La mission Cassini_Huygens (1997-2017)

[Montparnasse]

Distance considérable et pourtant elle est visible à l'œil nu tous les soirs en direction du Sud-Sud-Ouest à 45° de l'horizon (de même que Jupiter proche de l'horizon à l'Ouest-Sud-Ouest en début de soirée). J'ai également pu l'observer avec un télescope cet été, la planète géante et ses anneaux étaient bien visibles.

[Montparnasse]

Résultats scientifiques

Au cours de sa mission, la sonde spatiale Cassini a bouclé 293 orbites autour de Saturne et a effectué 127 survols de Titan, 23 d'Encelade et 162 d'autres lunes de la planète géante dans des conditions ayant permis d'effectuer des investigations poussées. 653 gigaoctets de données scientifiques ont été collectées et plus de 450 000 photographies ont été prises.

Les principales découvertes effectuées par la mission Cassini-Huygens sont les suivantes :

Jupiter



Les instruments Cassini-Huygens ont observé Jupiter pendant presque six mois, du 1er octobre 2000 au 22 mars 2001. La sonde spatiale s'en est approchée à une distance minimale de 9,7 millions de kilomètres le 30 décembre 2000. Durant cette phase de la mission ont été pris environ 26 000 clichés de la planète géante, parmi lesquels on trouve les plus précis jamais réalisés. Sur certaines photos, les plus petits détails visibles mesurent environ 60 kilomètres.

Une découverte majeure concerne la circulation atmosphérique de Jupiter. Certains clichés montrent des bandes sombres alternées avec des zones plus claires dans l'atmosphère. Les scientifiques ont longtemps considéré ces zones, avec leurs nuages clairs, comme étant des zones de courants ascendants. Mais l'analyse des clichés pris par Cassini a donné une autre explication. Des cellules individuelles de tempête, comportant des nuages blancs remontent, trop petites pour être observées depuis la Terre, émergent pratiquement partout, y compris dans les zones sombres.

Les autres observations atmosphériques ont révélé une structure ovale sombre et tourbillonnante dans la haute atmosphère, d'une taille similaire à la grande tache rouge, près du pôle nord de Jupiter. Les clichés infrarouges ont quant à eux révélé certains aspects de la circulation atmosphérique près des pôles : une structure en forme de bandes ceinturant la planète, bordées de zones adjacentes dans lesquelles les vents soufflent dans des directions opposées.

Saturne

Atmosphère de Saturne

Le long séjour de Cassini près de Saturne a permis d'étudier la structure, très singulière, de l'atmosphère de Saturne au pôle nord, découverte en 1981 par la sonde spatiale Voyager 2. Le système nuageux présente une forme hexagonale, stable dans le temps, dont chaque côté mesure 13 800 kilomètres et effectue un tour complet en 10 heures 39 minutes. Au centre de cette formation se trouve l'œil central d'un ouragan de 2 000 kilomètres de diamètre, qui entraîne les nuages dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, à une vitesse supérieure à 500 km/h. D'autres vortex, situés à l'intérieur de l'hexagone et plus petits, tournent dans le sens inverse. Le mécanisme précis à l'origine de cette formation reste toujours inconnu.


Vue de l'hémisphère Nord de Saturne

L'année sur Saturne dure un peu plus de 29 ans terrestres, et est divisée en saisons, car l'axe de la planète est incliné, comme celui de la Terre. Une tempête saisonnière (donc tous les 29 ans) liée au réchauffement de la surface a été observée à plusieurs reprises avant l'arrivée de Cassini. Une série de taches blanches commence à se former, puis s'étend progressivement en longitude jusqu'à faire le tour de la planète. Elle se situe systématiquement dans l'hémisphère nord, sans qu'on puisse expliquer pourquoi. La tempête a pu être étudiée en détail lors de son apparition en décembre 2010, soit dix ans avant la date prévue. La sonde spatiale a permis de déterminer que la tempête faisait remonter de la vapeur d'eau et d'autres matériaux situés jusqu'à une profondeur de 160 kilomètres. Les instruments de la sonde spatiale ont observé pour la première fois, notamment au sein de cette tempête, des éclairs à la fois sur la face éclairée et sur la face sombre de la planète.


Tempête dans l'hémisphère Nord (2012)

Étude de la période de rotation sidérale de Saturne

La détermination de la période de rotation sidérale d'une planète est essentielle pour l'étude de tous les phénomènes physiques qui y sont associés, puisqu'on se base sur cette période de rotation sidérale pour l'établissement du système de longitude de la planète. Dans le cas des planètes telluriques, il suffit d'observer le sol pour obtenir cette période de rotation. Dans le cas des planètes gazeuses, il n'y a pas de « sol », et le cœur est enfoui très profondément sous l'atmosphère de la planète. La seule période observable qui est liée à la rotation du cœur de ces planètes est celle de leur champ magnétique. On étudie donc les modulations induites par la rotation du champ magnétique de la planète étudiée sur ses émissions radios naturelles pour connaître sa période de rotation sidérale.

