Saturne & Cassini Le bouquet final Corinne Bérat 15/09/2017

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1 Saturne & Cassini Le bouquet final Corinne Bérat 15/09/2017
L'odyssée saturnienne de la sonde Cassini se termine en apothéose, avec une plongée entre la planète et les anneaux, en attendant le crash final. final Corinne Bérat 15/09/2017

2 Ressources webliographiques
Promenade sur les anneaux de Saturne, par André Brahic Crédits photos : NASA/JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE INSTITUTE / PLANETARY SCIENCE INSTITUTE NASA/JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

3 le seigneur des anneaux
Saturne ♄ le seigneur des anneaux

4 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38
Astre errant Découverte dans l’antiquité, ou pendant la préhistoire ? Trace chez les babyloniens Anneaux découverts en 1609 et interprétés un demi siècle plus tard Sondes spatiales (avant Cassini) Pioneer 11 à la fin d'août et au début de septembre 1979, Voyager 1 en novembre 1980 Voyager 2 en août 1981. Avant de quitter définitivement le système solaire, la sonde Voyager 1 se retourna une dernière fois vers Saturne le 16 novembre 1980 à 5.3 millions de kilomètres de distance pour nous la présenter sous cet angle inhabituel. 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

5 Planète du système solaire
6ème par ordre de distance au Soleil Demi grand axe : 9,54 UA soit 1433 millions de km Entre 1353 (périhélie) et (aphélie) millions de km du soleil, excentricité de 0,0555 Distance maximale de la Terre : 1658 millions de km 92 minutes lumière Distance minimale de la Terre: 1195 millions de km 66 minutes lumière Période de révolution : 29 ans 5 mois 13 j 12 h 28 min 15 s 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Carte d’identité Géante gazeuse 2ème après Jupiter par sa taille et sa masse (95 fois celle de la Terre) Densité :  elle flotte sur l’eau ! Rayon (équatorial) : 60 268 km, 9,45 fois plus grand que RT Période de rotation : 10,66h Différentes mesures de cette période ! Comme Jupiter, Saturne tourne très vite fort aplatissement aux pôles : R_équatorial = 1,11 R_ polaire ne énorme boule de gaz comprimé sous son propre poids, et que ce que nous en voyons est constitué de nuages composés d'éléments mineurs qui se condensent aux faibles températures existant à la périphérie de cet astre. Diamètre = 2*pi*R=378675km V x t = km 10,66 h km/h V x t =40068 km 24h km/h Composition de la nébuleuse proto-solaire à l'instar de Jupiter, H et He 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Composition interne Mal connue probablement similaire à celle de Jupiter mélange de roche et de métal fondu, T > °C , D ≈ km Couche hydrogène métallique liquide, H sous forme atomique océan de métal liquide champ magnétique puissant Couche d’hydrogène liquide T ≈ °C, provient d’une condensation progressive de H2 Source d'énergie interne émet plus d'énergie (sous forme de rayonnement) qu'elle n'en absorbe en provenance du Soleil La structure de Saturne se divise en 4 parties : un noyau de roche ou de glace de km de rayon (il est 2.5 fois plus grand que la Terre !); un noyau externe composé d'hydrogène métallique d'abord solide puis liquide d'un rayon de km; un manteau liquide composé d'hydrogène moléculaire et d'hélium dans un rapport He/H de 6 % qui s'étend sur km et enfin une zone de transition jusqu'à l'atmosphère nuageuse qui s'étend sur 1300 km d'altitude (contre moins de 30 km sur Terre). Cette couche nuageuse troposphérique est divisée en 3 couches. une énorme sphère fluide, mi-gazeuse, mi-liquide, comprimée sous son propre poids et tournant très vite sur elle-même ; une composition dominée par l'hydrogène et l'hélium ; une épaisse atmosphère opaque présentant une structure en bandes légèrement colorées ; la présence, en son centre, d'un petit noyau solide ; l'existence d'une source interne d'énergie qui lui permet de rayonner 3 fois plus d'énergie qu'elle n'en reçoit du Soleil. 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

