système solaire. En déviant ces astéroïdes, Saturne modifie leur trajectoire afin qu'ils ne se dirigent plus vers la Terre et provoquent éventuellement un désastre. Si vous avez écouté l'épisode sur la ceinture d'astéroïdes, vous savez que les collisions d'astéroïdes ne sont pas une bonne chose pour notre planète.

Vu de la Terre, Saturne a une apparence jaune-brun trouble. Mais la surface vue des télescopes est beaucoup plus complexe, avec un complexe de couches nuageuses décorées par de nombreuses caractéristiques à petite échelle, telles que des taches rouges, brunes et blanches, ainsi que différentes bandes nuageuses, tourbillons et tourbillons, qui varient tous. sur un temps assez court. De cette façon, Saturne ressemble à un Jupiter plus fade et moins actif. Cependant, une exception spectaculaire à ce mouvement régulier s'est produite en 1990, lorsqu'un grand système de tempête de couleur claire est apparu près de l'équateur, puis s'est étendu à une taille dépassant 12 400 milles, et s'est finalement propagé autour de l'équateur avant de disparaître dans l'oubli. Des tempêtes similaires en termes d'impressionnantes à cette "Grande Tache Blanche", qui a été nommée par analogie avec la Grande Tache Rouge de Jupiter, ont été observés à des intervalles d'environ 30 ans depuis la fin du 19e siècle. Ceci est proche de la période orbitale de Saturne de 29,4 ans, ce qui suggère que ces tempêtes sont des phénomènes saisonniers, bien que les scientifiques ne sachent pas ce qui cause une tempête aussi soudaine et majestueuse.

L'atmosphère de Saturne est composée principalement d'hydrogène moléculaire et d'hélium. L'abondance relative exacte des deux molécules n'est pas bien connue, mais la meilleure estimation est que l'atmosphère de la planète est composée de 18 à 25 % d'hélium en masse. Le reste est de l'hydrogène moléculaire et environ 2 % d'autres molécules, probablement transmises à la planète via des collisions et des impacts. On pense également que l'hélium de Saturne est centré autour de l'atmosphère la plus externe de la planète tandis que l'atmosphère intérieure est beaucoup plus lourde en hydrogène.

Sur ces 2% d'autres molécules présentes à la surface de Saturne, la plupart sont du méthane ou de l'ammoniac. Encore une fois, les quantités exactes sont inconnues, mais les scientifiques savent que Saturne a 2 à 7 fois la quantité d'ammoniac et de méthane que le soleil a, qui sont également des causes probables de la coloration des nuages ​​jaunâtres de Saturne. On pense en fait que le pont nuageux le plus élevé est constitué de cristaux d'ammoniac. Le sulfure d'hydrogène et l'eau sont également suspectés d'être présents dans l'atmosphère plus profonde mais n'ont pas encore été détectés.

Une conséquence de la grande inclinaison axiale de Saturne est que les anneaux projettent des ombres sombres sur l'hémisphère hivernal, réduisant davantage la faible lumière du soleil hivernale. Les images de Cassini d'étendues ensoleillées de l'hémisphère nord pendant l'hiver ont révélé une atmosphère d'un bleu étonnamment clair, qui était peut-être une conséquence de la diminution de la production de brume photochimique dans l'ombre des anneaux. La brume photochimique est essentiellement le terme scientifique pour le smog.

Les astronomes sur terre ont analysé la réfraction, également connue sous le nom de courbure de la lumière des étoiles et des ondes radio des engins spatiaux traversant l'atmosphère de Saturne pour obtenir des informations sur la température atmosphérique. Juste aux bords de l'atmosphère de la planète, il a une température moyenne de -190 degrés Fahrenheit. Les températures les plus froides de la planète se produisent en fait un peu plus bas pour une raison quelconque, à l'intérieur de sa stratosphère. La température la plus basse enregistrée dans cette région était de -312 degrés Fahrenheit. Puis, à mesure que vous descendez encore plus profondément dans la planète, les températures commencent à augmenter. Au moment où vous atteignez la troposphère, il fait environ -217 degrés Fahrenheit. La température continue alors de diminuer encore plus au fur et à mesure que l'on s'enfonce et que l'on se rapproche du centre de Saturne,

Comme les autres planètes géantes, Saturne a une circulation atmosphérique dominée par un flux est-ouest. Cela se manifeste par un motif de bandes nuageuses plus claires et plus sombres similaires à celles de Jupiter, bien que les bandes de Saturne soient plus subtilement colorées et soient plus larges près de l'équateur.