Dans le cas de Saturne, la période de rotation fut d'abord déterminée grâce aux données de la sonde Voyager. La période sidérale de Saturne était donc de 10 heures 39 minutes et 24 secondes. En 2000, des scientifiques (utilisant les données radio de la sonde Ulysses) ont observé que la période de modulation des émissions radio de Saturne avait changé depuis les mesures de Voyager. Les nouvelles mesures donnent une période 1 % plus longue que celle mesurée par Voyager. Les mesures radio obtenues avec l'instrument de Cassini RPWS/HFR confirment ce résultat. Des observations effectuées sur les 2 premières années d'orbites autour de Saturne (2004-2005) semblent montrer que la période radio varie lentement (à l'échelle de l'année) de quelques fractions de %.

Comme la vitesse de rotation sidérale du cœur de Saturne ne peut pas varier, c'est l'interprétation des modulations des émissions radios qu'il faut sans doute revoir.

Le problème de la définition d'un système de longitude à Saturne reste donc entier. Le problème est particulièrement épineux car, si la période de rotation de Saturne est effectivement 1 % plus lente que la période mesurée par Voyager, tout le système atmosphérique de Saturne serait alors en super-rotation (c'est-à-dire qu'il tournerait plus vite que le cœur de la planète) ce qui est difficilement explicable.

Les anneaux de Saturne

Cassini a découvert plusieurs anneaux, qui n'avaient pas été détectés depuis la Terre, ni par les sondes spatiales antérieures. Un premier anneau, large de 5 000 kilomètres et peu dense, se situe au niveau de l'orbite de Janus et Épiméthée. Les instruments de Cassini ont permis de déterminer que le matériau de l'anneau E, situé entre les orbites de Mimas et de Rhéa, est alimenté en matériaux par les geysers d'Encelade. L'orbiteur a également permis de découvrir l'origine de la lacune de Keeler, située dans l'anneau A, non loin de sa bordure extérieure. Ce sillon, large de 42 kilomètres, est créé par une petite lune, Daphnis, révélée à cette occasion. L'orbite de celle-ci s'écarte légèrement du plan orbital des anneaux, ce qui génère des ondulations, ayant une composante verticale pouvant atteindre une hauteur de 1,5 kilomètres. Ce phénomène, exceptionnel dans un anneau, épais généralement de quelques dizaine de mètres, a été révélé par son ombre, portée visible au moment de l'équinoxe de Saturne. L'anneau F est connu depuis le survol de Pioneer 11, de 1979. Cet anneau, large de quelques centaines de kilomètres, est encadré par deux satellites bergers, Prométhée et Pandore, qui en assurent la stabilité. Des images spectaculaires prises par Cassini ont mis en évidence l'évolution constante de l'anneau, soumis à l'attraction gravitationnelle de Prométhée, qui arrache des filaments de matière sur son passage, formant des draperies dans lesquelles se glissent parfois des mini-lunes de glace, d'un diamètre d'un kilomètre, attirées également par l'attraction de la lune.


Eclipse de Soleil par Saturne

Magnétosphère

La mission a permis de découvrir que, contrairement aux autres planètes du système solaire dotées d'un champ magnétique, celui de Saturne a un axe qui coïncide exactement avec l'axe de rotation. Cassini a déterminé que le champ magnétique de la planète subit une importante fluctuation, qui se répète avec une périodicité de 10 heures 47 minutes. Cette modulation, que les scientifiques n'expliquent toujours pas fin 2012, a sa correspondance dans le domaine des ondes radio. Les instruments scientifiques de la sonde ont permis de découvrir que la matière présente dans la magnétosphère avait pour origine principale des geysers situés au pôle sud de la lune Encelade.

Titan



Environnement

Le 14 janvier 2005, Huygens, l'atterrisseur de Cassini, se posait sur le sol de Titan.
Le module scientifique de surface (SSP) de Huygens révèle qu’à cet endroit, sous une croûte dure et mince, le sol a la consistance du sable. Les paysages de Titan présentent des similitudes avec ceux de la Terre : brouillards, traces de précipitations, érosions, abrasion mécanique, réseaux de chenaux de drainage, systèmes fluviaux, lacs asséchés, paysages côtiers et chapelets d'îles. En revanche, l'eau y est remplacée par du méthane, qui peut exister sous forme liquide ou gazeuse. Les pluies sont donc composées de méthane.

Titan possède donc bien une atmosphère uniforme, faite de différents gaz (méthane, azote…) et, au sol, une activité cryovolcanique, du méthane liquide en abondance sous forme de rivières et de lacs. Sur son sol, gelé à −180 °C, se trouvent d'innombrables galets de glace de méthane, parfois de plusieurs mètres.

