Astronomie

Quelle est la matière organique des anneaux de Saturne ?

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L'article de phys.org Surprenante complexité chimique des anneaux de Saturne modifiant la haute atmosphère de la planète à propos de la complexité chimique des anneaux de Saturne, cite un membre de l'INMS (Thomas Cravens) :

Ce que l'article décrit, c'est l'environnement dans l'espace entre l'anneau interne et la haute atmosphère, et certaines des choses trouvées étaient attendues, comme de l'eau », a déclaré Cravens. « Ce qui a été une surprise, c'est que le spectromètre de masse a vu du méthane - personne s'attendait à ça. De plus, il a vu du dioxyde de carbone, ce qui était inattendu. On pensait que les anneaux étaient entièrement en eau. Mais les anneaux les plus internes sont assez contaminés, il s'avère, avec biologique matériel pris dans la glace. (les italiques et les caractères gras sont de moi).

Quelle est la nature de ce biologique Matériel?

S'agit-il simplement de quelques molécules à base de carbone comme le méthane, le propane et le butane, ou peut-être seul méthane, ou est-ce un cocktail de produits chimiques beaucoup plus intéressant que cela ?

Il est également lié aux interactions chimiques entre l'atmosphère de Saturne et ses anneaux publiés dans Science, mais l'article est payant.


C'est en effet un cocktail de produits chimiques beaucoup plus intéressant.

Avant de plonger dans Saturne, Cassini a collecté des données inestimables sur la composition de son atmosphère et le fonctionnement du système d'anneaux complexe.

Cassini a connu de « fortes pluies annulaires » dans l'anneau D le plus interne de Saturne, qui s'avère être des grains de poussière. La sonde a essayé d'utiliser le spectromètre de masse ionique et neutre (INMS) pour analyser le contenu chimique de cette pluie, même s'il était conçu pour analyser les gaz, mais la pluie a frappé Cassini à une vitesse si énorme que l'INMS s'est instantanément vaporisé. Il a pu collecter des données sur sa composition, notamment hydrogène moléculaire, eau, butane et propane et traces de méthane, d'ammoniac, de monoxyde de carbone, d'azote et de dioxyde de carbone. Une deuxième étude a été réalisée lorsque Cassini a utilisé l'analyseur de poussière cosmique (CDA) et a inspecté 2 700 grains de poussière et a constaté que, alors que la plupart du matériel (environ 95 pour cent) était de la glace d'eau, il y avait aussi des traces de silicates.

Le matériau qui s'écoulait de l'averse de l'anneau était énorme. Cassini a mesuré 22 000 livres (10 000 kg) de matière par seconde tombant des anneaux. La majeure partie de la suspension chimique est purgée de l'anneau D et à son tour l'anneau C reconstitue en quelque sorte l'anneau D (qui joue un rôle dans la composition de l'ionosphère et de l'atmosphère de la planète).

Cassini a également prédit la composition des anneaux en E en inspectant les grains de glace éjectés d'Encelade. De nouveaux types de composés organiques ont été détectés dans les panaches jaillissant de la lune Encelade de Saturne. De puissants évents hydrothermaux éjectent des matériaux du noyau d'Encelade, qui se mélangent à l'eau de l'immense océan souterrain de la lune avant d'être libérés dans l'espace sous forme de vapeur d'eau et de grains de glace. Les molécules nouvellement découvertes, condensées sur les grains de glace, se sont avérées être des composés azotés et oxygénés. Les matières organiques trouvées ont été classées en trois types : (i) Amine (ii) Carbonyle (iii) Aromatiques

Des informations supplémentaires sur l'anneau E proviennent du profil de composition des particules de glace de la lune de Saturne Rhéa, à partir d'une série de spectres enregistrés lors du survol de Rhéa de Cassini (R4) en 2013. Aucun changement frappant de composition n'est observé, mais les grains de glace avaient une taille variable. Distribution. Les sels de sodium et les composés organiques étaient plus fréquents dans les grains de glace relativement gros, tandis que les particules de glace d'eau pure deviennent plus abondantes dans les grains de cycle E plus petits.

La source:

  1. https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-cassini-reveals-new-sculpting-in-saturn-rings
  2. https://www.smithsonianmag.com/smart-news/saturns-rings-rain-organic-compounds-its-atmosphere-180970475/
  3. https://www.sciencealert.com/saturn-ring-rain-heavy-chemical-composition-organic-compounds-cassini
  4. https://www.nasa.gov/feature/jpl/new-organic-compounds-found-in-enceladus-ice-grains
  5. https://www.space.com/saturn-moon-enceladus-organic-compounds-in-plumes.html
  6. Khawaja, Nozair. (2017). Composés organiques dans l'anneau E de Saturne et son profil de composition à proximité de Rhéa. (relier)

Cette vieille question sur l'âge des anneaux de Saturne

Une nouvelle étude devrait raviver le débat sur l'âge des anneaux de Saturne.

Ecrire dans le journal Astronomie de la nature, une équipe de chercheurs dirigée par Aurélien Crida, de l'Observatoire de la Côte d'Azur, France, suggère que les processus qui éjectent préférentiellement des matières poussiéreuses et organiques hors des anneaux peuvent les faire paraître beaucoup plus jeunes qu'ils ne le sont réellement.

Depuis 2017, lorsque la mission Cassini de la NASA a fourni de nouvelles données de sa plongée profonde dans les anneaux, l'opinion majoritaire est qu'ils se sont formés il y a quelques dizaines de millions d'années, à peu près à l'époque où les dinosaures parcouraient la Terre.

