gov-civil-vilareal.ptExpliquer les lunes raviolis de Saturne
>Les lunes de Saturne sont bizarres.
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Je veux dire, vraiment bizarre. Lorsque le vaisseau spatial Cassini s'est présenté à Saturne en 2004 et a commencé à faire des survols de certaines des lunes intérieures, les images qu'il a envoyées sur Terre étaient si bizarres que j'ai dû les regarder un instant pour même comprendre la forme que je voyais.
C'est parce que certains d'entre eux ressemblent, eh bien... à des raviolis. Oui, vraiment.
Les lunes de Saturne Atlas (à gauche) et Pan (à droite), qui ont toutes deux de grands bords aplatis autour d'elles, les faisant ressembler à des raviolis. Crédit: NASA/JPL-Caltech/Institut des sciences spatiales
Cette image montre les petites lunes (environ 35 kilomètres de large) Atlas et Pan. Je veux dire, allez . Rien que de les regarder me donne faim.
Qu'est-ce qui pourrait les amener à avoir ces jantes larges?
La première pensée avait à voir avec l'emplacement . Les deux lunes orbitent autour de Saturne dans ou très près du système d'anneaux. Le large anneau extérieur de Saturne s'appelle l'anneau A, et il comporte un espace appelé Encke Gap, qui mesure environ 325 km de large. Pan orbite à l'intérieur de cet espace, et Atlas juste à l'extérieur du bord extérieur pointu de l'anneau A. Si la gravité des lunes pouvait attirer les particules de l'anneau de glace vers elles, elles pourraient s'accumuler le long de l'équateur des lunes et, dans la faible gravité des lunes, former ces structures bizarres.
Si tel était le cas, cependant, les lunes devraient former des formes ellipsoïdales (comme un ballon de rugby) en raison des marées de la gravité de Saturne. Ils ne le font pas, donc quelque chose d'autre doit se passer.
Animation montrant l'approche de Cassini à Atlas. Les points ne sont pas des étoiles, mais des particules subatomiques entrant en collision avec les détecteurs de Cassini. Crédit: NASA/JPL-Caltech/Institut des sciences spatiales
Une équipe de scientifiques planétaires a proposé une autre idée qui pourrait expliquer ces formes : Collisions à faible vitesse.
Dans ce scénario , les lunes se développent grâce à la collision et au collage de petites particules , mais le processus change avec le temps, à mesure que des objets plus gros se forment. Premièrement, une lune de taille décente se forme dans les anneaux extérieurs et, en raison des interactions avec les anneaux, s'éloigne de Saturne. Une deuxième lune plus petite se forme alors à l'endroit où la première s'est formée, et elle aussi se déplace. Ce processus se poursuit, chaque lune grandissant au fur et à mesure qu'elle se déplace à travers et en dehors des anneaux, et vous vous retrouvez avec une série de lunes qui grossissent à mesure qu'elles s'éloignent de Saturne; ce processus de croissance est appelé le régime pyramidal .
Mais que se passe-t-il après ? Le nouveau travail examine les collisions à faible vitesse entre ces lunes, pour voir quelles formes elles prennent. En utilisant des modèles informatiques sophistiqués du comportement d'objets comme ceux-ci lorsqu'ils entrent en collision, ils ont découvert une chose étonnante : lorsqu'ils ont pris en compte la masse des objets, leur texture (ils ont tendance à être poreux plutôt que solides) et les marées de la gravité, ils ont été capable de reproduire assez bien les formes de Pan et Atlas.
Les collisions doivent être frontales, ou presque, et se produire à des vitesses de quelques dizaines de mètres par seconde (environ jusqu'à deux fois plus vite que les vitesses sur autoroute). Lorsque cela se produit, les deux entrent en collision, fusionnent et éclaboussent un peu comme des boules de neige fondante, formant une crête autour d'eux à mesure que le matériau est écrasé (comme la partie de crème glacée d'un sandwich à la crème glacée si la crème glacée est trop chaude, et ces aliments les analogies me tuent)
Animations à partir de modèles informatiques montrant comment certaines des lunes de Saturne se sont formées à partir de collisions à faible vitesse. Crédit : Adrien Leleu, Martin Jutzi et Martin Rubin de l'Université de Berne.
Après la formation de la lune avec une crête, les débris de l'impact qui ont été projetés dans l'espace autour d'elle peuvent se réaccumuler, formant les bords plus larges de type ravioli. Il force également possible, une partie de ce matériau provient également des anneaux, comme la première idée avancée.
Les lunes raviolis et spaetzle de Saturne Atlas, Pan et Prométhée (rangée du haut) et modèles de leurs formes basés sur les collisions (en bas). Crédit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Université de Berne
Cette méthode explique même la forme très étrange de la lune Prométhée, qui est allongée et possède des pointes pointues à ses extrémités. Si la collision n'était pas précisément frontale, mais décalée de quelques degrés, l'impact décentré provoque l'allongement de l'objet résultant, et les marées de Saturne l'étirent davantage, créant la forme tordue et pointue. Leurs modèles correspondent étrangement à la forme réelle de la lune.
Les collisions frontales seraient une conséquence naturelle du processus pyramidal, puisque les lunes se forment initialement dans le plan des anneaux, qui est très étroitement resserré. Donc cette partie fonctionne aussi.
Image de Cassini de la lune Japet en forme de noix (à gauche), et un modèle de celle-ci basé sur des collisions entre des lunes plus petites, reproduisant l'étrange et énorme crête équatoriale. Crédit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Université de Berne
Bien qu'ils trouvent que cette méthode fonctionne pour les lunes intérieures, elle pourrait également fonctionner pour certaines grandes lunes extérieures. J'ai récemment écrit sur Japet, une lune extérieure de Saturne de 1 500 km de large et dotée d'une énorme crête qui fait tout le tour de son équateur. Dans cet article, j'ai écrit sur des recherches qui ont montré comment un anneau de matériau autour de la lune après une collision aurait pu s'accumuler à la surface, s'entasser pour former la chaîne de montagnes continue.
Mais ce nouveau travail suggère que la crête s'est formée après une collision à faible vitesse entre deux lunes ayant chacune la moitié de la masse de Japet. C'est possible, mais une collision frontale est moins probable aussi loin que les orbites de Japet (à plus de 3 millions de km de la planète) et à une inclinaison orbitale significative de 15° par rapport à l'équateur de Saturne. Peut-être que Japet s'est formé comme ils l'avaient prédit et que quelque chose s'est produit pour le placer sur une orbite très inclinée. Ce n'est pas clair.
Les leçons de ce conte sont nombreuses. La première est qu'il est possible d'expliquer les formes étranges des lunes intérieures de Saturne, et peut-être d'autres aussi, mais les détails exacts peuvent être difficiles à cerner. Une autre est que les théories concurrentes sont bonnes, car parfois certaines d'entre elles sont correctes et peuvent être combinées.
Un troisième est que, même maintenant, des années après que Cassini ait terminé sa mission et plongé dans l'atmosphère de Saturne, nous ne comprenons toujours pas vraiment ce qui se passe avec la flotte de lunes étranges et étranges du monde aux anneaux. Cela peut prendre un certain temps avant que tout cela s'assemble, et peut-être que d'ici là, nous aurons une autre mission à Saturne qui pourra nier ou soutenir ces idées.
Saturne est un endroit magnifique et étrange. Je pense qu'il y aura toujours des questions à ce sujet sans réponse.