Analyse

L'atterrissage lui-même soulève quelques questions. La sonde devait sortir de la brume à une altitude comprise entre 50 et 70 kilomètres. En fait, Huygens a commencé à émerger des nuages à 30 kilomètres seulement au-dessus de la surface. Les sons enregistrés lorsque la sonde s'est posée laissent penser qu'elle s'est posée sur une surface plus ou moins boueuse, au moins très souple.

Le spectromètre de masse embarqué à bord de Huygens et qui sert à analyser les molécules de l'atmosphère a détecté la présence d'un épais nuage de méthane, haut de 18 000 à 20 000 mètres au-dessus de la surface.

D’autres indications transmises par le DISR, fixé à l'avant pour déterminer si Huygens s'était enfoncé profondément dans le sol, a révélé ce qui semble être du sable mouillé ou de la terre glaise.

On doit à cette mission la découverte de l'Ontario Lacus, un lac d'éthane liquide qui fut le premier endroit du système solaire (hors de la Terre) où du liquide a été détecté en surface.

Encelade



Jusqu'à l'arrivée de Cassini dans le système de Saturne, les seules caractéristiques remarquables de la petite lune Encelade (500 kilomètres de diamètre), résultant d'images prises par la sonde spatiale Voyager, étaient sa surface particulièrement lisse dans certaines régions et son albédo (pouvoir réfléchissant) le plus élevé des corps présents dans le système solaire. Dès 2005, plusieurs observations successives font d'Encelade l'objet le plus intéressant du système de Saturne avec Titan. La mesure du champ magnétique de Saturne à proximité de la lune met en évidence que celui-ci est déformé par la présence d'une atmosphère. Des survols rapprochés montrent que des geysers, jaillissant en permanence de la région du pôle sud, éjectent à une vitesse de 400 mètres par seconde un mélange de glace d'eau et de composés chimiques simples. Les geysers suggèrent l'existence de poches d'eau liquide plus ou moins importantes sous la surface mais il faudra une dizaine d'années d'investigations pour déterminer avec certitude qu'Encelade abrite sous sa croûte de glace un océan liquide malgré une température au sol en surface de −200 °C. Une partie des matériaux éjectés retombe à la surface, le reste est à l'origine de la formation de l'anneau E de Saturne. L'analyse des composants de cet anneau effectuée par la suite à l'aide des instruments de la sonde spatiale démontre qu'ils contiennent du silice qui ne peut se former que lorsque de l'eau portée à une température supérieure à 90 °C interagit avec de la roche. Une telle configuration laisse à penser que la source d'eau liquide est en contact avec un noyau rocheux d'où jaillissent des sources hydrothermales.

Les photos de la surface du pôle nord prises à très faible distance ont montré une surface particulièrement jeune jonchée de blocs de glace de la taille d'une maison, parcourue de fractures faisant penser à une activité tectonique et surmontée d'un nuage de vapeur d'eau. Certaines crevasses profondes, baptisées rayures de tigre, sont les points d'émergence des geysers. Des survols successifs ont confirmé que la surface du pôle sud d'Encelade subissait des mouvements tectoniques. Le moteur de cette activité pourrait être la force de marée produite par Saturne à l'image du rôle de Jupiter dans le volcanisme de son satellite Io. Cette force agit non seulement sur la couche de glace superficielle mais également sur le noyau rocheux comme en témoigne la présence de silice mais également d'hydrogène issus de sources hydrothermales. La présence d'un océan souterrain est confirmée en 2015 par des mesures du champ de gravité et des mouvements de libration (ou oscillation) de la lune sur son orbite. Les données recueillies permettent d'estimer qu'un océan profond de dix kilomètres s'étend au niveau du pôle sud enfoui sous une couche de glace de 30 à 40 kilomètres d'épaisseur. De manière étonnante, à une si grande distance du Soleil, Encelade réunit toutes les conditions pour permettre l'apparition d'une forme de vie : chaleur, eau sous forme liquide en abondance et composés organiques. Mais Cassini ne dispose pas d'instrument pour permettre de mener des investigations dans ce domaine.