Les mesures de la gravité ont donné une estimation plus précise de la masse des anneaux, et cela a été utilisé pour déterminer combien de temps la glace vierge des anneaux aurait besoin d'être exposée à la poussière et aux micrométéorites pour atteindre le niveau d'autres polluants que nous voyons aujourd'hui.

Crida et ses collègues ne sont cependant pas convaincus.

"Des études récentes ont émis l'hypothèse que le flux de poussière est constant, la masse des anneaux est constante et que les anneaux retiennent toutes les matières polluantes qu'ils reçoivent", dit-il.

"Cependant, il y a encore beaucoup d'incertitude sur tous ces points et, pris avec d'autres résultats de la mission Cassini, nous pensons qu'il y a de fortes raisons que les anneaux sont beaucoup, beaucoup plus vieux"

Ils soutiennent que la masse mesurée lors de la finale de la mission Cassini est en très bon accord avec les modèles d'évolution dynamique des anneaux massifs remontant au système solaire primordial.

Les anneaux sont constitués de particules et de blocs dont la taille varie du mètre au micromètre. Les interactions visqueuses entre les blocs provoquent l'étalement des anneaux et l'entraînement de la matière comme une bande transporteuse.

Cela conduit à une perte de masse du bord le plus interne, où les particules tombent dans la planète, et du bord externe, où le matériau traverse la limite externe dans une région où les lunes et les satellites commencent à se former.

Les anneaux plus massifs se propagent plus rapidement et perdent de la masse plus rapidement. Les modèles montrent que quelle que soit la masse initiale des anneaux, les anneaux ont tendance à converger vers une masse mesurée par Cassini après environ quatre milliards d'années, correspondant à l'échelle de temps de la formation du système solaire.

« D'après notre compréhension actuelle de la viscosité des anneaux, la masse mesurée lors de la grande finale de Cassini serait le produit naturel de plusieurs milliards d'années d'évolution, ce qui est attrayant », explique Crida.

« Certes, rien n'interdit aux anneaux d'avoir été formés très récemment avec cette masse précise et d'avoir à peine évolué depuis. Cependant, ce serait une coïncidence. »

Le co-auteur Hsiang-Wen Hsu souligne les résultats d'octobre 2018 de l'analyseur de poussière cosmique de Cassini, qui ont montré que 600 kilogrammes de grains de silicate tombent sur Saturne des anneaux chaque seconde, ainsi que d'autres études qui ont montré la présence de molécules organiques dans La haute atmosphère de Saturne que l'on pense dériver des anneaux.

"Ces résultats suggèrent que les anneaux se nettoient eux-mêmes des polluants", explique Hsu, qui faisait partie de l'étude de 2018.

« La nature de ce processus potentiel de nettoyage des anneaux est encore mystérieuse. Cependant, notre étude montre que l'âge d'exposition n'est pas nécessairement lié à l'âge de formation, ainsi les anneaux peuvent apparaître artificiellement jeunes.

Nick Carné

Nick Carne est rédacteur en chef de Cosmos Online et directeur éditorial de la Royal Institution of Australia.

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Merci d'être passé et merci d'avoir prié,
Ken

Cet article a été écrit avec l'aide de l'équipe de recherche d'AiG.


La complexité chimique « surprenante » des anneaux de Saturne modifie la haute atmosphère de la planète

Eh bien, il s'avère qu'il n'y a pas de bagages. Mais une nouvelle étude publiée dans Science basée sur les données des orbites finales de l'année dernière du vaisseau spatial Cassini de la NASA montre que les anneaux de Saturne – certains des objets les plus visuellement prodigieux de l'univers – sont beaucoup plus compliqués chimiquement qu'on ne le pensait auparavant.

En outre, l'article montre que l'anneau D le plus interne de la géante gazeuse projette des grains de poussière enrobés de son cocktail chimique dans la haute atmosphère de la planète à une vitesse extraordinaire pendant sa rotation. Sur de longues échelles de temps, les chercheurs affirment que cette matière entrante peut modifier la teneur en carbone et en oxygène de l'atmosphère.

"C'est un nouvel élément du fonctionnement de notre système solaire", a déclaré Thomas Cravens, professeur de physique et d'astronomie à l'Université du Kansas et co-auteur du nouvel article. « Deux choses m'ont surpris. L'un est la complexité chimique de ce qui sortait des anneaux - nous pensions que ce serait presque entièrement de l'eau d'après ce que nous avons vu dans le passé. La deuxième chose est la quantité de celui-ci - beaucoup plus que ce à quoi nous nous attendions à l'origine. La qualité et la quantité des matériaux que les bagues mettent dans l'atmosphère m'ont surpris.

Cravens est membre de l'équipe du spectromètre de masse ionique et neutre (INMS) de Cassini. Au cours de la «Grande Finale» de Cassini plongeant dans l'anneau le plus interne et la haute atmosphère de Saturne en 2017, le spectromètre de masse à bord de la sonde a échantillonné des produits chimiques à des altitudes entre les anneaux de Saturne et l'atmosphère.

Plus que de l'eau, l'INMS a découvert que les anneaux étaient composés d'eau, de méthane, d'ammoniac, de monoxyde de carbone, d'azote moléculaire et de dioxyde de carbone.

