[Réponse aux élèves] : Comment se sont formés les anneaux de Saturne ?

Bonjour à tou.te.s !

Un nouvel article, malgré 2 jours de silence à cause d'une sciatique un peu trop forte, sur Saturne, la grande coqueluche de l'astronomie !

Saturne en vraie couleurs, d'après des photographies prises par la sonde Voyager 2 en 1981 (crédits : JPL)

La question du jour, posée par un de mes élèves de 6e, porte précisément sur les anneaux de Saturne :

Comment se sont formés les anneaux de Saturne ?

Il faut savoir qu'actuellement deux scénarii s'affrontent quant à l'explication de la formation des anneaux de Saturne, je vais donc essayer de décortiquer les deux avec vous et de vous expliquer pourquoi aucun des deux ne prévaut sur l'autre à l'heure actuelle.

Les prérequis pour cet article sont :
- C'est quoi les forces de marées  ?
- C'est quoi la migration planétaire ?

Je considère donc maintenant que c'est tout bon !

 

Je disais donc en début d'article qu'il y avait deux théories concernant la formation des anneaux de Saturne. Selon la première théorie, des satellites se seraient formés autour de Saturne en même temps qu'elle (par le même processus que celui que je décris plus haut, mais en remplaçant l'étoile centrale par Saturne et la planète par un satellite). A cause des migrations planétaires, les satellites se seraient approchés de Saturne, jusqu'à atteindre sa limite de Roche, et se seraient donc disloqués. La matière ainsi disloquée (celle provenant du manteau du satellite pour être exact) aurait formé les anneaux de Saturne. C'est l'hypothèse qui avait été proposée par Edouard Roche (celui qui a donné son nom à la fameuse limite de Roche) au XIXe siècle. Christiaan Huygens avait quant à lui proposé dès 1654 que ces anneaux se seraient formés par collision d'un satellite de Saturne avec une comète ou un gros astéroïde : là encore le satellite (et l'objet impactant) aurait été détruit et les anneaux seraient le résidu de cette collision. Dans ces deux cas on a l'idée que les anneaux seraient formés à partir de la destruction des satellites initiaux de Saturne, satellites qui se seraient eux formés en même temps que Saturne, c'est-à-dire au début du Système solaire, il y a environ 4,5 milliards d'années.
La deuxième théorie, qui date de 2017, n'est pas en opposition complète avec la première, mais intervient sur ce qui s'est passé entre la création des anneaux et les anneaux que l'on voit actuellement. Pour faire simple, la première théorie explique une création d'anneaux qui n'auraient ensuite pas vraiment "changés" jusqu'à nous aujourd'hui, en 4,5 milliards d'années donc. Cela pose un problème selon certains groupes de chercheurs car, depuis le passage de la sonde Cassini dans les anneaux de Saturne, nous nous sommes rendus compte que les glaces d'eau dans les anneaux sont très pures et claires, ce qui est étonnant si les anneaux sont âgés de 4,5 milliards d'années. Pourquoi est-ce étonnant ? Parce qu'on s'attend à ce que de la "suie" provenant de météorites se dépose sur ces glaces d'eau en 4,5 milliards d'années, et que cette suie diminuerait la pureté et l'éclat de la glace. Le fait que cette glace soit pure et claire indique que la suie météoritique ne s'est pas déposée, ce qui pose un problème avec leur âge supposé.
Alors comment cette deuxième théorie explique la pureté de la glace d'eau ? Tout simplement par des cycles de créations/destructions de petits agrégats de matière dans les anneaux de Saturne. Chronologiquement on aurait ainsi :
1) création de Saturne et de satellites autour d'elle en même temps que la création du Soleil, dans le disque protoplanétaire
2) migration des satellites jusqu'à la limite de Roche de Saturne, et donc destruction des satellites et formation des anneaux
3) agrégation de matières par des petits "planétésimaux" dans les anneaux -> nouveaux "satellites" de Saturne
4) migration puis destruction des ces planétésimaux et retour à l'étape 3
Et ainsi de suite.

Enfin, il est bon de souligner qu'un article est sorti en 2019 et soulignait que l'âge des anneaux de Saturne n'a jamais été "mesuré", mais a plutôt été déduit de tout un tas d'observations. C'est souvent comme cela que ça se passe en astronomie : on ne peut pas "mesurer" puisqu'on est trop loin, on se contente de déduire avec les lois de la physique et de la chimie qu'on connaît et les observations qu'on fait. Là où ça a son importance ici, c'est que selon les observations et les méthodes utilisées, certains trouvent un âge très récent (l'étude de 2017 à l'origine de la seconde théorie), d'autres un âge compatible avec une création en même temps que le système solaire, soit 4,5 milliards d'années (théorie de Roche, étude de 2019). Les anneaux de Saturne, et particulièrement leur formation, sont un sujet d'étude qui est encore très actif actuellement, et les idées, les théories, évoluent très rapidement (on le voit bien ici sur 3 ans).

Je conclurai cet article ainsi : il faut garder à l'esprit que les connaissances produites par la science ne sont jamais "figées". La science cherche à expliquer ce qu'elle observe du mieux possible, mais nous ne sommes jamais à l'abri d'une observation qui remettrait en question les théories couramment admises : c'est l'essence même des sciences, et cela rejoint ce que je disais ici sur le critère de réfutabilité de Popper par exemple.

Et bien sûr, si d'autres questions t'intéressent, je t'invite à retourner sur le Sommaire !

J'espère que cet article vous aura intéressé et que mon élève de 6e est satisfait de ma réponse.

Je vous souhaite un agréable mercredi après-midi, et surtout portez-vous bien !

M. Cudel