Les anneaux de Saturne sont-ils aussi jeunes que les dinosaures ?

Un débat fait rage sur l'âge des anneaux. Sa résolution pourrait fournir le meilleur indice sur l’origine mystérieuse des anneaux.


La sonde Cassini

La sonde Cassini a péri littéralement dans une explosion de gloire le 15 septembre 2017, lorsqu'elle a mis fin à ses 13 années d'études sur Saturne en se plongeant intentionnellement dans l'atmosphère tourbillonnante de la géante gazeuse . L’accident survient après quelques mois d’études furieuses au cours desquelles Cassini interprète la Grande Finale, une danse sensationnelle qui défie la mort et qui voit le vaisseau spatial plonger 22 fois entre la planète et ses anneaux.
Comme le font souvent les nouvelles perspectives, celle-ci a révélé une surprise. Auparavant, les scientifiques planétaires avaient supposé que les anneaux de Saturne étaient aussi vieux que le système solaire lui-même - environ 4,5 milliards d'années. Mais des indices cosmiques cachés au fond des anneaux ont amené certains scientifiques de Cassini à réviser en masse cette hypothèse. Les anneaux ne sont pas aussi vieux que le système solaire, ont-ils soutenu dans un article publié cet été dans la revue Science . Ils sont apparus il y a à peine 100 millions d'années, à l'époque où les dinosaures parcouraient la Terre.
Une explosion de la couverture médiatique reliant les anneaux à l'âge des dinosaures a permis de consolider rapidement les nouvelles découvertes aux yeux du public.

Une hypothèse controversée

Aurélien Crida , scientifique planétaire à l'Observatoire de la Côte d'Azur, était incrédule devant cette déclaration définitive. «J'étais un peu énervé par la façon dont les choses ont été évaluées, que les bagues sont jeunes et que c'est fini», a-t-il déclaré.
Lui et d'autres sceptiques ont fait remarquer que l'argument posait de nombreux problèmes, allant de la physique de la pollution en anneau aux origines des anneaux eux-mêmes. "Les anneaux ont l' air jeunes, mais cela ne veut pas dire qu'ils sont vraiment jeunes", a déclaré Ryuki Hyodo , spécialiste en sciences planétaires à l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale. "Il y a encore des processus que nous n'envisageons pas."
En réponse à cette hypothèse, Crida a co-rédigé un commentaire pour Nature Astronomy , publié en septembre, qui présentait une litanie d’incertitudes. L'âge des dinosaures dans les anneaux est une affirmation qui attire le regard, dit Crida, mais elle contourne une réalité inconfortable: trop d'incertitudes existent pour permettre une estimation précise de l'âge des anneaux. Malgré les exploits de Cassini, "nous n’avons pas beaucoup d’avance sur ce qu’il était il y a 40 ans", lorsque les sondes Voyager ont examiné pour la première fois Saturne, a déclaré Luke Dones , spécialiste en sciences planétaires au Southwest Research Institute de Boulder. Colorado.
Les partisans du plus jeune âge restent fidèles à leur travail. «Chaque nouveau résultat excitant est mis au défi», a déclaré Burkhard Militzer , scientifique en sciences planétaires à l'Université de Californie à Berkeley et coauteur du document Science . "C'est la façon naturelle de procéder."
Le débat ne se limite pas à la question étroite de l'âge des anneaux. L'âge des anneaux de Saturne influera sur la façon dont nous comprendrons nombre des lunes de Saturne, y compris le monde potentiellement porteur de vie, Enceladus, avec son océan gelé. Et cela nous incitera également à répondre à la question ultime concernant les anneaux de Saturne, une question sur laquelle les humains se posent des questions depuis que Galilée les a émerveillés pour la première fois il y a plus de 400 ans: D'où venaient-ils?