"Ce que le document décrit, c'est l'environnement dans l'espace entre l'anneau intérieur et la haute atmosphère, et certaines des choses trouvées étaient attendues, comme l'eau", a déclaré Cravens. « Ce qui a été une surprise, c'est que le spectromètre de masse a vu du méthane – personne ne s'y attendait. De plus, il a vu du dioxyde de carbone, ce qui était inattendu. On pensait que les anneaux étaient entièrement en eau. Mais il s'avère que les anneaux les plus internes sont assez contaminés par des matières organiques emprisonnées dans la glace. »

Une autre nouvelle découverte du spectromètre de masse de Cassini a montré que de grandes quantités du breuvage chimique de l'anneau D de Saturne sont projetées dans la haute atmosphère de la planète par l'anneau tournant plus vite que l'atmosphère de la planète elle-même.

"Nous avons vu que cela se produisait même si ce n'est pas entièrement compris", a déclaré le chercheur de la KU. "Ce que nous avons vu, c'est que ce matériau, y compris du benzène, modifiait l'atmosphère supérieure de Saturne dans la région équatoriale. Il y avait à la fois des grains et de la poussière qui étaient contaminés.

Cravens a déclaré que les résultats pourraient jeter un nouvel éclairage sur les mécanismes qui sous-tendent notre système solaire ainsi que d'autres systèmes solaires et exoplanètes – et soulèvent également une foule de nouvelles questions scientifiques.

« Cela pourrait nous aider à comprendre comment une planète obtient-elle des anneaux ? Certains le font, d'autres non », a-t-il déclaré. « Quelle est la durée de vie d'une bague ? Et qu'est-ce qui reconstitue les anneaux? Y a-t-il eu un temps où Saturne n'avait pas d'anneaux ? Comment cette composition est-elle entrée là-dedans en premier lieu? Est-ce un vestige de la formation de notre système solaire ? Remonte-t-elle à la nébuleuse proto pré-solaire, la nébuleuse qui s'est effondrée à partir des milieux interstellaires qui ont formé le soleil et les planètes ? »

Selon Cravens, le taux plus élevé que prévu de matière expulsée de l'anneau D de Saturne vers la haute atmosphère de la planète, ou ionosphère, est suffisant pour que les astronomes pensent maintenant que la durée de vie de l'anneau peut être plus courte que prévu.

"En raison de ces données, nous avons maintenant raccourci la durée de vie des bagues intérieures en raison de la quantité de matériau déplacé - c'est bien plus que ce que nous pensions auparavant", a déclaré Cravens. "Nous savons qu'il fait sortir du matériel des anneaux au moins 10 fois plus vite que nous ne le pensions. S'il n'est pas réapprovisionné, les anneaux ne dureront pas - vous avez un trou dans votre seau. Jupiter avait probablement un anneau qui a évolué pour devenir l'anneau vaporeux actuel, et cela pourrait être pour des raisons similaires. Les anneaux vont et viennent. À un moment donné, ils s'épuisent progressivement à moins qu'ils n'obtiennent de nouveau matériel. »

Avec l'aide d'étudiants diplômés et de premier cycle de la KU, la première étape du travail de Cravens consistait à trier et à nettoyer les données brutes de l'instrument INMS de Cassini.

« Les données brutes sont venues de notre instrument sur Cassini aux antennes de l'espace lointain au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, puis aux ordinateurs du Southwest Research Institute de San Antonio où Hunter Waite, le premier auteur, est basé », a-t-il déclaré.

Mais la principale contribution de Cravens a consisté à interpréter ces données en mettant l'accent sur la façon dont les matériaux des anneaux modifient l'ionosphère de Saturne. Cravens et ses collègues rapportent que l'afflux de produits chimiques provenant des anneaux modifie la chimie ionosphérique équatoriale de Saturne en convertissant les ions hydrogène et les ions hydrogène triatomiques en ions moléculaires plus lourds, appauvrissant la densité ionosphérique de la planète.

"Mon intérêt était pour l'ionosphère, l'environnement des particules chargées, et c'est ce sur quoi je me suis concentré", a déclaré Cravens. « Cette crasse qui arrive ronge une grande partie de l’ionosphère, affecte sa composition et provoque des effets observables – c’est ce que nous essayons de comprendre maintenant. Les données sont claires, mais les explications sont encore en cours de modélisation et cela prendra du temps. La matière entre dans Saturne à grande vitesse parce que les anneaux se déplacent un peu plus vite que l'atmosphère. Il ne tombe pas simplement doucement. Il vient voler là-bas comme un satellite rentrant dans notre propre planète. Ces grains de poussière se déplacent à la vitesse du satellite, déposant de l'énergie qui peut dissocier l'atmosphère. Par atome, c'est assez énergétique à cause de la différence de vitesse entre les anneaux et l'atmosphère. Nous pensons que cela peut chauffer la haute atmosphère, changer sa composition. »

Image du haut : Une nouvelle étude publiée dans Science basée sur les données des orbites finales de l'année dernière du vaisseau spatial Cassini de la NASA montre que les anneaux de Saturne – certains des objets les plus visuellement prodigieux de l'univers – sont beaucoup plus compliqués chimiquement qu'on ne le pensait auparavant. Crédit photo : NASA

Image de droite : L'anneau D le plus interne de la géante gazeuse projette des grains de poussière enrobés de son cocktail chimique dans la haute atmosphère de la planète à une vitesse extraordinaire alors qu'il tourne. Plus que de l'eau, Cassini a découvert que les anneaux étaient composés d'eau, de méthane, d'ammoniac, de monoxyde de carbone, d'azote moléculaire et de dioxyde de carbone. Sur de longues échelles de temps, les chercheurs affirment que cette matière entrante peut modifier la teneur en carbone et en oxygène de l'atmosphère. Source : Nasa.

