Les tribulations d’un astronome

Équinoxe sur Saturne

vendredi 4 septembre 2009 par Guillaume Blanc

Aujourd’hui la Terre passe dans le plan des anneaux de Saturne. Saturne, planète géante de la trempe de Jupiter, sixième planète du Système Solaire par sa distance au Soleil, deuxième par sa taille, n’a de cesse de ravir les astronomes, petits et grands, grâce à ses anneaux, justement. Quand on les découvre l’œil à l’oculaire d’un modeste télescope dans le fond de son jardin, bien à l’abri de ce &@##->°$#@ ? de lampadaire qui s’obstine à vouloir éclairer la nuit, c’est un véritable choc esthétique. Pendu au milieu d’un ciel d’encre, minuscule disque blanchâtre ceinturé de deux magnifiques bourrelés, brillant et tremblotant au milieu des étoiles qui scintillent de part et d’autre. Quelle émotion que cette vision qui semble si irréelle. Le petit instrument d’optique semble avoir aboli les distances pourtant fabuleuses qui nous séparent de cet astre vagabond, transformant un point brillant, qui pourrait passer pour une vulgaire étoile pour qui n’est pas attentif, en un monde aux frontières établies.

Tout le monde peut donc voir Saturne et ses anneaux. Sauf aujourd’hui. Les anneaux de Saturne sont situés dans son plan équatorial, ils matérialisent l’équateur de la planète. S’ils s’étendent sur plus de 400 000 kilomètres, leur épaisseur ne dépasse pas un kilomètre. Il est ainsi remarquable de pouvoir les admirer depuis notre bonne vieille Terre, qui orbite au mieux à un milliard deux cents millions de kilomètres de là (huit fois la distance entre la Terre et le Soleil). L’origine de ces anneaux n’est pas encore établi avec certitude, mais les astronomes penchent fortement pour l’éclatement d’une lune de la planète qui aurait eu le malheur de s’en approcher de trop près. En effet, la force de gravité engendrée par Saturne, planète massive s’il en est (près de cent fois la masse de la Terre), est suffisante pour briser un satellite qui serait trop près, à cause des forces de marée.

En effet, la force de gravitation décroit comme le carré de la distance. Prenons la force exercée par Saturne sur un caillou qui se trouve à la surface d’un satellite qui orbite autour d’elle. Si le caillou se trouve sur la face du satellite qui regarde Saturne, la force de celle-ci sera plus grande que si le caillou se trouve de l’autre côté, sur la face cachée, car celle-ci se trouve plus loin, d’une distance égale au diamètre du satellite. Pour un satellite qui se trouve relativement loin de la planète, cette différence entre les forces qu’elle exerce de part et d’autre ne prête pas à conséquence, elle est trop faible. En revanche, si le satellite se trouve proche de la planète, cette différence entre les forces d’attraction de part et d’autre peut devenir grande, et même suffisamment grande pour supplanter les forces qui lient les roches du satellite entre elles : il va donc avoir tendance à s’allonger, la planète tirant plus fort sur le côté proche que sur celui qui est loin. Le malheureux, incapable de supporter autant de tension va se briser en petits morceaux. On les appelle des forces de marée, ces forces qui brisent des satellites, car c’est le même mécanisme qui déforme les océans sur Terre provoquant le phénomène des marées, sous l’action de la Lune. Les milles (au bas mot !) morceaux du satellite démoli vont progressivement s’étaler pour former un disque perpendiculairement à l’axe de rotation de la planète sur elle-même, donc dans le plan de l’équateur. D’où les magnifiques anneaux de Saturne.

Pour avoir une petite idée de ce que pourrait être la vie sur une planète avec des anneaux, je ne peux que vous conseiller la lecture de la superbe bande dessinée de François Bourgeon « Six saisons sur Ilo, » deuxième tome du cycle de Cyann. À cause de l’ombre de l’anneau sur la planète Ilo, qui éclipse en permanence la lumière de l’étoile, les régions tropicales ressemblent à nos régions polaires... Quant au coucher d’étoile équinoxial sur un équateur matérialisé par la tranche de l’anneau, ça vaut le détour !

Les lois de la mécanique céleste qui arbitrent la ronde des planètes autour du Soleil (sous la maîtrise d’œuvre de la force de gravitation) font que plus une planète est loin du Soleil, plus elle avance doucement. Saturne va ainsi faire un tour autour du Soleil pendant que la Terre en fait trente. Toutes les planètes du Système Solaire tournent autour du Soleil dans un même plan que l’on appelle l’écliptique, de la même façon que les morceaux du satellite brisé par les forces de marée vont s’aplatir en un disque : dans la nature, la quantité de « rotation » doit rester identique à elle-même (c’est le même phénomène qui fait qu’une patineuse tourne moins vite sur elle-même les bras écartés que les bras le long du corps, ou encore le truc qui vous évite de vous casser la figure en vélo). Mais l’axe de rotation des planètes sur elles-mêmes n’est pas perpendiculaire à ce plan ; en d’autre terme, l’équateur des planètes n’est pas confondu avec l’écliptique. C’est ce qui fait le rythme des saisons sur les planètes et sur la Terre en particulier : si la Terre tournait sur elle-même dans un plan confondu avec l’écliptique, le Soleil passerait chaque jour exactement au même endroit du ciel, quelque soit le lieu où l’on serait, ce qui rendrait quand même la vie d’une horrible monotonie. Un éternel printemps (ou automne !) règnerait en France...

