Définir un horaire quotidien pour Saturne n’est pas aussi facile que vous le pensez.
Les mesures effectuées à l'aide d'un vaisseau spatial Cassini de la NASA ont montré qu'une planète annelée a un jour plus long que prévu. Les premiers calculs de la durée de la journée sur Saturne ont été effectués il y a plus de 20 ans à l'aide de l'appareil Voyager 2. Pour mesurer plus précisément la vitesse de rotation de Saturne, un groupe de scientifiques a utilisé une approche mathématique basée sur des mesures du champ gravitationnel de la planète.
"Même si une imprécision de 15 minutes peut sembler minime par rapport à environ 10 heures au cours desquelles Saturne tourne autour de son axe, il est important de connaître sa vitesse", a déclaré Ravit Helled, un expert reconnu de l'Université de Tel Aviv en Israël. "Connaître la période de rotation est important pour mieux comprendre la dynamique de l'atmosphère et la structure interne de la planète."
Mystères de l'appel
Lorsque Voyager 2 a visité Saturne en 1981, ses mesures ont montré que la planète faisait un tour en 1 heure et 39 minutes. Mais lorsque Cassini est arrivé pour la première fois à Saturne au début des années 2000, il s’est avéré que la période orbitale était de 10 heures et 47 minutes et que cette valeur changeait à chaque nouvelle mesure.
Les géantes gazeuses telles que Saturne n’ont pas de surface dure, les scientifiques doivent donc rechercher d’autres approches. Voyager et Cassini ont utilisé la méthode de mesure des émissions radio mais, en raison du fait que les lectures changeaient constamment, il a été déclaré intenable.
L'émission radio n'est pas la seule méthode pour mesurer la rotation des planètes gazeuses. Pour les planètes dont le pôle magnétique ne coïncide pas avec l'axe de rotation, les mesures du champ magnétique peuvent aider à déterminer la vitesse de rotation de la planète. Cependant, le champ magnétique de Saturne coïncide avec l'axe de rotation. Cette méthode ne peut donc pas lui être appliquée. La troisième façon est de mesurer la rapidité avec laquelle un nuage dans l'atmosphère de Saturne tourne autour de la planète. Cependant, la vitesse du nuage ne coïncide pas nécessairement avec la vitesse de rotation de la planète, ce qui rend cette méthode controversée.
Helled et son équipe ont décidé d'utiliser une approche plus mathématique pour mesurer la vitesse de rotation de Saturne. L'équipe a calculé la période de rotation en utilisant des coefficients représentant la partie intérieure de la planète, puis a recherché une valeur de période de rotation qui convient à la plupart des calculs.
"Nous ne voulions pas que la période calculée soit pleinement associée à la structure interne, nous avons donc pris en compte de nombreuses possibilités dans leur étendue physique", a déclaré Helled. "Il existe de nombreuses significations de vitesse de conversion, mais nous avons constaté qu'elles avaient toutes la même tendance."
La valeur théorique de la période orbitale était de 10 heures et 33 minutes, ce qui correspond bien aux résultats des mesures précédentes.
Test de théorie
Les nouveaux calculs étaient basés sur le champ magnétique de la planète mesuré avec précision. Lorsque Cassini a survolé Saturne, il a mesuré l’impact de la planète sur un vaisseau spatial, déterminant l’augmentation ou la diminution de la gravité. Bien que les changements de gravité reposent sur des changements dans la structure interne, l’approche mathématique de l’équipe a pris en compte les différences dans la structure interne qui affectent les informations relatives au champ gravitationnel.
"L'avantage de notre méthode est qu'elle prend en compte la structure interne spécifique de Saturne, ne repose pas sur la trajectoire des nuages dépendante du vent et nous permet de prendre en compte un large éventail de valeurs dans les propriétés physiques mesurées de la planète et leurs incertitudes", a déclaré Helled. Pour clarifier les calculs, l'équipe a également utilisé des mesures de la planéité de la planète. L'aplatissement provient du fait que les corps en rotation ne sont presque jamais des sphères idéales; plus ils tournent vite, plus ils s'étirent le long de l'équateur. Helled, cependant, a souligné que les vents affectent également la planéité - de forts vents à l'équateur l'augmentent.
Après des calculs théoriques du taux de circulation de Saturne, l'équipe est passée à Jupiter, dont la vitesse de circulation est bien connue. En utilisant la même approche mathématique, les chercheurs ont obtenu une valeur théorique de la vitesse de circulation qui coïncide avec la valeur réelle. Ce résultat a confirmé leur méthode. Helled appelle les résultats de leurs travaux sur Jupiter "très inspirants".
Une nouvelle détermination précise du taux de circulation de Saturne aidera les scientifiques à déterminer la structure externe et interne de la planète. Il sera utile de connaître la structure du disque protoplanétaire à partir duquel les planètes ont été formées, ainsi que de comprendre le processus de formation des géantes gazeuses. Cela peut aussi aider à étudier la dynamique atmosphérique.
"Cette valeur de la vitesse de Saturne confirme que la structure des vents latitudinaux est plus symétrique et contient à la fois des ouragans est et ouest, tels que nous les voyons sur Jupiter", a déclaré Helled.