L'Université du Kansas est une grande université de recherche et d'enseignement. La mission de l'université est d'élever les étudiants et la société en éduquant les dirigeants, en créant des communautés saines et en faisant des découvertes qui changent le monde. Le KU News Service est le bureau central des relations publiques du campus Lawrence.


Quelle est la matière organique des anneaux de Saturne ? - Astronomie

Le débat séculaire sur les anneaux de Saturne relancé

Une équipe de chercheurs a relancé le débat sur l'âge des anneaux de Saturne avec une étude qui date les anneaux comme étant les plus susceptibles de s'être formés au début du système solaire.

Dans un article publié aujourd'hui dans Nature Astronomy et présenté à la réunion conjointe EPSC-DPS 2019 à Genève, les auteurs suggèrent que les processus qui éjectent préférentiellement des matières poussiéreuses et organiques hors des anneaux de Saturne pourraient rendre les anneaux beaucoup plus jeunes qu'ils ne le sont réellement.

La plongée de Cassini à travers les anneaux lors de la grande finale de la mission en 2017 a fourni des données qui ont été interprétées comme la preuve que les anneaux de Saturne se sont formés il y a quelques dizaines de millions d'années, à peu près à l'époque où les dinosaures parcouraient la Terre. Les mesures de gravité prises pendant la plongée ont donné une estimation plus précise de la masse des anneaux, qui sont constitués de plus de 95 % de glace d'eau et moins de 5 % de roches, de matières organiques et de métaux. L'estimation de la masse a ensuite été utilisée pour déterminer combien de temps la glace vierge des anneaux devrait être exposée à la poussière et aux micrométéorites pour atteindre le niveau d'autres « polluants » que nous voyons aujourd'hui.

Pour beaucoup, cela a résolu le mystère de l'âge des anneaux. Cependant, Aurélien Crida, auteur principal de la nouvelle étude, estime que le débat n'est pas encore tranché.

"Nous ne pouvons pas mesurer directement l'âge des anneaux de Saturne comme les anneaux sur une souche d'arbre, nous devons donc déduire leur âge d'autres propriétés comme la masse et la composition chimique. Des études récentes ont fait l'hypothèse que le flux de poussière est constant, la masse des anneaux est constante et que les anneaux retiennent toute la matière polluante qu'ils reçoivent. Cependant, il y a encore beaucoup d'incertitude sur tous ces points et, lorsqu'on les compare aux autres résultats de la mission Cassini, nous pensons qu'il y a de fortes raisons pour que les anneaux soient beaucoup, beaucoup plus anciens », a déclaré le Dr Crida, de l'Observatoire. de la Côte d'Azur, CNRS.

Crida et ses collègues soutiennent que la masse mesurée lors de la finale de la mission Cassini est en très bon accord avec les modèles de l'évolution dynamique des anneaux massifs remontant au système solaire primordial.

Les anneaux sont constitués de particules et de blocs dont la taille varie du mètre au micromètre. Les interactions visqueuses entre les blocs provoquent l'étalement des anneaux et l'entraînement de la matière comme une bande transporteuse. Cela conduit à une perte de masse du bord le plus interne, où les particules tombent dans la planète, et du bord externe, où le matériau traverse la limite externe dans une région où les lunes et les satellites commencent à se former.

Les anneaux plus massifs se propagent plus rapidement et perdent de la masse plus rapidement. Les modèles montrent que quelle que soit la masse initiale des anneaux, les anneaux ont tendance à converger vers une masse mesurée par Cassini après environ 4 milliards d'années, correspondant à l'échelle de temps de la formation du système solaire.

« D'après notre compréhension actuelle de la viscosité des anneaux, la masse mesurée lors de la grande finale de Cassini serait le produit naturel de plusieurs milliards d'années d'évolution, ce qui est séduisant. Certes, rien n'interdit aux anneaux d'avoir été formés très récemment avec cette masse précise et d'avoir à peine évolué depuis. Cependant, ce serait une coïncidence », a déclaré le Dr Crida.

Le co-auteur Hsiang-Wen Hsu faisait partie d'une équipe qui a annoncé en octobre 2018 les résultats de l'analyseur de poussière cosmique de Cassini, qui a montré que 600 kilogrammes de grains de silicate tombaient sur Saturne des anneaux chaque seconde. D'autres études utilisant les données du Cassini Ion et du spectromètre de masse neutre ont montré la présence de molécules organiques dans la haute atmosphère de Saturne qui dériveraient des anneaux.

Le Dr Hsu, du Laboratoire de physique spatiale et atmosphérique de Boulder, Colorado, a déclaré : « Ces résultats suggèrent que les anneaux se « nettoient » eux-mêmes des polluants. La nature de ce processus potentiel de nettoyage des anneaux est encore mystérieuse. Cependant, notre étude montre que l'âge d'exposition n'est pas nécessairement lié à l'âge de formation, ainsi les anneaux peuvent apparaître artificiellement jeunes.

La Saturne sonne.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
www.europlanet-society.org/wp-content/uploads/2019/09/pia14943-full.jpg Une image de Saturne prise par Cassini.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
www.europlanet-society.org/wp-content/uploads/2019/09/pia12567-1600.jpg

Plus d'informations

Les anneaux de Saturne sont-ils vraiment jeunes ? Aurélien Crida, Sébastien Charnoz, Hsiang-Wen Hsu et Luke Dones, EPSC-DPS 2019.