Âge d'une échelle

Nous connaissons l’âge de la Terre car nous pouvons utiliser la désintégration de la matière radioactive dans les roches pour déterminer leur âge. Les géologues planétaires ont fait de même pour les roches de la Lune et de Mars.
Les anneaux de Saturne, composés principalement de fragments de glace avec des traces de matière rocheuse, ne se prêtent pas à ce type d'analyse, a déclaré Matthew Hedman , scientifique en sciences planétaires à l'université de l'Idaho. Cela signifie que les estimations d'âge doivent être basées sur des preuves circonstancielles.
Cette preuve provient en partie de la poussière. Imaginez que les anneaux de glace ressemblent à un champ de neige: Après un départ impeccable, la suie lointaine la pollue progressivement. Pour estimer l'âge de la neige, les scientifiques doivent mesurer le taux de chute de la suie, ainsi que la quantité totale de suie déjà présente.
Cassini a fait la première partie avec son analyseur de poussière cosmique, qui a révélé que les anneaux de Saturne sont régulièrement pollués par des matériaux plus sombres - un mélange de poussières rocheuses et de composés organiques. La plupart de ces matériaux sont acheminés par des micrométéorides de la ceinture de Kuiper, une source lointaine d'objets glacés au-delà de l'orbite de Neptune. L’engin spatial a également révélé que la matière en suie représentait actuellement environ 1% des anneaux glacés de Saturne.
Pour découvrir la masse totale de suie cosmique dans les anneaux, les chercheurs ont ensuite dû peser les anneaux eux-mêmes. Heureusement, la grande finale de Cassini a créé une telle opportunité. Lorsque l'engin spatial a traversé les anneaux, il a mesuré avec précision l'attraction gravitationnelle nette en chaque point. Étant donné que les champs de gravité dépendent de la masse d'un objet, cet exploit a permis aux scientifiques de peser directement l'ensemble du système d'anneau.
Avec cette information - la quantité de suie et son taux de chute - les scientifiques ont estimé qu'il aurait fallu entre 10 millions et 100 millions d'années pour que ce champ de neige enneigé se trouve souillé. Les résultats ont été généralement bien reçus. «Aujourd'hui, la plupart des membres de la communauté sont convaincus que les anneaux ont été formés récemment», a déclaré Luciano Iess , expert en ingénierie aérospatiale à l'Université Sapienza de Rome et auteur principal de l'étude Science .
Pourtant, l'argument de la pollution n'est pas étanche. Dones souligne que l'équipe Cassini qui analyse la pollution entrante n'a pas encore défini de taux précis. Diverses valeurs sont apparues dans plusieurs présentations de conférences, mais un chiffre final n'a pas encore été publié. Dans le document de Science , les chercheurs ont choisi l’une de ces valeurs et proposé un âge de bague jeune. Mais cette ambiguïté «a provoqué beaucoup de consternation», a déclaré Paul Estrada , spécialiste en sciences planétaires au centre de recherche Ames de la NASA, membre de l'équipe Cassini qui analyse la pollution.
Le taux de pollution peut également avoir changé relativement récemment. "Il se pourrait que le taux de bombardement soit exceptionnellement élevé pour le moment", a déclaré Crida, même si nous ne pouvons pas dire ce qui provoquerait un tel pic. En théorie, une future mission sur Saturne pourrait extraire un noyau rocheux d'une vieille lune, qui préserve le flux de pollution au fil du temps, a déclaré Tracy Becker , scientifique en sciences planétaires au Southwest Research Institute de San Antonio, au Texas. Mais une telle mission serait dans les décennies à venir.
Nous ne comprenons pas non plus parfaitement la physique derrière le noircissement de l'anneau. Les micrométéoroïdes de la ceinture de Kuiper s'insinuent dans les morceaux de glace des anneaux à une vitesse telle que les impacts ressemblent à de petites explosions, ce qui suggère que peu de micrométéoroïdes adhèrent. Cela a conduit à un facteur de confusion dans la littérature: il est estimé que 10% de la matière micrométéoroïdale adhère à la glace et la pollue.
Dones a déclaré que le laboratoire d'accélérateurs de poussières de l'Université du Colorado, à Boulder, pourrait reproduire ce processus d'impact et nous donner une meilleure idée de la résistance des polluants. Mais pour l'instant, nous sommes dans le noir.
Le commentaire de Crida a également suggéré qu'un épurateur planétaire incognito pourrait éliminer la pollution pour donner aux anneaux une apparence trompeuse de jeunesse. Depuis l'époque du Voyager, nous savons que la matière des anneaux pleut sur la surface de Saturne. Mais nous ne savons pas de quoi est fait ce matériau. Cassini a mesuré la pluie à l'aide de deux instruments distincts. Les deux ont trouvé qu'il contient étonnamment peu de glace - aussi peu que 24 pour cent. "C'est très déroutant, étant donné que les anneaux contiennent plus de 95% d'eau", a déclaré James O'Donoghue , scientifique en sciences planétaires à la Japanese Aerospace Exploration Agency. La «pluie» élimine de préférence la saleté, mais personne ne sait pourquoi.
"Il y a quelque chose qui nettoie les anneaux", a déclaré Crida. "Nous ne savons pas ce que c'est, mais c'est maintenant un fait observé, ce n'est pas juste une conjecture."
Crida a déclaré que peut-être la glace éjectée par les impacts de micrométéoroïdes a tendance à se rattacher aux anneaux, tandis que les polluants éjectés pleuvent. Becker suppose que la pollution est de préférence éjectée par les impacts, que la glace se recolle de cette manière ou non. Et Hyodo se demande si les geysers situés sur le pôle sud d’Enceladus ajoutent plus d’eau, diluant ainsi la pollution des anneaux. Mais personne ne le sait avec certitude.
Mais tout le monde ne croit pas qu'il y a beaucoup de nettoyage en cours. «Il est facile de souiller les objets», a déclaré Militzer. "Le nettoyage est difficile."