Phœbé



Phœbé est la plus éloignée des lunes de taille significative. Elle circule sur une orbite rétrograde avec une inclinaison quasi polaire (173°). De forme sphérique irrégulière, elle a un diamètre d'environ 220 kilomètres et est très sombre. Cassini n'a survolé qu'une seule fois la lune, 16 jours avant son insertion en orbite autour de Saturne, car elle est située à l'extérieur de l'orbite de la sonde spatiale. Le 11 juin 2004 Cassini est passée à 2 068 kilomètres de Phœbé et est parvenu à photographier pratiquement toute sa surface grâce à la vitesse de rotation de la lune. Celle-ci présente une surface très sombre, couverte de cratères qui ont pour certains 80 kilomètres de diamètre avec des parois pouvant atteindre 16 kilomètres de haut. L'hypothèse d'un astéroïde capturé par Saturne est battue en brèche par l'observation de matériaux beaucoup plus clairs à l'intérieur des cratères signalant la présence de glace d'eau pouvant atteindre 300 à 500 mètres de diamètre. La glace d'eau représenterait 30% de la masse de Phœbé (contre 50 % pour les principales lunes glacées de Saturne). Phœbé est sans doute une protoplanète, aux caractéristiques proches de Pluton, qui s'est formée dans la ceinture de Kuiper au tout début de l'histoire du système solaire. Après s'être refroidie, sa surface a été martelée par les impacts lui donnant sa forme actuelle. Elle a ensuite été capturée par le champ gravitationnel de Saturne.

Japet

Japet est par sa taille la troisième lune de Saturne. Sa rotation est synchrone avec celle de la planète géante, c'est-à-dire que la face tournée vers celle-ci est toujours la même (comme l'est celle de la lune vis-à-vis de la Terre). Elle présente une différence de couleur spectaculaire entre l'hémisphère situé dans la direction de son déplacement sur son orbite très sombre et l'hémisphère opposé au contraire brillant. La sonde spatiale Cassini a permis de trouver une réponse à cette énigme vieille de plusieurs siècles. Ses instruments fonctionnant dans l'infrarouge ont découvert que Phœbé était à l'origine d'un anneau formé par des débris qui lui sont arrachés par les impacts de météorites. Très ténu cet anneau n'avait pas été découvert par les astronomes effectuant leurs observations depuis la Terre. Japet, circulant dans la région de cet anneau, accumule sur la face avant (tournée dans la direction de son déplacement) les matériaux issus de Phœbé, ce qui lui donne sa couleur sombre.


Les montagnes de Japet

Hypérion



Cassini fournit les premières observations détaillées d'Hypérion, le plus grand des satellites irréguliers du système solaire. Voyager II, qui l'avait survolé en 1981 à grande distance, avait toutefois permis de dresser un premier portrait de cette lune en forme de patate (410 × 260 × 220 kilomètres) couverte de cratères profonds et avec un axe de rotation chaotique résultant sans doute de la destruction d'un corps céleste d'une taille plus importante. Les photos spectaculaires prises par Cassini montrent un monde évoquant une éponge. Les cratères très profonds, qui criblent sa surface pratiquement sans trace d'éjectas, sont liés sans doute à la très grande porosité et à la faible densité de la lune : le bombardement des météorites n'a pas éjecté les matériaux mais les a comprimés. Les parois des cratères sont brillantes trahissant la présence de glace d'eau. Le fond des cratères est par contre sombre et rougeâtre. L'excentricité de l'orbite de la lune serait entretenue par la proximité de Titan (260 000 kilomètres d'écart entre les orbites moyennes des deux lunes) avec laquelle Hypérion est en résonance orbitale (le rapport des périodes orbitales des deux astres autour de Saturne est un rapport de nombres entiers qui est stable, toute perturbation étant corrigée par Saturne).

Nouvelles lunes de Saturne

La mission Cassini-Huygens a permis de découvrir fin 2012 une dizaine de nouvelles lunes de petite taille (moins de 10 kilomètres de diamètre) qui sont venues s'ajouter à la cinquantaine de lunes connues ou découvertes ces dernières années à l'aide de télescopes basés à Terre. En 2004 sont découvertes Méthone (diamètre 1,6 kilomètres) et Pallène (3 kilomètres de diamètre) situées entre Mimas et Encelade ainsi que Pollux (3 kilomètres de diamètre) qui partage l'orbite de Dioné. Daphnis (8 kilomètres de diamètre) découverte en 2005 est, après Pan (26 kilomètres), le second satellite par la taille circulant dans les anneaux de Saturne. En 2007, l'équipe d'imagerie de Cassini a découvert Anthée une lune de 2 kilomètres de diamètre située également entre Mimas et Encelade. Égéon, découverte en 2008, d'un diamètre de 500 mètres, circule dans l'anneau G de Saturne qu'elle a probablement constitué lors de ses collisions avec des météorites.


Thétys et Encelade


Dioné


Mimas

__ FIN __

Source : Wikipédia

[Le Merle Blanc]

L'épopée vient de se terminer, c'est bien dommage car je m'y étais
particulièrement bien habitué. Il n'est sans doute pas possible de trouver
d'autres photos parmi la multitude qui a été rapportée?... peut-être sont-elles gardées cachées
pour le moment.
Toujours est-il, que tu m'as permis de rêver un bon moment, merci Montp à plus.