Célèbre pour ses magnifiques anneaux, Saturne est à l’opposition, dans des conditions particulièrement favorables à l’observation le 9 juillet 2019. Un prétexte pour nous intéresser à la sixième planète du Système solaire, qui n’a pas d’extraordinaire que ses anneaux.

Vue de Saturne par Cassini : on voit la planète par dessous, avec ses anneaux. Le fond est noir et Saturne est en couleurs marron/sombre, avec l'ombre des anneaux en noir.
Saturne vue par Cassini en 2013, lors du passage de la sonde dans l’ombre de la planète. Crédit : Nasa/JPL/SSI

La plus lointaine planète observable à l’œil nu

Le 9 juillet 2019, Saturne est à l’opposé du Soleil par rapport à la Terre. La sixième planète du Système solaire se trouve alors quasiment au plus près de notre planète. Visible toute la nuit, la géante gazeuse peut ainsi révéler tous ses secrets aux observateurs.

Saturne est la deuxième planète du Système solaire par sa taille – 900 fois la Terre – et par sa masse, 95 fois plus importante que celle de la planète bleue. Principalement composée d’hydrogène et d’hélium, elle fait le tour du Soleil en 29 ans et possède 62 satellites naturels confirmés, dont 53 ont un nom. Parmi eux, sept sont suffisamment massifs pour avoir pu prendre une forme sphérique sous leur propre gravité.

Schéma représentant une partie de la planète Saturne (courbe orange en bas de l'image) et ses principaux satellites, la majorité à l'échelle, en couleurs réelles (orange/marron), alignés sur une ligne horizontale.
Les principaux satellites de Saturne. Crédit : Nasa

Structure de Saturne

La structure interne de Saturne est très similaire à celle de Jupiter. Gazeuse, elle ne possède pas de surface “dure” et s’organise en couches autour d’un noyau solide de fer et de silicates. D’après de récents calculs, la masse de ce noyau vaudrait entre 9 et 22 fois la masse de la Terre !

Le noyau, dont la température atteint les 11 000 °C, est entouré de glaces, d’hydrogène métallique et d’hélium. À mesure que l’on s’éloigne du centre de Saturne, la densité diminue et l’hydrogène solide devient peu à peu liquide, puis gazeux.

Schéma en coupe de Saturne qui permet de voir les différentes couches qui la composent.
Structure interne de Saturne. Crédit : CC BY-SA 3.0

Tout comme Jupiter ou Neptune, Saturne possède un climat très agité. Alors que la Grande tache rouge – cyclone géant sur Jupiter – génère des vents pouvant atteindre 700 km/h, Saturne possède à son pôle sud un ouragan encore plus apocalyptique. Similaire aux cyclones terrestres car il possède également un œil, ses rafales peuvent atteindre… les 1 800 km/h !

Au pôle nord de la planète, se trouve un autre motif nuageux bien singulier : l’hexagone de Saturne. En rotation permanente, il met dix heures pour effectuer un tour complet sur lui-même et ses côtés sont plus longs que le diamètre de la planète bleue. Ce motif a été découvert par les sondes du programme Voyager au début des années 1980.

Animation vidéo en noir et blanc où l'on voit la rotation de l'hexagone de Saturne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
L’hexagone de Saturne. Crédit : Nasa

Les sondes Voyager 1 et 2 ont été les deuxième et troisième à survoler Saturne en 1980 et 1981, après Pioneer 11 en 1979. Ces trois survols ont notamment permis d’étudier plus en détails les fameux anneaux de la planète, jusqu’alors observés depuis la Terre.

Les anneaux de Saturne

À la différence de ceux des autres géantes gazeuses, les anneaux de Saturne, les plus importants du Système solaire, sont extrêmement brillants et observables depuis la Terre avec de simples jumelles. Galilée les a même aperçus dès 1610 avec sa lunette astronomique.

Uniques en leur genre, ils sont composés à plus de 90 % de glace d’eau. La quatrième et plus récente mission saturnienne, Cassini-Huygens, a montré qu’ils devaient avoir entre 10 et 100 millions d’années. Un jeune âge comparé à la naissance des planètes du Système solaire il y a environ 4,4 milliards d’années.

