Daphnis, la lune qui soulève des vagues dans la division de Keeler
Daphnis est une minuscule lune de Saturne, d'environ 8 km de diamètre, qui orbite dans la division de Keeler, un sillon large de 42 km près du bord externe de l'anneau A. Découverte par Cassini en 2005, elle est célèbre pour les vagues qu'elle soulève dans la matière des anneaux de part et d'autre de la division : son orbite étant légèrement inclinée et légèrement excentrique, elle attire les particules vers le haut et vers le bas autant que vers l'intérieur et l'extérieur, et crée des ondulations qui culminent à environ 1,5 km.
Sommaire
Une découverte dans un sillon étroit
La division de Keeler était connue depuis les images des sondes Voyager : un étroit couloir dans la partie externe de l'anneau A, baptisé en l'honneur de l'astronome américain James Keeler, qui étudia les anneaux de Saturne dans les années 1890. Ses bords nets et ondulés laissaient soupçonner la présence d'une lune, à la manière de Pan qui dégage la division d'Encke un peu plus à l'intérieur. Arrivée autour de Saturne en 2004, Cassini se mit à la chercher au moyen de poses longues.
La lune apparut sur une série d'images prises le 1er mai 2005 et fut annoncée quelques jours plus tard. Désignée provisoirement S/2005 S 1, elle reçut ensuite le nom de Daphnis, un berger des légendes pastorales grecques. Comme pour Pan, le nom évoque son rôle de berger des anneaux. Daphnis est la première lune découverte par Cassini à l'intérieur des anneaux principaux.
Comment une si petite lune soulève de si hautes vagues
La division de Keeler ne mesure qu'environ 42 km de large et Daphnis environ 8 km : la lune occupe une part non négligeable de son couloir. Son orbite n'est ni parfaitement circulaire, ni exactement dans le plan des anneaux. Au fil de chaque révolution, sa distance aux particules des deux bords varie, tout comme sa hauteur au-dessus ou au-dessous du plan des anneaux.
Lorsque Daphnis passe près des particules, sa gravité les déplace. La composante radiale dessine des bords ondulés, festonnés, dans le plan de l'anneau, comme autour de Pan mais avec des variations plus marquées selon la position de la lune sur son orbite. La composante verticale soulève les particules hors du plan et crée des vagues verticales. Or l'anneau n'a en général qu'une dizaine de mètres d'épaisseur : des murailles de matière d'environ 1,5 km le surplombent donc de très haut. Ces structures deviennent visibles quand le Soleil est rasant au-dessus des anneaux et qu'elles projettent de longues ombres.
C'est précisément ce qui s'est produit autour de l'équinoxe de 2009, quand la lumière solaire frappait les anneaux par la tranche. Les images de Cassini prises cette année-là montraient les ombres des vagues de Daphnis étirées sur l'anneau A, ce qui permit d'en mesurer la hauteur. Des reliefs verticaux comparables ont été observés au bord d'autres divisions et autour des « hélices » décrites à la page sur les satellites bergers.
Un regard rapproché en 2017
Le 16 janvier 2017, pendant les orbites rasant les anneaux, Cassini a photographié Daphnis à environ 17 000 km, sa meilleure vue de la lune. On y voit un petit corps doté d'une crête étroite autour de l'équateur et d'une bande de matériau plus lisse, rappelant les crêtes de Pan et d'Atlas, en moins prononcé. Les clichés détaillent aussi les vagues sur les bords de la division, ainsi qu'un mince filament de matière traînant dans la division elle-même, probablement des particules arrachées aux bords par la lune.
La densité de Daphnis est mal connue mais semble très faible, ce qui s'accorde avec un corps poreux fait de particules glacées. Sa masse a été estimée d'après l'amplitude des vagues qu'elle provoque : les anneaux servent alors de balance naturelle.
Pourquoi Daphnis intéresse les chercheurs
Daphnis offre un laboratoire naturel pour la physique des interactions entre lunes et anneaux. Les vagues qu'elle soulève permettent de tester les modèles décrivant comment les particules se heurtent, s'agglomèrent et se dispersent après une perturbation. Comme ces vagues évoluent au fil de l'orbite, leur forme enregistre aussi la position et la masse exactes de Daphnis. Ces travaux nourrissent des questions plus larges sur l'évolution des anneaux, notamment le maintien des divisions et les gains ou pertes de matière, abordés dans les pages sur les divisions des anneaux et l'âge des anneaux.
Questions fréquentes
Quelle est la taille de Daphnis ?
Daphnis mesure environ 8,6 × 8,2 × 6,4 km, soit un diamètre moyen d'à peu près 8 km. C'est l'une des plus petites lunes nommées de Saturne.
Quelles vagues Daphnis provoque-t-elle ?
Sur son orbite légèrement inclinée et excentrique, Daphnis attire les particules vers l'intérieur et l'extérieur, mais aussi vers le haut et le bas. Il en résulte des bords ondulés le long de la division de Keeler et des vagues verticales hautes d'environ 1,5 km.
Quand Daphnis a-t-elle été découverte ?
Daphnis a été découverte sur des images de Cassini prises le 1er mai 2005. C'est la première lune trouvée par Cassini à l'intérieur des anneaux principaux.
Qu'est-ce que la division de Keeler ?
C'est un couloir d'environ 42 km de large situé à quelque 250 km du bord externe de l'anneau A. Elle porte le nom de l'astronome James Keeler et reste ouverte grâce à Daphnis.
Sources
- NASA Science : les lunes de Saturne
- NASA : mission Cassini
- Weiss, J. W., Porco, C. C. et Tiscareno, M. S., « Ring edge waves and the masses of nearby satellites », Astronomical Journal 138 (2009)
- Buratti, B. J. et al., « Close Cassini flybys of Saturn's ring moons Pan, Daphnis, Atlas, Pandora, and Epimetheus », Science 364 (2019)