Pour une planète rocheuse, trouver la durée d'une journée peut être simple. Choisissez simplement un point de référence et regardez combien de temps il faut pour pivoter hors de la vue, puis de nouveau dans la vue. Mais pour des planètes comme Saturne, ce n'est pas si simple. Il n'y a pas d'entités de surface à suivre.
Les scientifiques ont passé des décennies à essayer de déterminer la période de rotation de Saturne. Mais le géant du gaz hésite à révéler ses secrets. Une nouvelle étude dans AGUJournal of Geophysical Research: Space Physics peut enfin avoir la réponse. L’étude est intitulée «Périodités multiples et variables de Saturne: un modèle à double volant de couplage thermosphère-ionosphère-magnétosphère».
Avec une planète comme la Terre, nous savons ce que nous mesurons lorsque nous mesurons la période de rotation. Nous mesurons la surface de la planète. Mais pour un géant du gaz, les choses sont plus complexes. De quelle couche de la planète les scientifiques parlent-ils réellement?
Saturne est une géante gazeuse multicouche, probablement avec un noyau rocheux. Ce noyau est entouré d'une couche de glace, puis d'hydrogène métallique et d'hélium. Puis une zone de pluie d'hélium, encore entourée d'une région d'hydrogène liquide. Vient ensuite une grande région d'hydrogène gazeux. La haute atmosphère de Saturne est composée de trois couches: au sommet se trouvent des nuages d’ammoniac, sous celui d’hydrosulfure d’ammonium, et en dessous des nuages de vapeur d’eau.
Lorsque les scientifiques parlent de la période de rotation de Saturne, ils parlent de la haute atmosphère. C'est la seule partie de la planète qui peut vraiment être mesurée.
Les scientifiques examinent les modèles de radiofréquences émis par une géante gazeuse pour déterminer sa durée de journée. La difficulté avec Saturne est qu'il n'émet que des motifs radio basse fréquence que l'atmosphère terrestre bloque. Cela contraste avec Jupiter, qui émet des motifs de fréquence plus élevée qui traversent l'atmosphère terrestre. Pour cette raison, les scientifiques ont pu déterminer la période de rotation de Jupiter avant l'avènement des vaisseaux spatiaux.
Saturne a dû attendre jusqu'en 1980 et 1981, lorsque Voyager 1 et Voyager 2 ont visité et collecté des données. À ce moment-là, ils ont mesuré la période de rotation à 10 heures et 40 minutes. C'était la meilleure mesure disponible à l'époque, et elle est restée. Depuis deux décennies.
Mais Cassini a visité Saturne et a passé 13 ans à l'étudier et à étudier ses lunes. Les astronomes ont été étonnés de constater que la période de rotation de Saturne avait changé. Les données de Cassini ont montré qu'au cours des vingt années entre Voyagers et Cassini - une quantité insignifiante de temps dans la vie d'une planète - la durée de la journée avait changé.
«Vers 2004, nous avons vu que la période avait changé de 6 minutes, environ 1%.»
Duane Pontius de Birmingham-Southern College en Alabama, co-auteur de l'étude.
Cassini a montré que la période de rotation avait changé de 6 minutes, soit environ 1%.
«Vers 2004, nous avons vu que la période avait changé de 6 minutes, environ 1%», a déclaré Duane Pontius du Birmingham-Southern College en Alabama, co-auteur de la nouvelle étude. «Pendant longtemps, j'ai supposé qu'il y avait un problème avec l'interprétation des données», se souvient Ponce. "Ce n'est tout simplement pas possible."
Comment une planète entière change-t-elle sa période de rotation en si peu de temps? Un changement de cette ampleur devrait prendre des centaines de millions d'années pour se produire. Mais il y avait plus: Cassini a également mesuré les modèles électromagnétiques montrant que les hémisphères nord et sud avaient des périodes de rotation différentes.
Les saisons changeantes de Saturne
Ponce et les autres auteurs ont voulu comprendre ce qui s'était passé et pourquoi il y avait une différence dans les mesures. En supposant que les données de Cassini étaient bien comprises, il devait y avoir une raison au changement et à la différence entre les hémisphères. Ils ont décidé de comparer Saturne à son frère le plus proche, Jupiter.
Une chose que Saturne a, ce sont les saisons. Saturne a une inclinaison axiale de près de 27 degrés, ce qui est similaire à l'inclinaison de la Terre de 23 degrés. Jupiter n'a qu'une inclinaison de trois degrés. Tout comme la Terre, les hémisphères nord et sud de Saturne reçoivent différentes quantités d’énergie en orbite autour du Soleil.
Au bord extérieur de l'atmosphère de Saturne se trouve une région de plasma. Ponce et les autres auteurs pensent que la quantité différente d'énergie UV atteignant les hémisphères au fil des saisons interagit avec ce plasma. Dans le modèle qu'ils ont développé, les variations des UV affectent le plasma, créant plus ou moins de traînée à l'intersection du plasma et de l'atmosphère extérieure.
La traînée est ce qui détermine la rotation de l'atmosphère, comme le montrent les émissions d'ondes radioélectriques, et cette rotation change en fonction de la saison que nous observons.
La traînée du plasma est ce qui ralentit la rotation, nous donnant la période de rotation signalée par les émissions radio. À mesure que la saison change, la traînée de plasma change, tout comme les émissions radio. Encore une fois, ce sont les émissions radio avec lesquelles les scientifiques mesurent la période de rotation de Saturne, car il n'y a pas de caractéristiques de surface fixes.
Ce modèle développé par Pontius et ses collègues explique le changement de rotation observé au cours des 20 dernières années entre les Voyagers et Cassini. Cette mesure ne concerne cependant que les couches de surface de Saturne. Le noyau rocheux, qui représente entre 9 et 22 fois la masse de la Terre, est caché et insondable sous des dizaines de milliers de kilomètres d'atmosphère.
Plus:
- Communiqué de presse: Comprendre la rotation impossible de Saturne
- Document scientifique: Périodicité multiples et variables de Saturne: un modèle à double volant de couplage thermosphère-ionosphère-magnétosphère
- ESA Cassini-Huygens: l'atmosphère de Saturne
