Les satellites bergers des anneaux de Saturne
Les satellites bergers sont de petites lunes dont la gravité confine un anneau étroit ou garde ouverte une lacune, comme des chiens de berger qui maintiennent un troupeau. Autour de Saturne, les plus célèbres sont Prométhée et Pandore, qui encadrent l'étroit anneau F, Pan, qui vide la division d'Encke, et Daphnis, qui entretient la division de Keeler. À plus petite échelle, des lunes minuscules noyées dans l'anneau A créent des perturbations en forme d'hélice, appelées « propellers ».
Sommaire
Le principe du berger
En 1979, Peter Goldreich et Scott Tremaine ont proposé ce mécanisme pour expliquer les anneaux très étroits d'Uranus, qui auraient dû s'étaler rapidement sous l'effet des collisions entre particules. Leur idée : une lune située juste à l'intérieur d'un anneau cède du moment cinétique aux particules et les repousse vers l'extérieur, tandis qu'une lune située juste à l'extérieur leur en retire et les repousse vers l'intérieur. Prises en tenaille, les particules restent confinées dans une bande étroite. Voyager 1 a trouvé l'année suivante, en 1980, deux lunes de part et d'autre de l'anneau F de Saturne.
Une lune située à l'intérieur d'un anneau large fait l'inverse : elle repousse la matière des deux côtés et ouvre une lacune. Dans les deux cas, la lune elle-même s'éloigne lentement de son anneau en échange.
Prométhée et Pandore, gardiens de l'anneau F
| Lune | Distance au centre de Saturne | Taille moyenne | Rôle |
|---|---|---|---|
| Atlas | environ 137 670 km | environ 30 km | juste au-delà du bord de l'anneau A |
| Prométhée | environ 139 380 km | environ 86 km | berger intérieur de l'anneau F |
| Anneau F | environ 140 200 km | 30 à 500 km de large | anneau étroit et tressé |
| Pandore | environ 141 720 km | environ 81 km | berger extérieur de l'anneau F |
Prométhée, la plus massive des deux, est la plus active. À chaque orbite, soit toutes les 14,7 heures environ, elle s'approche de l'anneau F et y arrache des « traînées » de matière, laissant derrière elle des sillons sombres qui se répètent comme les dents d'un peigne. L'effet est maximal quand son orbite elliptique la fait passer au plus près du cœur de l'anneau. Pandore, plus éloignée, a une influence plus discrète. Leur rôle exact dans le confinement de l'anneau F est d'ailleurs débattu : certains modèles suggèrent que la position du cœur de l'anneau est fixée surtout par des résonances avec Prométhée.
L'anneau F lui-même est l'un des objets les plus changeants du système solaire. Cassini y a vu des torsades, des nœuds et des jets de matière produits par de petits corps de quelques kilomètres qui traversent son cœur, ainsi que les effets de collisions récentes.
Pan et Daphnis, les lunes des lacunes
Pan, découverte en 1990 par Mark Showalter dans des images de Voyager, orbite au milieu de la division d'Encke, large d'environ 325 km. En passant près des bords de la lacune, elle y imprime des ondulations régulières et des festons. Cassini l'a photographiée de près en 2017 : sa forme de « ravioli », avec une crête équatoriale très marquée, résulterait de l'accumulation de matière des anneaux sur son équateur.
Daphnis, découverte par Cassini en 2005, ne mesure qu'environ 8 km mais suffit à garder ouverte la division de Keeler, large d'une quarantaine de kilomètres. Son orbite légèrement inclinée et excentrique soulève des vagues sur les bords de la lacune, à la fois dans le plan des anneaux et à la verticale, jusqu'à environ 1,5 km de haut. À l'équinoxe de 2009, le Soleil rasant a révélé ces vagues grâce aux ombres qu'elles projetaient.
Atlas, la soucoupe volante
Atlas orbite juste au-delà du bord externe de l'anneau A. On l'a longtemps considérée comme sa bergère, mais ce bord est en réalité maintenu par une résonance 7:6 avec le couple Janus et Épiméthée. Comme Pan, Atlas porte une large crête équatoriale qui lui donne l'allure d'une soucoupe volante, probablement formée par l'accrétion de particules des anneaux.
Les grandes lunes aussi
Les satellites bergers ne sont pas les seuls à sculpter les anneaux. Mimas, à près de 186 000 km, fixe le bord externe de l'anneau B par une résonance 2:1 et contribue à entretenir la division de Cassini. Janus, Épiméthée, Prométhée, Pandore et d'autres lunes déclenchent par résonance des centaines d'ondes de densité et de flexion dans l'anneau A. Les anneaux et les lunes forment ainsi un système couplé, où l'énergie et le moment cinétique s'échangent en permanence.
Les propellers, des lunes en formation ?
En 2006, l'équipe de Matthew Tiscareno a annoncé la découverte, dans des images de Cassini, de petites structures en forme d'hélice d'avion dans l'anneau A. Chacune trahit une petite lune de 100 m à environ 1 km, trop petite pour ouvrir une lacune complète mais assez massive pour creuser deux sillons décalés de part et d'autre d'elle. Des centaines ont été repérées, et il en existerait des milliers. Les plus grandes, situées au-delà de la division d'Encke, ont reçu des surnoms d'aviateurs célèbres : Blériot, Earhart, Santos-Dumont. Suivi pendant plus de dix ans, Blériot a montré une orbite légèrement fluctuante, signe d'interactions avec l'anneau.
En 2013, une petite condensation au bord de l'anneau A, surnommée « Peggy », a été interprétée comme une lune possiblement en train de se former, voire de s'échapper des anneaux. Ces objets offrent une image miniature de la formation des planètes dans les disques de gaz et de poussière, et nourrissent l'hypothèse selon laquelle certaines petites lunes de Saturne seraient nées des anneaux (voir l'âge et l'origine des anneaux).
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'un satellite berger ?
C'est une petite lune dont la gravité confine un anneau étroit ou maintient une lacune ouverte dans un anneau plus large, en repoussant les particules par échange de moment cinétique.
Quelles lunes gardent l'anneau F ?
Prométhée, à l'intérieur, et Pandore, à l'extérieur. Prométhée est la plus influente : elle arrache des traînées de matière à l'anneau à chaque orbite.
Qu'est-ce qu'un propeller dans les anneaux de Saturne ?
C'est une perturbation en forme d'hélice créée par une petite lune de 100 m à environ 1 km enfouie dans l'anneau A. Cassini en a repéré des centaines à partir de 2006.
Pourquoi Pan et Atlas ont-ils une forme de soucoupe ?
Leur crête équatoriale serait faite de matière des anneaux accumulée sur leur équateur, là où ces lunes croisent le plan très mince des anneaux.
Sources
- P. Goldreich et S. Tremaine, « Towards a theory for the Uranian rings », Nature, 1979
- M. S. Tiscareno et al., « 100-metre-diameter moonlets in Saturn's A ring from observations of 'propeller' structures », Nature, 2006
- C. D. Murray et al., « How Prometheus creates structure in Saturn's F ring », Nature, 2005
- NASA Science, Saturn