Les anneaux de Saturne sont-ils vraiment jeunes ? Crida, Charnoz, Hsu, Dones, Astronomie de la nature, 876, 2019.

Contacts scientifiques

Aurélien Crida
Observatoire de la Côte d'Azur
Nice, France
Courriel : [email protected]

Contact médias

Marc Fulconis
Observatoire de la Côte d'Azur
Nice, France
[email protected]

Notes pour les éditeurs

Réunion conjointe EPSC-DPS 2019

La réunion conjointe 2019 (www.epsc-dps2019.eu) du Congrès européen des sciences planétaires (EPSC) de l'Europlanet Society et de la Division for Planetary Sciences (DPS) de l'American Astronomical Society (AAS) aura lieu au Centre International de Conférences de Genève (CICG), Genève, Suisse, du dimanche 15 au vendredi 20 septembre 2019. Plus de 1950 résumés ont été soumis et plus de 1500 planétologues d'Europe, des États-Unis et du monde entier sont attendus à la réunion, faisant c'est l'un des plus grands rassemblements de scientifiques planétaires organisé en Europe à ce jour.

La réunion conjointe EPSC-DPS 2019 sera la troisième fois que l'EPSC et la réunion annuelle du DPS se tiendront ensemble.

L'Europlanet Society, lancée en septembre 2018, est une organisation pour les membres individuels et corporatifs visant à promouvoir l'avancement de la science planétaire et des domaines connexes en Europe. La Société fournit à la communauté scientifique planétaire de l'Europe une plate-forme pour échanger des idées et du personnel, partager des outils de recherche, des données et des installations, définir les objectifs scientifiques clés pour l'avenir et impliquer les parties prenantes, les décideurs politiques et les citoyens européens avec la science planétaire. L'Europlanet Society est l'organisation mère du Congrès européen des sciences planétaires (EPSC).

Site web de la réunion conjointe EPSC-DPSC 2019 2019 : www.epsc-dps2019.eu

La Division des sciences planétaires (DPS), fondée en 1968, est la plus grande division d'intérêt spécial de l'American Astronomical Society (AAS). Les membres du DPS étudient les corps de notre propre système solaire, des planètes et des lunes aux comètes et aux astéroïdes, et tous les autres objets et processus du système solaire. Avec la découverte que des planètes existent autour d'autres étoiles, le DPS a élargi son champ d'action pour inclure également l'étude des systèmes planétaires extrasolaires.

L'AAS, fondée en 1899, est la principale organisation d'astronomes professionnels en Amérique du Nord. Les membres (environ 7 500) comprennent également des physiciens, des mathématiciens, des géologues, des ingénieurs et d'autres dont les intérêts de recherche se situent dans le large éventail de sujets comprenant maintenant l'astronomie contemporaine. La mission de l'AAS est d'améliorer et de partager la compréhension scientifique de l'univers par l'humanité, ce qu'elle atteint par la publication, l'organisation de réunions, l'éducation et la sensibilisation, la formation et le développement professionnel.

Europlanet 2024 RI a reçu un financement du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de la convention de subvention n° 871149


Complexité chimique surprenante des anneaux de Saturne modifiant la haute atmosphère de la planète

Eh bien, il s'avère qu'il n'y a pas de bagages. Mais une nouvelle étude publiée dans La science sur la base des données des orbites finales de l'année dernière du vaisseau spatial Cassini de la NASA, montre que les anneaux de Saturne – certains des objets les plus visuellement prodigieux de l'univers – sont beaucoup plus compliqués chimiquement qu'on ne le pensait auparavant.

De plus, l'article montre que l'anneau D le plus interne de la géante gazeuse projette des grains de poussière enrobés de son cocktail chimique dans la haute atmosphère de la planète à une vitesse extraordinaire pendant sa rotation. Sur de longues échelles de temps, les chercheurs affirment que cette matière entrante peut modifier la teneur en carbone et en oxygène de l'atmosphère.

"C'est un nouvel élément du fonctionnement de notre système solaire", a déclaré Thomas Cravens, professeur de physique et d'astronomie à l'Université du Kansas et co-auteur du nouvel article. "Deux choses m'ont surpris. L'une est la complexité chimique de ce qui sortait des anneaux - nous pensions que ce serait presque entièrement de l'eau sur la base de ce que nous avons vu dans le passé. La deuxième chose est la quantité de celui-ci - beaucoup plus que ce à quoi nous nous attendions à l'origine. La qualité et la quantité des matériaux que les bagues mettent dans l'atmosphère m'ont surpris. "

Cravens est membre de l'équipe du spectromètre de masse ionique et neutre (INMS) de Cassini. Au cours de la plongée "Grand Finale" de Cassini dans l'anneau le plus interne et la haute atmosphère de Saturne en 2017, le spectromètre de masse à bord de la sonde a échantillonné des produits chimiques à des altitudes entre les anneaux de Saturne et l'atmosphère.

Plus que de l'eau, l'INMS a découvert que les anneaux étaient composés d'eau, de méthane, d'ammoniac, de monoxyde de carbone, d'azote moléculaire et de dioxyde de carbone.

"Ce que le document décrit, c'est l'environnement dans l'espace entre l'anneau intérieur et la haute atmosphère, et certaines des choses trouvées étaient attendues, comme l'eau", a déclaré Cravens. "Ce qui a été une surprise, c'est que le spectromètre de masse a vu du méthane - personne ne s'y attendait. De plus, il a vu du dioxyde de carbone, ce qui était inattendu. On pensait que les anneaux étaient entièrement de l'eau. Mais les anneaux les plus internes sont assez contaminés, car ils tournent dehors, avec des matières organiques emprisonnées dans la glace."

