Astronomes, mathématiciens et physiciens vont alors essayer de connaître leur nature et leur origine. En 1859, James Clerk Maxwell fait voler en éclats la théorie proposée par Laplace en 1787. Les anneaux de Saturne ne peuvent pas être solides, les lois de la physique l’interdisent. Maxwell, plutôt connu pour avoir prédit l’existence des ondes électromagnétiques qu’il identifia avec les ondes lumineuses, en déduit qu’il s’agit probablement d’un ensemble de petits corps orbitant autour de Saturne.
Des siècles de recherches sur la nature des anneaux de Saturne
Sofia Kovalevskaya une mathématicienne russe, née en 1850 et décédée en 1891, qui s’est illustrée par des travaux sur les équations aux dérivées partielles, a complété le travail de Maxwell en prouvant que les anneaux de Saturne ne pouvaient pas non plus être liquides. L’astronome états-unien James Edward Keeler confirma finalement l’hypothèse de Maxwell en 1895.
On sait depuis des décennies, notamment grâce aux sondes Voyager, que ces anneaux sont principalement composés de particules comportant de 90 % à 95 % de glace d’eau, la taille de ces particules allant du grain de poussière à une boule de neige de dix mètres de diamètre. Aujourd’hui, si l’on en croit l’astrophysicien Lotfi Ben-Jaffel de l’Institut d’astrophysique de Paris et du Lunar & Planetary Laboratory de l’université d’Arizona, auteur principal d’un article publié dans le Planetary Science Journal avec ses collègues, on découvre que des pluies de glace issues de ces anneaux chauffent l’atmosphère de Saturne !
Pour arriver à cette conclusion étonnante, Ben-Jaffel et ses collègues se sont appuyés sur des données archivées provenant d’observations dans le domaine de l’ultraviolet issues de quatre missions spatiales qui ont étudié Saturne. Il y a d’abord la mission des sondes Voyager qui ont survolé Saturne dans les années 1980 et qui ont mesuré un excès d’émission dans l’ultraviolet que les planétologues de l’époque ne comprenaient pas et qu’ils avaient fini par attribuer à du bruit dans les détecteurs des sondes, comme l’explique un communiqué de la Nasa. Autres archives explorées, celles de la mission Cassini et celles de l’International Ultraviolet Explorer (IUE), qui a été lancé en 1978. L’IUE était censé ne fonctionner que trois ans mais au final il a fait des observations pendant 18 ans, fournissant un grand nombre de découvertes relatives à la composition chimique des étoiles, des galaxies, des quasars et des corps célestes du Système solaire.
Mais rien n’aurait vraiment été possible sans une consolidation de ces données archivées et de leur possible interprétation fournie par les instruments de Hubble opérant, eux aussi, dans l’ultraviolet. Les spectres des émissions d’ultraviolets en excès étaient finalement tous concordant et les mesures permettaient de suivre ces émissions sur une quarantaine d’années et à travers plusieurs cycles solaires et plusieurs saisons sur Saturne.
Des pluies de glace qui trahissent des anneaux autour d’exoplanètes ?
Dans le communiqué de la Nasa, Lotfi Ben-Jaffel explique finalement que « nous ne sommes qu’au début de la caractérisation de cet effet des anneaux sur la haute atmosphère d’une planète. Nous voulons à terme avoir une approche globale qui donnerait une véritable signature sur les atmosphères de mondes lointains. L’un des objectifs de cette étude est de déterminer comment nous pouvons l’appliquer aux exoplanètes en orbite autour d’autres étoiles. Appelez cela la recherche d’exo-anneaux ».
Dans le cas présent, l’excès de rayonnement ultraviolet par rapport aux prédictions des planétologues indiquait que quelque chose contaminait et chauffait la haute atmosphère de l’extérieur.
Il s’agirait donc en l’occurrence de particules de glace quittant les anneaux de Saturne en raison de collisions entre ces particules et des micrométéorites, au bombardement des particules du vent solaire, au rayonnement ultraviolet solaire ou à des forces électromagnétiques agissant sur la poussière glacée chargée électriquement. Une fois éjectées des anneaux, les particules chuteraient alors simplement vers Saturne sous l’effet de la gravitation, produisant donc un processus d’accrétion convertissant l’énergie potentielle traditionnelle en chaleur lorsque les particules des anneaux entrent en collision avec les couches hautes de l’atmosphère de Saturne.