Les anneaux sont numérotés dans l’ordre chronologique de leur découverte : A, B, C, D, E, F et G pour les principaux. Ils s’étendent entre 66 000 km (rayon interne anneau D) et 480 000 km (rayon externe anneau E) au-delà de la surface de Saturne.

Animation qui montre les anneaux de Saturne et les nomme un par un.
Les anneaux de Saturne. Crédit : NASA/JPL/SSI

L’anneau E, le plus externe des anneaux principaux, est le plus large et épais d’entre tous : 300 000 km de largeur et 10 000 km d’épaisseur. Les anneaux A, B et C eux, impressionnent par leur finesse, entre 5 et 40 mètres d’épaisseur seulement !

Photo de Saturne par Cassini où l'on voit les anneaux qui ne forment qu'une simple ligne vus par la tranche. Titan est également sur l'image, au même niveau que les anneaux.
Les anneaux par la tranche et leur ombre sur Saturne. Crédit : Esa

Selon les deux théories en vigueur sur le sujet, les anneaux de Saturne seraient soit issus de la pulvérisation d’une ancienne lune, soit correspondraient à un résidu du disque d’accrétion à partir duquel la planète s’est formée. Par ailleurs, d’après les résultats obtenus par Cassini, dans 300 millions d’années ils devraient avoir disparu.

L’extraordinaire mission Cassini-Huygens

Plusieurs sondes interplanétaires ont survolé Saturne depuis les années 1970 (premier survol : Pioneer 10 en 1973). Mais Cassini-Huygens a été la première à effectuer une mise en orbite autour de Saturne et donc une étude fouillée pendant une période longue. Cette mission capitale à très gros budget et en coopération Etats-Unis/Europe a été lancée en 1997. Mise en orbite autour de la planète en 2004, la sonde Cassini a envoyé vers la Terre des images d’une finesse incroyable, tant de la planète elle-même que de ses anneaux et de certains de ses satellites.

Photo en gros plan des anneaux de Saturne par la sonde Cassini.
Gros plan sur les anneaux, avec les satellites Dioné (1 123 km de diamètre) et Épiméthée (à peine visible ici car il ne fait que 113 km). Photo prise à 413 000 km de Saturne par la sonde Cassini et publiée en 2016.
Photo : NASA

En 2005, l’orbiteur Cassini a largué le module européen Huygens qui a réalisé un exploit historique : atterrir sur la surface de Titan. Pendant sa descente et après son atterrissage, Huygens a transmis de précieuses informations vers la Terre concernant ce satellite.

Schéma de l'atterrissage du module Huygens sur la surface de Titan en 2005.
L’atterrissage du module européen Huygens sur Titan en 2005 : un moment historique.
Dessin : NASA

Voici une vidéo de la première plongée de Cassini entre Saturne et ses anneaux le 26 avril 2017 :

Crédit : Nasa/JPL-Caltech/SSI/Hampton University

Le 15 septembre 2017, la sonde Cassini à court de carburant après 13 ans de mission a été volontairement désintégrée dans l’atmosphère de Saturne. En effet, l’objectif était d’éviter qu’elle ne s’écrase sur une des deux lunes Titan et Encelade. Ces deux satellites seraient en effet susceptibles d’héberger des formes de vie. Risquer de polluer leur surface avec des micro-organismes terriens aurait compromis cette potentielle découverte.

Vue d'artiste de la sonde Cassini s'écrasant à la surface de Saturne
La destruction de Cassini dans l’atmosphère de Saturne (vue d’artiste).
Crédit : NASA/JPL

Les données de la mission Cassini-Huygens sont toujours en cours d’analyse et les scientifiques publient continuellement de nouvelles études, notamment sur les lunes saturniennes.

Titan, le plus grand satellite de Saturne

Titan est la plus grande lune de Saturne, plus volumineuse encore que Mercure et Pluton, la deuxième plus imposante du Système solaire après Ganymède – en orbite autour de Jupiter. Il gravite autour de Saturne au-delà des anneaux.

Composé de roche et d’eau gelée, Titan est le seul satellite connu à posséder une atmosphère dense et des paysages pouvant rappeler ceux de la Terre avec des collines, des lacs et des rivières d’hydrocarbures.