Puisque Saturne est une planète gazeuse, il lui manque une surface solide. Cela signifie que ses vents doivent être mesurés par rapport à un autre cadre de référence. Comme pour Jupiter, les vents sont mesurés par rapport à la rotation du champ magnétique de Saturne. Dans ce cadre, pratiquement tous les flux atmosphériques de Saturne sont à l'est, c'est-à-dire dans le sens de la rotation. Les zones proches de l'équateur montrent un écoulement vers l'est particulièrement actif, avec une vitesse maximale de près de 470 mètres par seconde, mais ayant parfois des périodes plus lentes où la vitesse est plus proche de 270 mètres par seconde. Cette caractéristique est analogue à celle de Jupiter mais s'étend deux fois plus large en latitude et se déplace quatre fois plus vite. En revanche, les vents les plus élevés sur Terre se produisent dans les cyclones tropicaux, où dans les cas extrêmes, les vitesses soutenues peuvent dépasser 67 mètres par seconde,

Les flux zonaux sont remarquablement symétriques par rapport à l'équateur de Saturne. Cela signifie que chaque courant à une latitude nord donnée a généralement une contrepartie à une latitude sud similaire. De forts flux vers l'est sont observés à 46° N et S et à environ 60° Nord et Sud. Les flux vers l'ouest, qui sont en fait presque stationnaires dans le cadre de référence du champ magnétique, sont observés à 40°, 55° et 70° Nord et Sud. D'après nos observations, ces flux sont constants et réguliers et ne semblent pas disparaître comme pourraient le faire d'autres flux.

De puissants tourbillons cycloniques semblables à des ouragans se trouvent légèrement décentrés aux pôles nord et sud de Saturne. L'œil chaud du vortex au pôle sud a un diamètre de 1 200 milles et est entouré de nuages ​​s'élevant à 30 à 40 milles au-dessus des nuages ​​polaires. Les cyclones tropicaux de l'hémisphère sud de la Terre ont également des yeux centraux chauds, circulent dans le sens des aiguilles d'une montre et sont entourés de nuages ​​élevés, mais tous à une échelle beaucoup plus petite. Une caractéristique curieuse du cyclone près du pôle nord est qu'il se déplace selon un schéma hexagonal autour du pôle. On observe que les caractéristiques des nuages ​​se déplacent autour de l'hexagone dans le sens antihoraire à environ 100 mètres par seconde, ce qui se traduit par environ 220 miles par heure. Des modèles angulaires similaires ont été observés dans des seaux de fluides en rotation et résultent probablement d'ondes en interaction.

Une riche variété de caractéristiques à plus petite échelle a également été observée dans l'atmosphère. Il est particulièrement frappant de constater qu'environ deux douzaines de clairières nuageuses de taille similaire sont espacées presque uniformément sur 100° de longitude près de la latitude 33,5° Nord, chacune d'elles d'environ 930 milles de diamètre. Dans les images infrarouges de l'émission thermique de Saturne, ces clairières apparaissent comme un « collier de perles » brillant s'étendant à travers la planète.

Dans l'hémisphère sud, les émissions radio à ondes courtes des orages, des centaines de fois plus intenses que celles de la Terre et durant des semaines ou des mois, ont été fréquemment détectées par des satellites en orbite autour de la planète à une latitude de 35° Sud. Ces centres d'orage sont associés à des nuages ​​épais de couleur claire apparemment produits par de forts mouvements de convection. Les latitudes du dégagement des nuages ​​et des orages lumineux sont des zones de vents rapides vers l'ouest, se déplaçant à l'opposé de la plupart des autres flux zonaux de la planète, ce qui suggère que ce flux de vent contraire peut provoquer des réactions étranges qui créent donc ces caractéristiques.

