Les astronomes savent depuis des années qu'il y avait de l'eau dans la haute atmosphère de Saturne, mais ils ne savaient pas exactement d'où elle provenait. De nouvelles observations ont révélé que l'eau pleut sur Saturne et qu'elle provient des anneaux de la planète.
"Saturne est la première planète à montrer une interaction significative entre son atmosphère et son système d'anneaux", a déclaré James O’Donoghue, chercheur de troisième cycle à l'Université de Leicester et auteur d'un nouvel article publié dans la revue Nature. "Le principal effet de la pluie annulaire est qu'elle agit pour" éteindre "l'ionosphère de Saturne, réduisant considérablement les densités d'électrons dans les régions où elle tombe."
En utilisant l’observatoire de Keck, O’Donoghue et une équipe de chercheurs ont trouvé des particules d’eau chargées tombant des anneaux de la planète dans l’atmosphère de Saturne. Ils ont également constaté que l'étendue des pluies annulaires était beaucoup plus grande et tombait sur de plus grandes régions de la planète que ce que l'on pensait auparavant. Le travail révèle que la pluie influence la composition et la structure de la température de certaines parties de la haute atmosphère de Saturne.
O’Donoghue a déclaré que l’effet de l’anneau sur les densités d’électrons est important car il explique pourquoi, pendant de nombreuses décennies, les observations ont montré que les densités d’électrons étaient inhabituellement basses à certaines latitudes à Saturne.
"Il s'avère que l'un des principaux moteurs de l'environnement ionosphérique et du climat de Saturne sur de vastes étendues de la planète sont des particules d'anneau situées à 120 000 miles (200 000 kilomètres) au-dessus", a déclaré Kevin Baines, co-auteur du document, du Jet Propulsion Laboratory. "Les particules de l'anneau affectent quelles espèces de particules se trouvent dans cette partie de la température atmosphérique."
Au début des années 1980, des images du vaisseau spatial Voyager de la NASA ont montré deux à trois bandes sombres sur Saturne et les scientifiques ont émis l'hypothèse que l'eau aurait pu se déverser dans ces bandes des anneaux. Ensuite, les astronomes utilisant l'observatoire infrarouge de l'ESA ont découvert la présence de traces d'eau dans l'atmosphère de Saturne en 1997, mais n'ont pas vraiment pu trouver d'explication pour expliquer pourquoi il était là et comment il y est arrivé.
Puis, en 2011, des observations avec l'observatoire spatial Herschel ont déterminé que la glace d'eau provenant de geysers sur Encelade a formé un anneau géant de vapeur d'eau autour de Saturne.
Mais les bandes vues par Voyager n'ont pas été revues avant 2011 également, lorsque l'équipe a observé la planète avec le NIRSPEC de l'Observatoire de Keck, un spectrographe proche infrarouge qui combine une large couverture de longueurs d'onde avec une résolution spectrale élevée, permettant aux observateurs de voir clairement les émissions subtiles de les parties lumineuses de Saturne.
L'effet de la pluie annulaire se produit dans l'ionosphère de Saturne (la Terre a une ionosphère similaire), où des particules chargées sont produites lorsque l'atmosphère par ailleurs neutre est exposée à un flux de particules énergétiques ou au rayonnement solaire. Lorsque les scientifiques ont suivi le schéma des émissions d'une molécule d'hydrogène particulière composée de trois atomes d'hydrogène (plutôt que les deux habituels), ils s'attendaient à voir une lueur infrarouge uniforme à l'échelle de la planète.
Ce qu’ils ont observé à la place était une série de bandes claires et sombres avec un motif imitant les anneaux de la planète. Le champ magnétique de Saturne «cartographie» les anneaux riches en eau et les espaces sans eau entre les anneaux sur l'atmosphère de la planète.
Ils ont supposé que les particules d'eau chargées des anneaux de la planète étaient attirées vers la planète par le champ magnétique de Saturne et neutralisaient les ions d'hydrogène triatomiques incandescents. Cela laisse de grandes «ombres» dans ce qui serait autrement une lueur infrarouge à l'échelle de la planète. Ces ombres couvrent 30 à 43% de la surface de la haute atmosphère de la planète, entre 25 et 55 degrés de latitude. Il s'agit d'une zone beaucoup plus grande que celle suggérée par les images Voyager.
La Terre et Jupiter ont une région équatoriale rougeoyante très uniforme. Les scientifiques s'attendaient également à ce modèle à Saturne, mais ils ont plutôt constaté des différences dramatiques à différentes latitudes.
"Là où Jupiter brille uniformément à travers ses régions équatoriales, Saturne a des bandes sombres où l'eau pénètre, assombrissant l'ionosphère", a déclaré Tom Stallard, l'un des co-auteurs de l'article à Leicester. "Nous essayons maintenant également d'étudier ces caractéristiques avec un instrument sur le vaisseau spatial Cassini de la NASA. Si nous réussissons, Cassini peut nous permettre de voir plus en détail la façon dont l'eau élimine les particules ionisées, comme les changements d'altitude ou les effets qui accompagnent l'heure de la journée. »
Sources: Observatoire Keck
, La nature.
