Hubble découvre que les anneaux de Saturne réchauffent son atmosphère

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Le secret a été caché à la vue de tous pendant 40 ans. Mais il a fallu les compétences d’un astronome chevronné pour intégrer toutes les informations en moins d’un an, en utilisant les observations de Saturne du télescope spatial Hubble de la NASA et du vaisseau spatial Cassini, désormais à la retraite, ainsi que des Voyager 1 et 2 et de l’International Ultraviolet Explorer. mission, également à la retraite.

La découverte : Le vaste système d’anneaux de Saturne réchauffe la haute atmosphère de la planète géante. Ce phénomène n’avait jamais été observé auparavant dans le système solaire. C’est une interaction inattendue entre Saturne et ses anneaux qui pourrait potentiellement fournir un outil pour prédire si les planètes en orbite autour d’autres étoiles ont également de glorieux systèmes d’anneaux de type Saturne.

La preuve éloquente est un excès de rayonnement ultraviolet, considéré comme une raie spectrale d’hydrogène chaud dans l’atmosphère de Saturne. L’augmentation du rayonnement signifie que quelque chose pollue et réchauffe la haute atmosphère de l’extérieur.

L’explication la plus plausible est que les particules de glace des anneaux qui pleuvent sur l’atmosphère de Saturne provoquent ce réchauffement. Cela pourrait être dû à l’impact de micrométéorites, au bombardement de particules du vent solaire, au rayonnement ultraviolet solaire ou à des forces électromagnétiques captant de la poussière chargée électriquement. Tout cela se passe sous l’influence du champ gravitationnel de Saturne, qui attire les particules vers la planète. Lorsque la sonde Cassini de la NASA a plongé dans l’atmosphère de Saturne à la fin de sa mission en 2017, elle a mesuré les constituants atmosphériques et confirmé que de nombreuses particules tombent des anneaux.

« Si la lente désintégration des anneaux est bien connue, leur influence sur l’hydrogène atomique de la planète est une surprise. Depuis la sonde Cassini, nous connaissions déjà l’influence des anneaux. Cependant, nous ne savions rien de la teneur en hydrogène atomique”, a déclaré Lotfi Ben-Jaffel, de l’Institut d’astrophysique de Paris et du Laboratoire lunaire et planétaire de l’Université d’Arizona, qui est l’auteur d’un article qui a été publié. le 30 mars dans la revue scientifique Planetary Science Journal.

“Tout est alimenté par des particules annulaires qui tombent en cascade dans l’atmosphère à des latitudes spécifiques. Ces particules modifient la haute atmosphère, changeant sa composition”, a déclaré Ben-Jaffel. “Et puis nous avons aussi les processus de collision avec les gaz atmosphériques, qui réchauffent probablement l’atmosphère à une altitude spécifique.”

La conclusion de Ben-Jaffel a nécessité l’intégration des observations de lumière ultraviolette (UV) des archives de quatre missions spatiales qui ont étudié Saturne. Cela inclut les observations des deux sondes Voyager de la NASA qui ont survolé Saturne dans les années 1980 et mesuré l’excès d’émission UV. À l’époque, les astronomes ont rejeté les mesures comme du bruit dans les détecteurs. La mission Cassini, arrivée sur Saturne en 2004, a également collecté des données UV dans l’atmosphère (sur plusieurs années). Des données supplémentaires sont venues de Hubble et de l’International Ultraviolet Explorer, qui a été lancé en 1978 dans le cadre d’une collaboration internationale entre la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et le UK Science and Engineering Research Council United.

Mais la question qui restait en l’air était de savoir si toutes les données pouvaient être illusoires ou si, au contraire, elles reflétaient un phénomène réel sur Saturne.

La clé du puzzle est venue de la décision de Ben-Jaffel d’utiliser les mesures du spectrographe imageur du télescope spatial Hubble (STIS). Ses observations précises de Saturne ont été utilisées pour calibrer les données UV d’archives des quatre autres missions spatiales qui ont observé Saturne. Ben-Jaffel a comparé les observations UV de Saturne obtenues par STIS avec la distribution de la lumière de différentes missions et instruments spatiaux.

« Lorsque tout a été calibré, nous avons clairement vu que les spectres sont cohérents dans toutes les missions. Cela a été possible parce que nous avons la même ligne de base, obtenue avec Hubble, concernant le taux de transfert d’énergie de l’atmosphère qui a été mesuré pendant des décennies », a déclaré Ben-Jaffel. « Pour moi, c’était vraiment une surprise. J’ai simplement tracé ensemble les différentes données de distribution de la lumière sur un graphique, puis j’ai réalisé… wow, c’est la même chose.

Quatre décennies de données UV couvrent différents cycles solaires et aident les astronomes à étudier les effets saisonniers du Soleil sur Saturne. En rassemblant toutes les différentes données et en les calibrant, Ben-Jaffel a découvert qu’il n’y avait pas de différences dans le niveau de rayonnement UV. “A tout moment, dans n’importe quelle position sur la planète, nous pouvons suivre le niveau de rayonnement UV”, a-t-il déclaré. Cela suggère que la “pluie de glace” constante des anneaux de Saturne serait la meilleure explication.

« Nous n’en sommes qu’au début de cet effet dans la caractérisation des anneaux de la haute atmosphère d’une planète. Plus tard, nous voulons avoir une approche globale qui produise un vrai signal sur les atmosphères des mondes lointains. L’un des objectifs de cette étude est de voir comment nous pouvons l’appliquer à des planètes en orbite autour d’autres étoiles. On pourrait appeler ça la recherche des ‘anneaux exo’ ».

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore mène les opérations scientifiques de Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités pour la recherche en astronomie, à Washington DC