Saturne elle-même dans son ensemble est en fait de très faible densité. En fait, si vous pouviez d'une manière ou d'une autre mettre la planète dans une baignoire géante remplie d'eau usée ordinaire, Saturne flotterait dessus ! Les informations sur l'intérieur de la planète sont obtenues en étudiant son champ gravitationnel, qui n'est pas à symétrie sphérique. La rotation rapide et la faible densité moyenne conduisent à la distorsion de la forme physique de la planète et déforment également la forme de son champ gravitationnel. La forme du champ peut être mesurée précisément à partir de ses effets sur le mouvement des engins spatiaux à proximité et sur la forme de certains composants des anneaux de Saturne. L'analyse de cette distorsion nous indique que les régions intérieures de Saturne ne sont constituées que d'environ 50 % d'hydrogène en poids et que le reste de cette région doit être constitué de matériaux plus lourds. Qu'est-ce que ce matériau est réellement, les scientifiques ne sont pas sûrs. Cependant, en raison de la pression intense au centre de Saturne, les scientifiques savent que tout hydrogène présent à ce niveau devrait être sous une forme liquide métallique, comme le lithium. Et au centre même de la planète, c'est-à-dire son noyau, se trouve une sphère rocheuse et glacée d'environ 15 à 18 masses terrestres au total. La rotation de cet hydrogène métallique autour de ce noyau dense forme des courants électriques qui alimentent le champ magnétique de Saturne.

Le champ magnétique de Saturne ressemble à celui d'un simple barreau magnétique, son axe nord-sud étant aligné à moins de 1° de l'axe de rotation de Saturne avec le centre du dipôle magnétique au centre de la planète. La polarité du champ, comme celle de Jupiter, est opposée à celle du champ actuel de la Terre. Cela signifie que si vous preniez une boussole terrestre sur Saturne, elle pointerait en fait vers le sud au lieu du nord. Le champ magnétique de Saturne n'est pas aussi puissant que celui de Jupiter, mais il est environ 578 fois plus puissant que le champ magnétique terrestre.

La magnétosphère de Saturne est la région de l'espace en forme de larme autour de la planète où le comportement des particules chargées, qui proviennent principalement du vent solaire, est dominé par le champ magnétique de la planète. Le côté arrondi de la larme s'étend vers le soleil, formant une frontière, officiellement connue sous le nom de magnétopause, avec le vent solaire sortant à une distance d'environ 750 000 milles du centre de la planète mais avec des fluctuations substantielles dues aux variations de la pression du soleil. vent. De l'autre côté de Saturne, la magnétosphère est aspirée en une immense magnétoqueue qui s'étend sur de grandes distances.

La magnétosphère interne de Saturne, comme les magnétosphères de la Terre et de Jupiter, piège une population stable de particules chargées hautement énergétiques se déplaçant en spirale le long des lignes de champ magnétique de la planète. Lorsque ces particules pénètrent ensuite dans l'atmosphère de la planète, elles créent des aurores, qui sont de magnifiques affichages de lumière, comme les aurores boréales sur terre. Cependant, pour une raison quelconque, il existe des «trous» dans la population de ces particules le long de certaines des lignes de champ qui se croisent avec les grands anneaux de la planète ou les orbites des lunes situées à l'intérieur de la magnétosphère.

Les lunes de Saturne Titan et Hyperion orbitent à des distances proches des dimensions minimales de la magnétosphère, et elles traversent occasionnellement la magnétopause et voyagent à l'extérieur de la magnétosphère de Saturne. Les particules chargées énergétiques piégées dans la magnétosphère externe de Saturne entrent en collision avec des atomes neutres dans la haute atmosphère de Titan et les dynamisent, provoquant l'érosion de l'atmosphère de Saturne. Cependant, cette érosion est plutôt minime et ne devrait pas impacter significativement la structure de la planète.