D'où ils sont venus

Et si, dit Crida, l'argument de la pollution est correct Que se passe-t-il si les anneaux ont toujours été exposés à un flux constant de poussière cosmique et que les anneaux ont au plus 100 millions d’années Ensuite, il faudrait expliquer comment les anneaux se sont formés si récemment, ce qui est une perspective délicate.
Premièrement, nous n'avons aucune idée de ce qui a créé les anneaux. Il est donc difficile de leur attribuer une histoire d'origine à tout moment. Les anneaux peuvent être le vestige d'une comète déchirée par les marées gravitationnelles de Saturne, ou le produit d'une collision entre une comète et une lune glacée, ou le résultat de quelque chose qui a perturbé l'orbite de plusieurs lunes, les faisant se briser. .
Une mission de retour d'échantillons dans les boucles glacées de Saturne pourrait trouver les restes des corps originaux qui ont été annihilés et utilisés pour forger les bagues, a déclaré Militzer. Mais aucune telle mission n'est à venir.
Deuxièmement, les premiers milliards d'années du système solaire étaient un pandémonium , avec des objets protoplanétaires en collision constante. Ces jours-ci, dit Crida, les choses sont beaucoup plus réglées, de sorte que la probabilité d'une collision catastrophique menant aux anneaux de Saturne est bien moindre. S'ils se formaient dans un cataclysme récent, a déclaré Militzer, un tel événement changerait radicalement notre perspective: cela impliquerait que notre voisinage planétaire ne soit pas encore complètement dépassé par le chaos qui régnait à l'époque primitive.
Linda Spilker , scientifique du projet Cassini au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, a déclaré que des indices pourraient résider dans les lunes de Saturne, leur développement étant quelque peu lié à celui des anneaux. Mais leurs propres histoires sont également semées d’incertitudes, des origines à l’époque.
Un modèle de 2016 , utilisant les positions actuelles des lunes pour remonter le temps, suggère que le système actuel d'anneaux et de lunes internes aurait pu être créé lorsqu'une paire de lunes de taille moyenne s'est brisée l'une contre l'autre il y a environ 100 millions d'années.
Mais la capacité d’une telle collision à former les anneaux que nous voyons maintenant, a dit Dones, est une controverse active; une étude très controversée de 2017 , par exemple, suggère qu'il n'y aurait pas assez de matériel pour fabriquer les anneaux d'aujourd'hui. "Cela ne fonctionne tout simplement pas", a déclaré Crida, ajoutant que la seule façon dont cet impact à deux lunes aurait pu créer toutes ces lunes et ces anneaux est par le biais de la "magie".
"La question de savoir si les anneaux sont vieux ou jeunes aura un jour une réponse définitive", a déclaré Becker. Mais pour le moment, il existe suffisamment de preuves de part et d’autre que «il reste encore beaucoup à discuter avant de pouvoir dire quoi que ce soit de manière concluante».
Bien que le passé ne soit pas clair, l’avenir semble plus certain. Les anneaux peuvent sembler permanents, mais le contraire est vrai. Des observations effectuées au télescope au sommet du volcan Mauna Kea, à Hawaii, ont révélé la présence de torrents de matière s'écoulant des anneaux . Lorsque les scientifiques ajoutent cela au matériel détecté par Cassini, ils estiment que les anneaux disparaîtront complètement dans 100 millions d'années .
Il semble que le temps presse pour les anneaux de Saturne, un «symbole de l'astronomie», a déclaré Crida, universellement admirée pour sa beauté époustouflante. Comme beaucoup, il considère comme une chance que l'humanité et les anneaux coexistent, ce qui nous donne de nombreuses occasions de débattre des secrets qu'ils détiennent.

Date de création : 2019-12-02
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