Vue en proche infrarouge de Titan par Cassini : le Soleil se reflète en orangé dans les mers près du pôle nord de Titan (en couleur bleu vert).
Vue de Titan en proche infrarouge par Cassini : le Soleil se reflète dans les mers près du pôle nord. Crédit : Nasa/JPL-Caltech/Arizona Univ./Idaho Univ.

Le climat de Titan est caractérisé par des vents et de la pluie de méthane, ce qui contribue à la formation du relief à la surface du satellite. Comme la Terre, Titan possède des saisons.

Aucun autre astre du Système solaire, hors la Terre et Titan, n’abrite d’étendues liquides stables à sa surface. Sur la lune saturnienne, les lacs se composent principalement de méthane et d’hydrocarbures complexes. Ils peuvent mesurer de quelques millimètres à une centaine de mètres de profondeur.

Photo de Cassini d'un lac d'hydrocarbures à la surface de Titan. Le lac est noir autour de "terres" en couleur jaune.
Lac d’hydrocarbures appelé “mer de Ligie” à la surface de Titan, vu par Cassini. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

Titan serait très similaire à la Terre dans ses premières années d’existence, mais à une température plus basse. Ainsi, le satellite pourrait héberger une potentielle forme de vie. 

Encelade : un océan souterrain et des geysers

Encelade tourne autour de Saturne au sein de l’anneau le plus externe et le plus ténu de tous, l’anneau E. La lune est recouverte d’une couche aux reflets bleutés caractéristique de la neige d’eau fraîche et épaisse d’une centaine de mètres.

La surface d’Encelade. Crédit : Nasa

À la surface d’Encelade, des jets de matière semblables à des geysers illustrent l’activité intense et continuelle du satellite. Ces jets alimentés par une source de chaleur souterraine se composent de vapeur d’eau, de sels, d’hydrogène moléculaire et même de molécules organiques complexes identifiées par Cassini…

Les geysers indiquent également la présence d’un océan d’eau liquide souterrain, dissimulé sous une épaisse couche de glace.

Photo en noir et blanc de la surface d'Encelade, trois geysers gris visibles à l'horizon.
Les geysers d’Encelade. Crédit : Nasa/JPL/SSI

Eau, chaleur et molécules organiques, trois ingrédients nécessaires à la vie, seraient donc présents sur Encelade… Mais aucune mission d’exploration n’a encore été consacrée exclusivement à l’étude de la lune saturnienne.

Futures missions d’exploration

Sur les huit missions d’exploration étudiées par la Nasa ces dix dernières années – aucune des autres agences spatiales – une seule concernait directement Saturne. Nommée Sprite, elle a toutefois été abandonnée en 2017. De par leurs caractéristiques étonnantes, Titan et Encelade volent donc ainsi largement la vedette à Saturne.

Actuellement à l’étude, la mission Dragonfly a pour objectif d’étudier la chimie prébiotique et l’habitabilité de Titan. Elle comprendrait un robot autonome, qui grâce à la présence d’une atmosphère, serait capable de voler à l’aide de pales, un peu comme un hélicoptère. De multiples vols de courte durée de ce drone permettraient alors d’étudier la basse atmosphère et la surface de Titan. La sélection finale de cette mission est prévue d’ici fin 2019.

Vue d'artiste de la mission Dragonfly sur laquelle on voit un concept de robot volant autonome à six hélices horizontales, trois de chaque côté d'une structure en parallélépipède.
Vue d’artiste de la mission Dragonfly. Crédit : Nasa

Enfin, les caractéristiques d’Encelade susceptibles d’être favorables à la vie ont attiré l’attention du milliardaire russe Iouri Milner. Sa fondation a notamment signé fin 2018 un accord avec la Nasa visant à définir les meilleures technologies permettant d’identifier d’éventuelles signatures biologiques au-dessus du satellite. Objectif : concevoir une mission à bas coût, qui financée par des fonds privés, serait mise en œuvre beaucoup plus rapidement qu’une mission classique.

Envie d’observer Saturne ? Lisez nos articles Observer Saturne la magnifique planète aux anneaux.