Passons maintenant à la caractéristique la plus remarquable de Saturne : ses anneaux. Galileo Galilei a été le premier à voir les anneaux de Saturne en 1610, bien que de son télescope les anneaux ressemblaient plus à des poignées ou à des bras. Quarante-cinq ans plus tard, en 1655, l'astronome hollandais Christiaan Huygens, qui avait un télescope plus puissant, proposa plus tard que Saturne avait un anneau fin et plat. En 1675, la découverte par l'astronome français d'origine italienne Gian Domenico Cassini d'un grand espace - maintenant connu sous le nom de division de Cassini - dans le disque a jeté le doute sur la possibilité d'un anneau solide, et le mathématicien et scientifique français Pierre-Simon Laplace a publié une théorie. en 1789 que les anneaux étaient constitués de nombreux composants plus petits. En 1857, le physicien écossais James Clerk Maxwell démontra mathématiquement que les anneaux ne pouvaient être stables que s'ils comprenaient un très grand nombre de petites particules,

Après des siècles d'étude de ces anneaux, on sait aujourd'hui que Saturne possède en fait de nombreux anneaux constitués de milliards de particules de glace et de roche, dont la taille varie d'un grain de sucre à la taille d'une maison. Cependant, malgré l'énorme largeur de ces anneaux, ils sont également extrêmement fins. Les principaux anneaux ont un diamètre de 170 000 miles, mais leur épaisseur ne dépasse pas 330 pieds. L'ensemble du système d'anneaux s'étend sur près de 16 000 000 milles lorsque les faibles anneaux extérieurs sont inclus.

Comme les anneaux des autres planètes géantes, les anneaux majeurs de Saturne se situent dans la limite classique de Roche. Cette distance, qui pour le cas idéalisé est de 2,44 rayons de Saturne, soit 91 300 miles, représente la distance la plus proche à laquelle une lune assez grande peut s'approcher du centre de son parent planétaire plus massif avant qu'elle ne soit brutalement déchirée par les forces de marée. Gardez à l'esprit que cette limite ne s'applique qu'aux objets maintenus ensemble par l'attraction gravitationnelle, de sorte que la limite de Roche ne s'applique pas vraiment aux corps relativement petits où la cohésion moléculaire est plus importante que les forces de marée essayant d'y mettre fin.

Comme mentionné précédemment, les particules qui composent les anneaux de Saturne sont de tailles très variées. Mais ces particules ne sont pas réellement visibles par elles-mêmes, pas même celles qui sont proches de la taille d'une maison ! Au lieu de cela, les scientifiques déduisent leur taille de leur effet sur la diffusion des signaux lumineux et radio. Cette distribution est cohérente avec le résultat attendu d'une collision et d'un éclatement répétés d'objets initialement plus gros. On pense que ces objets initialement plus gros sont des débris laissés par des comètes, des astéroïdes ou des lunes brisées.

Des rayons mystérieux ont été vus dans les anneaux de Saturne, qui semblent se former et se disperser en quelques heures seulement. Les scientifiques pensent que ces rayons sont probablement de petits nuages ​​de minuscules particules qui acquièrent des charges électriques et interagissent ensuite avec le champ magnétique de Saturne, qui éloigne ces particules de la planète en déplaçant des rayons en forme de coin. Ces rayons peuvent également être saisonniers car jusqu'à présent ils n'ont été observés qu'à proximité des équinoxes de Saturne.

Des corps plus grands appelés lunes annulaires, de l'ordre de plusieurs kilomètres de diamètre, peuvent exister incrustés dans les anneaux principaux, mais seules quelques lunes de ce type ont été détectées. Il existe des preuves que des lunes transitoires « tas de gravats » sont continuellement créées puis détruites par les effets concurrents de la gravité, des collisions et de la vitesse orbitale variable dans les anneaux denses.

Parce que les anneaux ont une masse si faible, il est probable qu'ils soient très jeunes, entre 10 et 100 millions d'années. Il est donc concevable que les anneaux majeurs aient été produits par l'éclatement d'une comète particulièrement grande, ou peut-être par la destruction d'une grande lune proche. Le système d'anneaux principal est composé des trois grands anneaux principaux - nommés C, B et A par ordre croissant de distance à Saturne.