Une autre nouvelle découverte du spectromètre de masse de Cassini a montré que de grandes quantités du breuvage chimique de l'anneau D de Saturne sont projetées dans la haute atmosphère de la planète par l'anneau tournant plus vite que l'atmosphère de la planète elle-même.

"Nous avons vu que cela se produisait même si ce n'est pas entièrement compris", a déclaré le chercheur de la KU. "Ce que nous avons vu, c'est que ce matériau, y compris du benzène, modifiait l'atmosphère supérieure de Saturne dans la région équatoriale. Il y avait à la fois des grains et de la poussière qui étaient contaminés."

Cravens a déclaré que les résultats pourraient jeter un nouvel éclairage sur les mécanismes qui sous-tendent notre système solaire ainsi que d'autres systèmes solaires et exoplanètes – et soulèvent également une foule de nouvelles questions scientifiques.

"Cela pourrait nous aider à comprendre, comment une planète obtient-elle des anneaux? Certains le font, d'autres pas", a-t-il déclaré. « Quelle est la durée de vie d'un anneau ? Et qu'est-ce qui reconstitue les anneaux ? Y a-t-il eu une époque où Saturne n'avait pas d'anneaux ? Remonte-t-elle à la proto-nébuleuse pré-solaire, la nébuleuse qui s'est effondrée à partir des milieux interstellaires qui ont formé le soleil et les planètes ?"

Selon Cravens, le taux plus élevé que prévu de matière expulsée de l'anneau D de Saturne vers la haute atmosphère de la planète, ou ionosphère, est suffisant pour que les astronomes pensent maintenant que la durée de vie de l'anneau pourrait être plus courte que prévu.

"En raison de ces données, nous avons maintenant raccourci la durée de vie des bagues intérieures en raison de la quantité de matériau déplacé - c'est bien plus que ce que nous pensions auparavant", a déclaré Cravens. Nous savons qu'il fait sortir le matériau des anneaux au moins 10 fois plus vite que nous ne le pensions. S'il n'est pas réapprovisionné, les anneaux ne dureront pas - vous avez un trou dans votre seau. Jupiter avait probablement un anneau qui a évolué pour devenir l'anneau vaporeux actuel, et cela pourrait être pour des raisons similaires. Les anneaux vont et viennent. À un moment donné, ils s'épuisent progressivement à moins qu'ils n'obtiennent de nouveau matériel. »

Avec l'aide d'étudiants diplômés et de premier cycle de la KU, une première étape du travail de Cravens consistait à trier et à nettoyer les données brutes de l'instrument INMS de Cassini.

"Les données brutes sont venues de notre instrument sur Cassini aux antennes de l'espace lointain au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, puis aux ordinateurs du Southwest Research Institute de San Antonio où Hunter Waite, le premier auteur, est basé", a-t-il déclaré.

Mais la principale contribution de Cravens a consisté à interpréter ces données en mettant l'accent sur la façon dont les matériaux des anneaux modifient l'ionosphère de Saturne. Cravens et ses collègues rapportent que l'afflux de produits chimiques provenant des anneaux modifie la chimie ionosphérique équatoriale de Saturne en convertissant les ions hydrogène et les ions hydrogène triatomiques en ions moléculaires plus lourds, épuisant la densité ionosphérique de la planète.

"Mon intérêt était pour l'ionosphère, l'environnement des particules chargées, et c'est ce sur quoi je me suis concentré", a déclaré Cravens. "Cette crasse qui arrive ronge une grande partie de l'ionosphère, affecte sa composition et provoque des effets observables - c'est ce que nous essayons de comprendre maintenant. Les données sont claires, mais les explications sont toujours en cours de modélisation et cela prendra un certain temps. La matière entre dans Saturne à grande vitesse parce que les anneaux se déplacent un peu plus vite que l'atmosphère. Il ne se contente pas de tomber doucement. Il vient voler là-bas comme un satellite rentrant dans notre propre planète. Ces grains de poussière se déplacent à la vitesse du satellite, déposant de l'énergie qui peut dissocier l'atmosphère. Par atome, c'est assez énergétique en raison de la différence de vitesse entre les anneaux et l'atmosphère. Nous pensons que cela peut chauffer la haute atmosphère, changer sa composition. "


Concepts clés et résumé

Les anneaux sont composés d'un grand nombre de particules individuelles en orbite si près d'une planète que ses forces gravitationnelles auraient pu briser de plus gros morceaux ou empêcher de petits morceaux de se rassembler. Les anneaux de Saturne sont larges, plats et presque continus, à l'exception d'une poignée de lacunes. Les particules sont principalement de la glace d'eau, avec des dimensions typiques de quelques centimètres. Une lune de Saturne, Encelade, fait éclater aujourd'hui des geysers d'eau pour maintenir le fragile anneau E, composé de très petits cristaux de glace. Les anneaux d'Uranus sont des rubans étroits séparés par de larges espaces et contiennent beaucoup moins de masse. Les anneaux de Neptune sont similaires mais contiennent encore moins de matière. Une grande partie de la structure complexe des anneaux est due aux ondes et aux résonances induites par les lunes à l'intérieur des anneaux ou en orbite à l'extérieur d'eux. L'origine et l'âge de chacun de ces systèmes d'anneaux sont encore un mystère.