8 Atmosphère saturnienne
La dernière couche = atmosphère Hydrogène : près de 96,3 % , Hélium : environ 3,2 % traces de méthane (0,2 %), d'éthane (0,1 %), de vapeur d'eau (0,2 %), d'ammoniac, et d'autres gaz sous forme de traces (acétylène, phosphine). Tempêtes d'ampleur planétaire Structure en bandes (moins contrasté que sur Jupiter) des vents violents jusqu’à 1800 km/h, des tourbillons et des cyclones Car les nuages d’ammoniac sont plus denses que sur Jupiter 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Les anneaux de Saturne Découverte des anneaux dès 1609 par Galilée : interprétés en tant qu'anneaux par C. Huygens 1676 : découverte de la plus large séparation par J-D Cassini 1785 : Laplace : un anneau solide serait instable et détruit par les effets de marée de la planète => les anneaux constitués d'une série de minces anneaux solides concentriques 1850 : découverte d’un 3ème anneau, ténu, par G.P. Bond Saturne est entouré d'un anneau brillant situé dans le plan équatorial de la planète ; au cours des vingt-huit ans que dure une révolution de Saturne autour du Soleil, ces anneaux sont vus alternativement par la tranche, puis de manière plus ouverte, d'où leur aspect changeant à travers les lunettes imparfaites de l'époque "Saturne est entourée d'un anneau mince n'adhérant à l'astre en aucun point, et incliné sur l'écliptique". G.P. Bond Il prend la première photographie d'une étoile en 1850 (Véga) et d'une étoile double, Mizar en Il suggère que la photographie peut être utilisée pour mesurer la magnitude apparente d'une étoile. Jean-Dominique Cassini, le premier directeur de l'observatoire de Paris alors nouvellement créé, découvrait une division (qui porte maintenant son nom), démontrant ainsi que les anneaux n'étaient pas homogènes, et il suggérait qu'ils étaient formés d'une multitude de petits satellites. De nombreux astronomes des XVIIe et XVIIIe siècles croyaient cependant que les anneaux étaient solides, et il fallut attendre 1785 pour que Pierre Simon de Laplace démontre qu'un anneau solide serait instable et détruit par les effets de marée de la planète. Laplace suggérait alors que les anneaux étaient en fait constitués d'une série de minces anneaux solides concentriques. A B C 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Les anneaux de Saturne Mais qu’est-ce donc ? : Roche, Maxwell, Poincaré : ni rubans solides, ni films liquides seul, un anneau constitué de particules isolées, pouvait être stable forcément de très minces nuages de poussière et de micro-blocs de glace km de diamètre, Épaisseur de quelques mètres Hétérogènes à bords nets En 1857, James Clerk Maxwell démontrait théoriquement que les anneaux étaient constitués de « particules » solides indépendantes en rotation différentielle autour de la planète. En 1898, James Edward Keeler obtenait un spectre de Saturne et de ses anneaux et montrait, en mesurant la vitesse radiale des anneaux grâce à l'effet Doppler-Fizeau, que ces anneaux tournaient bien autour de Saturne de manière différentielle comme devaient le faire une multitude de petits satellites indépendants obéissant aux lois de Kepler, les particules les plus proches de Saturne tournant en moins de 8 heures (soit plus vite que la planète sur elle-même) et les plus éloignées en plus de 12 heures. L'étude théorique de Maxwell était ainsi confirmée. 1977 anneau d’Uranus 1979 anneau Jupiter 1984 anneau de Neptune Epaisseur de 2m à 3km Images prises par voyager 2, 17/08/1981 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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D, C, B, A, F, G et E ! Anneau E Existence supposée par des astronomes depuis le sol en 1967 confirmé par la sonde Pionner en 1979 Anneau F Découvert en 1979 par la sonde américaine Pioneer 11, il ne fait que 100 km de large environ.  Anneau D Confirmé par Voyager Anneau G Les anneaux de Saturne ont moins d'un kilomètre d'épaisseur et peuvent localement, être beaucoup plus minces. Les anneaux d'Uranus ne font que quelques dizaines de mètres d'épaisseur. Son épaisseur est de l’ordre de 1 km mais peut localement se réduire à quelques dizaines de mètres. Ils contiennent des milliards de morceaux de glace d’eau, et chaque grand anneau est composé de nombreux petits anneaux étroits. Les anneaux principaux sont séparés par des divisions composées de matière sombres. Les principales divisions sont créées par des effets de résonance avec des satellites plus lointains. Anneau E débute à 181 000 km du centre de Saturne et s'étend jusqu'à 483 000 km, depuis l'orbite de Mimas jusqu'à celle de Titan. Sa largeur varie considérablement ; elle est la plus petite au niveau de l'orbite d'Encelade et s'élargit progressivement après celle-ci, jusqu'à avoir 60 000 km d'épaisseur. À la différence des autres anneaux de Saturne, l'anneau E est constitué de particules microscopiques plutôt que macroscopiques. Anneau F Le F, qui se situe à km de Saturne, est l'un des plus minces. Découvert en 1979 par la sonde américaine Pioneer 11, il ne fait que 100 km de large environ.  L’anneau G 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Les anneaux de Saturne Le plus grand des anneaux Découvert en 2009, par un télescope spatial Incliné de 27° par rapport aux autres Orbite de Phoebé 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