La structure des anneaux est largement décrite par leur profondeur optique en fonction de la distance à Saturne. La profondeur optique est une mesure de la quantité de rayonnement électromagnétique qui est absorbée en traversant un milieu tel qu'un nuage, l'atmosphère d'une planète ou une région de particules dans l'espace. Il sert ainsi d'indicateur de la densité moyenne du milieu. Un milieu complètement transparent a une profondeur optique de 0 ; à mesure que la densité du milieu augmente, la valeur numérique augmente également.

L'anneau B est le plus brillant, le plus épais et le plus large des anneaux. Il s'étend de 1,52 à 1,95 rayons de Saturne et a des profondeurs optiques comprises entre 0,4 et 2,5. Ces valeurs sont une plage car elles varient en fonction de la distance réelle entre l'anneau et Saturne, car la distance entre la planète et l'anneau n'est pas uniforme tout autour. Il est séparé visuellement de l'anneau majeur extérieur, l'anneau A, par la division de Cassini, l'écart le plus important des anneaux majeurs. Entre 1,95 et 2,02 rayons de Saturne, se trouve la division de Cassini.

Cet écart est causé par l'attraction d'une des lunes de Saturne appelée Mimas. Cette lune est en résonance 2: 1 avec le système d'anneaux, ce qui signifie qu'une particule d'anneau dans la division Cassini ferait deux fois le tour de Saturne pour chaque fois que Mimas fait le tour une fois. Ce qui se passe, c'est que si une particule annulaire se trouvait dans la division de Cassini, elle serait attirée par la gravité de Mimas au même endroit de son orbite à chaque passage de Mimas. Au fil du temps, les petits "remorqueurs" gravitationnels s'additionnent, tout comme pousser quelqu'un sur une balançoire encore et encore fait monter la balançoire. Les remorqueurs gravitationnels de Mimas finiraient par retirer la particule annulaire de la division Cassini - et c'est pourquoi il y a un espace là-bas, sans particules annulaires à l'intérieur.

La division Cassini présente des variations complexes de profondeur optique, avec une valeur moyenne de 0,1. L'anneau A s'étend de 2,02 à 2,27 rayons de Saturne et a des profondeurs optiques de 0,4 à 1,0. À l'intérieur de l'anneau B se trouve le troisième anneau majeur, l'anneau C, parfois appelé anneau de crêpe, bien qu'il ne ressemble pas du tout aux crêpes alimentaires. Il se situe entre 1,23 et 1,52 rayons de Saturne, avec des profondeurs optiques proches de 0,1. À l'intérieur de l'anneau C entre 1,11 et 1,23 rayons de Saturne se trouve l'anneau D extrêmement ténu, qui n'a aucun effet mesurable sur la lumière des étoiles ou les ondes radio qui le traversent et n'est visible qu'en lumière réfléchie.

À l'extérieur de l'anneau A se trouve l'étroit anneau F à 2,33 rayons de Saturne. L'anneau F est une structure compliquée qui peut être une spirale de particules étroitement enroulée. Au-delà de l'anneau F se trouve l'anneau G qui est un disque de particules très mince, au-delà duquel se trouve un anneau de particules encore plus mince et plus léger. Ces structures ne sont pas visibles à l'œil humain et n'ont été détectées que par des sondes spatiales qui ont détecté une différence de densité à l'approche de Saturne.

But that’s not all. Extending from 128 to 207 Saturn radii, far beyond the other rings, is the outermost, a vast, tenuous ring of dust shed from impacts on the moon Phoebe. It is the largest planetary ring in the solar system; however, it has an extremely tiny optical depth that is 0. 8 more zeros followed by a two. This ring doesn’t really affect Saturn however it does have an effect on Phoebe itself, slightly altering the composition of the exosphere to make it denser and particle heavy than normal. Other moons also have created their own similar disks which have similar affects on the moons themselves.

Les lunes de Saturne ont toute une série de caractéristiques intéressantes en elles-mêmes, mais je pense que je vais économiser d'en parler pour l'épisode de la semaine prochaine. Pour résumer rapidement, aujourd'hui, j'ai tout parlé de Saturne, en particulier de son atmosphère et de son système d'anneaux complexe.