Tout comme le Soleil passe deux fois par an dans le plan de l’équateur terrestre, lors des équinoxes de printemps et d’automne (il se trouve alors à la verticale de quelqu’un qui se trouve juste sur l’équateur), à la suite de quoi il se retrouve soit dans l’hémisphère nord — c’est l’été chez nous ! — soit dans l’hémisphère sud — et c’est alors l’hiver... De la même façon le Soleil passe dans le plan équatorial de Saturne deux fois par année saturnienne, soit une fois tous les quinze ans. Vu de Saturne la Terre est en fait très très proche du Soleil, celle-ci passera donc dans le plan des anneaux à peu près en même temps que le Soleil. Cette année, le Soleil est passé de l’hémisphère sud à l’hémisphère nord de Saturne le 10 août dernier. Équinoxe d’automne, en somme. Aujourd’hui, c’est au tour de la Terre. Comme l’épaisseur de ces anneaux est ridicule (un kilomètre), vu d’ici, c’est tout comme s’ils avaient purement et simplement disparus. Opportunité d’observer la planète géante toute nue. Mais ainsi déparée, elle peut perdre de son aura et devenir banale pour le quidam astronome.

Par la magie de la mécanique céleste, il peut arriver à la Terre de traverser le plan des anneaux de Saturne trois fois en l’espace de quelques mois, comme ce fut le cas en 1995. En 2009, ce ne sera qu’une seule fois. De surcroît, en 1995, la Terre était en opposition avec Saturne, c’est-à-dire exactement entre Saturne et le Soleil. Conditions d’observations optimales. En 2009, Saturne se trouve exactement de l’autre côté du Soleil. Pire conditions d’observations, puisque la planète est tout simplement inobservable : il va falloir attendre quelques mois pour qu’elle revienne briller dans le ciel nocturne. Et rassurez-vous, ses anneaux seront alors toujours aussi invisibles !

La dernière fois que ce phénomène a eu lieu était donc en 1995. À cette époque, je faisais mes premiers pas dans l’astronomie professionnelle, et Saturne avec ses anneaux disparus était au cœur de l’histoire.

Été 1995. Je venais d’achever ma première année d’études à l’école d’ingénieur de Caen, l’ISMRA. Avec en tête une idée fixe, je me trouvais un stage à l’observatoire de la Côte d’Azur, à l’observatoire de Calern, au-dessus de Grasse. Mon premier stage. Mes premiers pas auprès d’astronomes professionnels. J’allais travailler avec Jean Gay à la construction d’un petit interféromètre destiné à observer les oscillations de la planète Saturne. Et ça tombait très bien qu’elle se montre alors toute nue sans ses anneaux, car ceux-ci nous auraient cachés sa surface. Et c’était la planète elle-même qui nous intéressait.

L’idée était alors de suivre le décalage induit sur les raies du spectre de la planète par les oscillations acoustiques de son atmosphère, sorte d’ondes sismiques qui la secouent de part en part. Ces ondes font enfler l’atmosphère de manière périodique, induisant un décalage périodique en fréquence des ondes lumineuses (les raies) émises. C’est l’effet Doppler, le même qui fait que le son d’une sirène de pompier qui s’approche de vous va devenir de plus en plus aigu pour s’évader dans les graves quand elle s’éloigne. Pour la lumière, c’est pareil.

Mesurer l’amplitude et la période de ces ronds dans l’atmosphère de Saturne aurait fourni de précieuses indications sur la composition interne de la planète. L’interférométrie permet de mesurer des décalages en fréquence d’une manière très précise ; par ailleurs, Jean Gay avait focalisé son attention sur la zone du spectre de Saturne qui présente les raies les plus intenses, à savoir le proche infrarouge, raies pour l’essentiel émises par le méthane contenu dans son atmosphère.

À la fin de l’été l’expérience était prête, l’optique mise au point et testée, le programme codé pour acquérir et traiter les données. Je n’ai malheureusement pas pu assisté aux observations, car les cours reprenaient à l’école. Mais les résultats furent décevant car un composant optique s’est finalement révélé de piètre efficacité dans le domaine de longueur d’onde choisi. Pas de détection des oscillations de Saturne alors. D’ailleurs à ma connaissance, ces oscillations n’ont toujours pas été détectées...

Donc si la beauté proprement saturnienne s’évanouit avec les anneaux, en revanche les astronomes peuvent utiliser l’opportunité pour étudier la planète elle-même !


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