Cassini de la NASA révèle une nouvelle sculpture dans les anneaux de Saturne

Alors que Cassini de la NASA a plongé près de Saturne au cours de sa dernière année, le vaisseau spatial a fourni des détails complexes sur le fonctionnement des anneaux complexes de Saturne, selon une nouvelle analyse.

Bien que la mission ait pris fin en 2017, la science continue de découler des données collectées. Un nouvel article publié le 13 juin dans Science décrit les résultats de quatre instruments Cassini prenant leurs observations les plus proches des anneaux principaux.

Les découvertes incluent des détails fins de caractéristiques sculptées par des masses incrustées dans les anneaux. Textures and patterns, from clumpy to strawlike, pop out of the images, raising questions about the interactions that shaped them. New maps reveal how colors, chemistry and temperature change across the rings.

Like a planet under construction inside a disk of protoplanetary material, tiny moons embedded in Saturn's rings (named A through G, in order of their discovery) interact with the particles around them. In that way, the paper provides further evidence that the rings are a window into the astrophysical disk processes that shape our solar system.

The observations also deepen scientists' understanding of the complex Saturn system. Scientists conclude that at the outer edge of the main rings, a series of similar impact-generated streaks in the F ring have the same length and orientation, showing that they were likely caused by a flock of impactors that all struck the ring at the same time. This shows that the ring is shaped by streams of material that orbit Saturn itself rather than, for instance, by cometary debris (moving around the Sun) that happens to crash into the rings.

"These new details of how the moons are sculpting the rings in various ways provide a window into solar system formation, where you also have disks evolving under the influence of masses embedded within them," said lead author and Cassini scientist Matt Tiscareno of the SETI Institute in Mountain View, California.

Enduring Mysteries

At the same time, new puzzles have arisen and old mysteries have deepened with the latest research. The close-up ring images brought into focus three distinct textures -- clumpy, smooth and streaky -- and made it clear that these textures occur in belts with sharp boundaries. Mais pourquoi? In many places the belts aren't connected to any ring characteristics that scientists have yet identified.

"This tells us the way the rings look is not just a function of how much material there is," Tiscareno said. "There has to be something different about the characteristics of the particles, perhaps affecting what happens when two ring particles collide and bounce off each other. And we don't yet know what it is."

The data analyzed were gathered during the Ring Grazing Orbits (December 2016 to April 2017) and the Grand Finale (April to September 2017), when Cassini flew just above Saturn's cloud tops. As the spacecraft was running out of fuel, the mission team deliberately plunged it into the planet's atmosphere in September 2017.

Cassini's Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) uncovered another mystery. The spectrometer, which imaged the rings in visible and near-infrared light, identified unusually weak water-ice bands in the outermost part of the A ring. That was a surprise, because the area is known to be highly reflective, which usually is a sign of less-contaminated ice and thus stronger water ice bands.

The new spectral map also sheds light on the composition of the rings. And while scientists already knew that water ice is the main component, the spectral map ruled out detectable ammonia ice and methane ice as ingredients. But it also doesn't see organic compounds -- a surprise, given the organic material Cassini has discovered flowing from the D ring into Saturn's atmosphere.

"If organics were there in large amounts -- at least in the main A, B and C rings -- we'd see them," said Phil Nicholson, Cassini VIMS scientist of Cornell University in Ithaca, New York. "I'm not convinced yet that they are a major component of the main rings."

The research signals the start of the next era of Cassini science, said NASA's Ames Research Center's Jeff Cuzzi, who's been studying Saturn's rings since the 1970s and is the interdisciplinary scientist for rings on the Cassini mission.

"We see so much more, and closer up, and we're getting new and more interesting puzzles," Cuzzi said. "We are just settling into the next phase, which is building new, detailed models of ring evolution -- including the new revelation from Cassini data that the rings are much younger than Saturn."

The new observations give scientists an even more intimate view of the rings than they had before, and each examination reveals new complexities, said Cassini Project Scientist Linda Spilker, based at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.

"It's like turning the power up one more notch on what we could see in the rings. Everyone just got a clearer view of what's going on," Spilker said. "Getting that extra resolution answered many questions, but so many tantalizing ones remain."


What is Saturn Made Of?

The gas giant Saturn contains many of the same components as the sun. Although it is the solar system's second largest planet, it lacks the necessary mass to undergo the fusion needed to power a star. Still, its gaseous composition — and the stunningly beautiful rings that surround it — make it one of the more interesting object in the solar system.

Saturn is predominantly composed of hydrogen and helium, the two basic gases of the universe. The planet also bears traces of ices containing ammonia, methane, and water. Unlike the rocky terrestrial planets, gas giants such as Saturn lack the layered crust-mantle-core structure, because they formed differently from their rocky siblings.

Saturn's surface

Saturn is classified as a gas giant because it is almost completely made of gas. Its atmosphere bleeds into its "surface" with little distinction. If a spacecraft attempted to touch down on Saturn, it would never find solid ground. Of course, the craft would be fortunate to survive long before the increasing pressure of the planet crushed it.

Because Saturn lacks a traditional ground, scientists consider the surface of the planet to begin when the pressure exceeds one bar, the approximate pressure at sea level on Earth.

Saturn's interior

At higher pressures, below the determined surface, hydrogen on Saturn becomes liquid. Traveling inward toward the center of the planet, the increased pressure causes the liquefied gas to become metallic hydrogen. Saturn does not have as much metallic hydrogen as the largest planet, Jupiter, but it does contain more ices. Saturn is also significantly less dense than any other planet in the solar system in a large enough pool of water, the ringed planet would float.