13 Les satellites de Saturne
Nombre exact pas clairement défini Avant l’ère spatiale, 10 satellites connus Titan (découvert en 1655), Japet (1671), Rhéa (1672), Téthys (1684), Dioné (1684), Mimas (1789), Encelade (1789), Hypérion (1848), Phœbé (1899), Janus (1966), confirmé seulement en 1980 Titan, Mimas et Rhea, pris par Cassini, à une distance d'environ 2 millions de kilomètres de Titan. Titan, le plus grand, semble flou car on ne voit que ses couches de nuages. 7 satellites sont assez grands pour que la gravité leur ait donné une forme sphérique : Mimas, Encelade, Téthys, Dioné, Rhéa, Titan et Japet. 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

14 Les satellites de Saturne
Nombre exact pas clairement défini Avant l’ère spatiale, 10 satellites connus Titan (découvert en 1655), Japet (1671), Rhéa (1672), Téthys (1684), Dioné (1684), Mimas (1789), Encelade (1789), Hypérion (1848), Phœbé (1899), Janus (1966), confirmé seulement en 1980 Saturne avec ses satellites Mimas, Encelade et Téthys Photo prise par Cassini. 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

15 Les satellites de Saturne
Nombre exact pas clairement défini 8 autres corps, découverts par les sondes Voyager Atlas, Prométhée, Pandore, Épiméthée, Hélène, Télesto et Calypso dès 1980, Pan seulement en 1990. 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

16 Les satellites de Saturne
Découvertes les plus récentes 12 autres satellites, en orbite à une grande distance de Saturne, par une mission d'observation en 2000 7 en 2004, par la sonde Cassini satellites extérieurs découverts par des équipes d’astronomes Polydeuces (3km), découvert par Cassini 62 satellites sont officiellement reconnus X 64 repertoriés ! 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Le système saturnien 53 lunes nommées officiellement 34 sur l’illustration ci dessous Tous les satellites pour lesquels la période de rotation est connue, à l'exception de Phœbé et d'Hypérion, sont synchrones. Les orbites des trois paires Mimas-Téthys, Encélade-Dioné et Titan-Hypérion sont en résonance : Mimas et Téthys sont en résonance 1:2 (la période de révolution de Mimas est exactement la moitié de celle de Téthys) ; Encélade et Dioné sont également en résonance 1:2 ; Titan et Hypérion sont en résonance 3:4. Phoebé, le plus lointain, tourne dans un autre sens que le sens des autres Sans doute capturé Epimetheus, Janus : sur même orbite. Ont au départ été confondu. Mais eclipse de Janus par Mimas Dione +ses 2 compagnons : satellites troyens 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Satellites et anneaux Atlas, Pan, Pandore liés à la présence de division 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

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Gros plan sur les anneaux satellites Dione (1 123 km de diamètre) et Epiméthée (à peine visible ici car il ne fait que 113 km). Photo prise à km de Saturne par la sonde Cassini et publiée en 2016. 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38

20 Observation de la planète Saturne
Visible à l’œil nu depuis la Terre. Planète externe => pas de phases comme sur Vénus ou Mercure. Diamètre apparent compris entre  14,5" et 20,1’’ Depuis la Terre, seul Titan, son plus gros satellite (le 2e plus gros après Ganymède) est visible sous la forme d’un petit point brillant. Visibilité des anneaux Geometric albedo La magnitude apparente de -0,241 à -1,47. magnitude absolue : -8,88. L'albédo géométrique est de 0,499 Droits réservés - © 1880 Camille Flammarion Droits réservés - © 2000 NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) 15/09/2017 Saturne et la sonde Cassini Corinne Bérat, ALBEDO38