Pan, la petite lune en forme de ravioli
Pan est une petite lune de Saturne d'environ 28 km de diamètre qui circule à l'intérieur de la division d'Encke, un sillon large de 325 km creusé dans la partie externe de l'anneau A. C'est la plus intérieure des lunes de Saturne dotées d'un nom officiel. Les images rapprochées prises par Cassini en 2017 ont révélé sa silhouette étonnante : un noyau arrondi ceinturé d'une crête équatoriale fine et saillante, qui fait penser à un ravioli, à un chausson ou à une noix.
Sommaire
Une lune trahie par ses empreintes
Pan fait partie des rares lunes prédites avant d'avoir été vues. Les images des sondes Voyager, au début des années 1980, montraient des bords ondulés, festonnés, le long de la division d'Encke. Au milieu des années 1980, Jeffrey Cuzzi et Jeffrey Scargle avancèrent que ces motifs étaient le sillage d'une petite lune circulant dans la division, et estimèrent sa position. Mark Showalter s'appuya sur ces prédictions pour fouiller les archives de Voyager 2 et, en 1990, retrouva la lune sur des clichés pris neuf ans plus tôt, en 1981.
Son nom est celui du dieu grec des bergers et des troupeaux, un choix bien trouvé pour une lune qui « garde » les particules des anneaux. Pan est l'exemple type de ce que les astronomes appellent un satellite berger.
Comment Pan maintient la division d'Encke
La division d'Encke se situe à environ 133 600 km du centre de Saturne, quelque 3 000 km en deçà du bord externe de l'anneau A. C'est la plus large lacune à l'intérieur de l'anneau A lui-même (la division de Cassini, bien plus vaste, sépare les anneaux A et B) ; elle est présentée avec les autres divisions des anneaux.
Chaque fois que des particules passent près de Pan, elles reçoivent une petite impulsion gravitationnelle. Répétées au fil des passages, ces impulsions les écartent de l'orbite de la lune et dégagent un couloir. Les particules situées juste à l'intérieur de l'orbite de Pan, plus rapides, la doublent ; celles situées juste à l'extérieur, plus lentes, se font doubler. Dans les deux cas, la rencontre imprime une ondulation à leur trajectoire, et ces ondulations dessinent les sillages visibles sur les deux bords de la division, en aval de la lune.
La division n'est pas totalement vide. Cassini y a repéré plusieurs annelets étroits et tortueux, dont l'un partage l'orbite de Pan. Ces annelets poussiéreux évoluent dans le temps et présentent des grumeaux et des coudes, en partie façonnés par la gravité de Pan.
Un ravioli en orbite
Le 7 mars 2017, lors des orbites rasant les anneaux qui précédèrent le Grand Finale, Cassini est passée à environ 25 000 km de Pan, sa plus courte distance jamais atteinte. Les images montrent un corps central d'environ 34 × 31 × 21 km, entouré d'une crête qui suit l'équateur.
Des vues plus lointaines de 2005 et 2007 laissaient déjà deviner un profil pointu à l'équateur, mais les images de 2017 ont rendu la structure évidente. La crête est lisse, presque sans relief, contrairement au corps central plus accidenté. L'explication privilégiée est que Pan a lentement capté de fines particules des anneaux. Comme son orbite se trouve presque exactement dans le plan des anneaux, la matière tombe surtout sur son équateur et s'y accumule en bourrelet. Des simulations publiées en 2017 et 2018 montrent qu'une telle accrétion peut produire des crêtes semblables à celles de Pan et d'Atlas.
Avec une densité d'environ 0,4 g/cm³ seulement, Pan doit être très poreux, peut-être un simple agrégat lâche de particules glacées. Sa gravité minuscule et sa position au cœur de la zone où les marées de Saturne sont intenses laissent penser que la matière de certaines parties de la crête est à peine retenue par la lune.
Pan et les autres lunes des anneaux
Pan appartient à une famille de petites lunes peu denses qui vivent dans les anneaux ou à leur lisière : Daphnis dans l'étroite division de Keeler, Atlas juste au-delà de l'anneau A, Prométhée et Pandore de part et d'autre de l'anneau F. Plusieurs d'entre elles arborent une crête équatoriale ou une surface lisse, signe qu'elles continuent d'accumuler de la matière des anneaux. Leur étude éclaire les échanges entre particules et petites lunes, et peut-être la manière dont ces lunes sont nées des anneaux eux-mêmes, une question liée au débat sur l'âge des anneaux.
Questions fréquentes
Pourquoi Pan ressemble-t-elle à un ravioli ?
Pan possède une fine crête équatoriale formée de matière fine accumulée à partir des anneaux. Comme elle orbite dans le plan des anneaux, les particules se déposent surtout sur son équateur et forment un rebord autour d'un noyau plus rond.
Quelle est la taille de Pan ?
Pan mesure environ 34 × 31 × 21 km, soit un diamètre moyen d'environ 28 km. Sa gravité est extrêmement faible.
Où se trouve Pan ?
Pan circule dans la division d'Encke, dans la partie externe de l'anneau A, à environ 133 600 km du centre de Saturne. Elle boucle son orbite en 13,8 heures environ.
Qui a découvert Pan ?
Mark Showalter l'a découverte en 1990 en examinant des images de Voyager 2 datant de 1981, guidé par des prédictions fondées sur les bords ondulés de la division d'Encke.
Sources
- NASA Science : les lunes de Saturne
- NASA : mission Cassini
- Showalter, M. R., « Visual detection of 1981S13, Saturn's eighteenth satellite, and its role in the Encke gap », Nature 351 (1991)
- Buratti, B. J. et al., « Close Cassini flybys of Saturn's ring moons Pan, Daphnis, Atlas, Pandora, and Epimetheus », Science 364 (2019)