Like Jupiter, Saturn is suspected to have a rocky core surrounded by hydrogen and helium. However, the question of how solid the core might be is still up for debate. Though composed of rocky material, the core itself may be liquid.

The distance to Saturn from the sun is significant, keeping the average temperature of Saturn low, but things are hotter within the rocky core. There, temperatures can reach as high as 21,000 degrees Fahrenheit (11,700 degrees Celsius).

During the formation of Saturn, the core would have been created first. Research suggests that Saturn's rocky core is between 9 to 22 times the mass of Earth. Only when it reached sufficient mass would the planet have been able to gravitationally pile on the light hydrogen and helium gas that make up most of the its mass.

A strong magnetic field

As on Jupiter, the liquid metallic hydrogen drives the magnetic field of Saturn. Saturn's magnetosphere is smaller than its giant sibling, but still significantly more powerful than those found on the terrestrial planets. With a magnetosphere large enough to contain the entire planet and its rings, Saturn's magnetic field is 578 times as powerful as Earth's.

The rings of Saturn

When Italian astronomer Galileo Galilei turned his telescope toward Saturn, he observed two blobs on either side that he identified as bodies separate from the main planet. It wasn't until Dutch astronomer Christiaan Huygens studied the planet with a more powerful scope that the rings of Saturn were first identified.

Although most of the gas giants boast rings of some sort, Saturn's are the largest and arguably the most visually stunning. Stretching as far out as 262,670 miles (422,730 km), or eight times the radius of the planet, the rings are made up of ice and rock pieces that create a rainbow effect as they refract the light from the sun. [PHOTOS: Saturn's Glorious Rings Up Close]


Saturn’s Rings Rain Organic Compounds Into Its Atmosphere

The Cassini space probe’s fatal plummet into Saturn has revealed that the gas giant’s innermost ring sheds icy showers of rain and organic molecules into the planet’s upper atmosphere at an incredible rate.

Cassini finished a 13-year stint exploring Saturn and its moons just more than a year ago, but many scientific findings related to the dramatic exit are still being revealed. The probe swung through the gap between the giant planet and its famous rings 22 times, collecting as much data as possible before plunging into the planet’s atmosphere and burning up.

For years, researchers have known about Saturn’s “ring rain,” or the fact that the ring system around the planet delivers water to the upper atmosphere. But during its final swings around Saturn, Cassini’s gadgets measured the constant shower of nanosized particles. The rain is mostly composed of molecular hydrogen, but also contain lots of icy water as well as carbon compounds, like butane and propane, reports Elizabeth Howell at Seeker.

The sheer volume of material was one of the biggest surprises Cassini measured 22,000 pounds of material per second fall from the rings. Most of the chemical slurry is being purged from the ring closest to Saturn’s atmosphere, the D-ring. At the current pace, the ring could be fully depleted in about 100,000 years.

“Turns out, ring rain is more like a ring downpour,” says planetary scientist Hunter Waite of the Southwest Research Institute and lead author of the study in Science. “While [the ion and neutral mass spectrometer] was designed to investigate gases, we were able to measure the ring particles because they hit the spacecraft at such high velocities they vaporized. Water ice, along with the newly discovered organic compounds, is falling out of the rings way faster than anyone thought—as much as 10,000 kilograms of material per second.”

The finding changes what we know about Saturn’s rings and its atmosphere. Co-author Kelly Miller, also a planetary scientist at the Southwest Research Institute, tells Howell at Seeker that the massive amount of ring rains suggests that Saturn’s D-rings are being fed material from Saturn’s larger C-rings, a new discovery. The data also suggests that there is lots of material in the D-ring that is too small to be picked-up by remote sensors, meaning directly sampling it like Cassini has done is the only way to detect it.

In fact, another recent study using Cassini data indicates that Saturn’s rings are only about between 150 and 300 million years old, and may not last forever, especially if they are constantly losing material to the planet below. But not everyone agrees with that interpretation and the age of the rings is still debatable.

“Are we just lucky enough to be in the period of time when Saturn has these magnificent rings?” Sean Hsu of the University of Colorado Boulder asks Nadia Drake at National Geographic. “It’s also fascinating to think that if a massive ring could form recently, that has implications for the other icy moons of Saturn.”

All that dust entering Saturn’s upper atmosphere also has major effects on its ionosphere, perhaps heating it up or changing its atmosphere.

“This gunk coming in chews up a lot of the ionosphere, affects its composition and causes observable effects—that's what we're trying to understand now,” co-author Thomas Cravens of the University of Kansas says in a press release. “The data are clear, but explanations are still being modeled and that will take a while.”

This wasn’t the only finding from Cassini’s Grand Finale released recently. Several other papers based on the data also published in Science reveal a new electric current system connecting the rings and upper atmosphere and a newly discovered radiation belt around the planet. Another study shows that Saturn’s magnetic field is nearly aligned with its spin axis, unlike any other planet studied. Astronomers were also able to collect radio transmissions from the planet’s poles. It’s expected that the Grand Finale data will reveal even more of Saturn's secrets.

“Many mysteries remain, as we put together pieces of the puzzle,” says Linda Spilker, Cassini Project Scientist at the Jet Propulsion Laboratory in Pasadena. “Results from Cassini's final orbits turned out to be more interesting than we could have imagined.”

About Jason Daley

Jason Daley is a Madison, Wisconsin-based writer specializing in natural history, science, travel, and the environment. His work has appeared in Discover, Popular Science, Outside, Men’s Journal, and other magazines.


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