Janus et Épiméthée, deux lunes qui permutent tous les quatre ans

Mis à jour le 19 octobre 2026 · 5 min de lecture

Janus et Épiméthée sont deux petites lunes de Saturne qui partagent pratiquement la même orbite, à environ 151 400 km du centre de la planète. Leurs orbites ne diffèrent que d'une cinquantaine de kilomètres et, tous les quatre ans, lorsque la lune intérieure rattrape l'extérieure, leur attraction mutuelle les fait permuter : la première remonte vers l'orbite haute, la seconde descend vers l'orbite basse, sans que les deux corps s'approchent jamais dangereusement.

Un ballet coorbital sans équivalent

Bien des objets du Système solaire partagent l'orbite d'un corps plus massif, comme les lunes troyennes de Téthys et de Dioné, placées 60° devant ou derrière leur hôte. Le cas de Janus et d'Épiméthée est différent : les deux lunes ont des tailles comparables et aucune n'est le satellite de l'autre. C'est le seul couple de lunes coorbitales connu à échanger ainsi ses orbites.

Le mécanisme découle de la mécanique céleste la plus classique. La lune située sur l'orbite légèrement plus basse se déplace un peu plus vite ; elle gagne donc peu à peu du terrain sur l'autre et la rattrape environ une fois tous les quatre ans. À mesure qu'elle approche par l'arrière, la gravité de la lune de tête la tire vers l'arrière. Sur Terre, une telle force ralentirait un objet ; en orbite, l'effet est contre-intuitif : la lune intérieure gagne de l'énergie orbitale et s'élève vers l'orbite extérieure, où elle circule plus lentement. Simultanément, la lune extérieure est tirée vers l'avant, perd de l'énergie et plonge vers l'orbite intérieure, plus rapide. L'écart se creuse de nouveau, et le cycle recommence.

Dans un repère qui tourne avec le couple, chaque lune décrit une trajectoire en forme de fer à cheval. Elles ne se croisent jamais : leur distance minimale avoisine 10 000 km, bien plus que leurs propres dimensions.

Qui bouge le plus ?

Janus étant plusieurs fois plus massif, son orbite ne varie que d'environ 20 km lors d'un échange, contre quelque 80 km pour Épiméthée. Les permutations ont eu lieu en janvier 2006, 2010, 2014, 2018 et 2022, puis de nouveau début 2026 ; la suivante est attendue vers 2030. La sonde Cassini en a observé plusieurs durant sa mission, de 2004 à 2017.

Une découverte embrouillée

Les deux lunes ont été repérées lors du passage de la Terre dans le plan des anneaux, en 1966 : vus par la tranche, les anneaux brillaient moins et laissaient apparaître des objets faibles proches de la planète. Le 15 décembre 1966, l'astronome français Audouin Dollfus, à l'observatoire du Pic du Midi, annonça une nouvelle lune qu'il baptisa Janus. Trois jours plus tard, Richard Walker signalait un objet sur une orbite voisine.

Pendant plus de dix ans, impossible de faire coïncider toutes les observations avec une seule orbite. En 1978, Stephen Larson et John Fountain montrèrent que les données s'expliquaient au mieux par deux lunes distinctes sur des orbites quasi identiques. Voyager 1 le confirma en 1980, et la seconde lune reçut le nom d'Épiméthée. Rétrospectivement, la confusion se comprend : depuis la Terre, deux points faibles partageant la même orbite ressemblent à un seul corps qui refuserait d'être à l'heure.

Dans la mythologie, Janus est le dieu romain à deux visages des portes et des commencements, que la tradition associe au règne de Saturne dans le Latium (voir l'âge d'or). Épiméthée est le Titan frère de Prométhée, dont le nom a été donné à une lune bergère voisine.

À quoi ressemblent-elles ?

Les images de Cassini montrent deux corps irréguliers et très cratérisés. Janus est plutôt arrondi, tandis qu'Épiméthée présente quelques facettes planes, peut-être héritées de grands impacts. Toutes deux sont recouvertes d'un matériau fin qui adoucit le relief des cratères.

Leur densité, autour de 0,6 g/cm³, est bien inférieure à celle de la glace d'eau compacte (environ 0,92 g/cm³). Leur intérieur est donc probablement très poreux : des amas de blocs de glace tenus surtout par leur faible gravité. Une hypothèse répandue veut qu'elles soient les deux morceaux d'un seul corps brisé par une collision, mais les indices restent indirects.

Leur influence sur les anneaux

Janus et Épiméthée gravitent juste au-delà des anneaux principaux, à environ 15 000 km du bord externe de l'anneau A et au-delà de l'étroit anneau F. Leur gravité façonne la structure des anneaux de manière mesurable. Le bord externe de l'anneau A est fixé par une résonance 7:6 avec le couple : les particules y bouclent sept orbites pendant que les lunes en effectuent six. Comme les orbites changent à chaque permutation, la position de la résonance se déplace légèrement, et Cassini a observé le bord de l'anneau A réagir à ce cycle de quatre ans. Ce rôle avait longtemps été attribué à Atlas, qui orbite juste au-delà du bord.

Le couple possède aussi son propre anneau ténu de poussières, découvert sur des images de Cassini en 2006. Il est probablement alimenté par les grains arrachés à leur surface par des impacts de micrométéorites, un processus observé également autour des petites lunes situées entre Mimas et Encelade.

Sources

• NASA Science : les lunes de Saturne
• NASA : mission Cassini
• Dermott, S. F. et Murray, C. D., « The dynamics of tadpole and horseshoe orbits », Icarus 48 (1981)
• Thomas, P. C., « Sizes, shapes, and derived properties of the saturnian satellites after the Cassini nominal mission », Icarus 208 (2010)
• El Moutamid, M. et al., « How Janus' orbital swap affects the edge of Saturn's A ring », Icarus 279 (2016)