Le télescope spatial Spitzer a aperçu un énorme anneau autour de Saturne, la bande la plus grande et la plus éloignée autour de ce monde aux anneaux. Quelle est la taille de cette bague? "Si vous aviez des yeux infrarouges comme Spitzer", a déclaré Anne Verbiscer, astronome de recherche à l'Université de Virginie, Charlottesville, "de la Terre, cela ressemblerait à une pleine lune de chaque côté de Saturne." C'est incroyablement énorme! La majeure partie de son matériel commence à environ six millions de kilomètres (3,7 millions de milles) de la planète et s'étend vers l'extérieur sur environ 12 millions de kilomètres (7,4 millions de milles). Un milliard de Terres pourraient tenir dans le volume d'espace que cet anneau occupe.
Alors, pourquoi cette gigantesque structure n’a-t-elle pas été détectée auparavant?
«C'est très, très faible; extrêmement ténu », a déclaré Verbiscer à Space Magazine. «Si vous vous teniez à l'intérieur du ring, vous ne le sauriez même pas. Dans un kilomètre cube d'espace, il n'y a que 10 à 20 particules. Les particules ont à peu près la même taille que les particules de brouillard, mais elles sont très dispersées. Nous regardons juste les émissions thermiques que ces petites particules dégagent; nous ne regardons pas du tout la lumière du soleil réfléchie dans les observations que nous avons faites avec Spitzer. C’est ce qui fait de Spitzer l’instrument parfait à utiliser pour essayer de trouver une telle structure de poussière. Cet anneau est complètement analogue aux disques de débris autour d'autres étoiles que Spitzer a observés. »
L'équipe de recherche ne s'est pas contentée de tomber sur cet anneau; ils le cherchaient. L'équipe comprend Verbiscer, Douglas Hamilton de l'Université du Maryland, College Park, et Michael Skrutskie, de l'Université de Virginie, Charlottesville. Ils ont utilisé la caméra infrarouge à longueur d'onde plus longue de Spitzer, appelée photomètre d'imagerie multibande, et ont fait leurs observations en février 2009 avant que Spitzer ne manque de liquide de refroidissement en mai et ait commencé sa mission «chaude».
"Depuis plus de 300 ans, les gens tentent d'expliquer l'apparition de la lune de Saturne, Japet (qui a été découverte par Giovanni Cassini en 1671) et pourquoi un côté de la lune est clair et l'autre très sombre", a déclaré Verbiscer. «Au cours des 35 dernières années, une autre lune, Phoebe est venue comme une explication possible, car il y a un lien entre ces deux lunes. Phoebe lui-même est très, très sombre, et il correspond à l'albédo ou à la luminosité de la matière sombre de l'hémisphère leader de Iapetus. Phoebe a une orbite rétrograde et Iapetus est en orbite pro-grade. Donc, si des particules sont lancées au large de Phoebe et en spirale vers Saturne, elles frapperaient Iapetus directement sur cet hémisphère dominant. »
Verbiscer a déclaré que dynamiquement, cette explication du côté obscur d'Iapetus a été discutée et a essayé d'être modélisée. Mais personne n'avait pensé à utiliser Spitzer pour chercher de la poussière dans cette zone. «Alors, c'était notre idée», a-t-elle déclaré. "Le titre de notre proposition était" Un nouvel anneau saturnien. "Nous étions définitivement à la recherche d'une structure de poussière associée à Phoebe et sur la même orbite, et c'est précisément ce que nous voyons."
Verbiscer a déclaré qu'il serait très difficile, même pour le vaisseau spatial Cassini, et en particulier les caméras d'imagerie, de voir cet anneau, car il n'apparaît que dans l'infrarouge. De plus, Cassini est à l'intérieur de cet anneau et devrait regarder au-delà des autres anneaux de Saturne. "Cette bague est si grande mais pourtant si faible, il serait difficile de savoir quand vous la regardiez et quand vous ne l'étiez pas."
La hauteur verticale et l'inclinaison orbitale de cet anneau correspondent parfaitement à l'orbite de Phoebe sur le ciel. "Si vous deviez déterminer où Phoebe apparaît au fil du temps alors qu'elle contourne Saturne, l'anneau correspond exactement", a déclaré Verbiscer. «Pensez à un quart tournant sur une table; l'anneau a la même pointe verticale, et l'orbite de Phoebe fait le même genre de chose. "
Quant à savoir si les particules de poussière de Phoebe lui-même ou si Phoebe "berger" certaines particules dans cette configuration, les scientifiques n'ont pas de preuve définitive, mais très probablement les particules de poussière sont de Phoebe. "Nous n'avons pas de confirmation ferme de cela, mais il est fortement suggérant que cela vient de Phoebe", a déclaré Verbiscer. «Les matériaux réunis correspondent à ce que vous obtiendriez en creusant un cratère d'environ un kilomètre de diamètre sur Phoebe.»
Phoebe a une largeur de 200 km et un cratère lourd, donc un cratère de 1 km n'est pas un cratère trop énorme. "Donc, nous ne pouvons pas regarder un certain cratère sur Phoebe et dire que celui-ci a créé la bague", a expliqué Verbiscer. "Il est probable que cela provienne de plusieurs impacts différents, et l'anneau continue d'être alimenté par les impacts ultérieurs et les micrométéorites frappant Phoebe, lançant du matériau dans cet anneau, mettant la poussière et le matériau de la surface de Phoebe dans une orbite semblable à Phoebe."
Mais il y a encore un peu de mystère au sujet de la couleur de l'hémisphère leader de Japet.
Les deux lunes ont souvent été comparées dans leur composition et dans le proche infrarouge, elles partagent des caractéristiques d'absorption. Dans l'ultraviolet, cependant, les spectres ne correspondent pas aussi bien. "En termes de couleur, sur Iapetus, la couleur sombre semble un peu plus rouge par rapport à Phoebe, donc il y a un petit décalage de couleur", a déclaré Verbiscer. «Il pourrait s'agir des particules lancées du mélange Phoebe avec tout ce qui se trouve sur Iapetus, ce qui pourrait expliquer la différence de couleur. Cela pourrait être quelque chose d'intéressant à explorer, à faire des modèles de mélange spectral pour trouver du matériel primordial d'Iapetus et mélanger avec le matériel de Phoebe pour voir s'ils deviennent rougis d'une manière ou d'une autre. "
L'anneau lui-même est trop faible pour prendre un spectre pour essayer de déterminer quels matériaux composent l'anneau, mais les hypothèses sont que les matériaux proviennent de la surface supérieure de la surface cratérisée de Pheobe, qui pourrait également inclure de la glace. Les gros plans de la lune de Cassini depuis 2004 montrent des cratères brillants, laissant entendre que la glace est proche de la surface.
Spitzer a pu détecter la lueur de la poussière fraîche, qui n'est que d'environ 80 Kelvin (moins 316 degrés Fahrenheit). Les objets frais brillent avec un rayonnement infrarouge ou thermique; par exemple, même une tasse de crème glacée brille de lumière infrarouge. "En se concentrant sur la lueur de la poussière fraîche de l'anneau, Spitzer l'a rendu facile à trouver", a déclaré Verbiscer.
Le document de l'équipe paraît dans le numéro d'aujourd'hui de Nature. Une version en ligne est disponible ici.
Légende de l'image principale: Concept d'artiste du nouvel anneau saturnien. Crédit: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC) Le crédit d'encart (Saturne, Phoebe et Iapetus) est NASA / JPL / SSI. Image courtoisie Anne Verbiscer
Source: Entretien avec Anne Verbiscer
