Titan : la plus grande lune de Saturne s’éloigne de sa planète 100 fois plus vite que précédemment estimé

saturne titan
| NASA/JPL

Les modèles traditionnels en planétologie prédisent que les lunes extérieures migrent plus lentement que les lunes intérieures dans les systèmes planètes-lunes. Une hypothèse écartée par la théorie plus récente de Jim Fuller. Une équipe de planétologues a pu conforter la théorie de Fuller en utilisant les données de la sonde Cassini. Après analyse, ils ont découvert que Titan, un satellite naturel de Saturne plus grand que Mercure, s’éloigne de 11 cm par an, soit 100 fois plus vite que les estimations précédentes. Des résultats importants pour mieux comprendre la formation de Saturne et de ses satellites.

Tout comme notre propre lune s’éloigne un peu plus loin de la Terre chaque année, d’autres satellites naturels font de même avec leurs planètes hôtes. Lorsqu’une lune orbite une planète, sa gravité impacte la planète, provoquant un renflement temporaire de la planète lors de son passage. Au fil du temps, l’énergie créée par les renflements et les affaissements se transfère de la planète à la lune, la poussant de plus en plus loin. Notre lune dérive de 3.8 centimètres de la Terre chaque année.

En utilisant les données de la sonde spatiale Cassini de la NASA, les chercheurs ont trouvé que Titan dérivait cent fois plus vite qu’on ne le pensait auparavant ; environ 11 centimètres par an. Alors que les astrophysiciens savent que Saturne s’est formée il y a 4.6 milliards d’années aux premiers jours du Système solaire, il y a plus d’incertitude quant à la date de formation des anneaux de la planète et de son système de plus de 80 lunes. L’étude a été publiée dans la revue Nature Astronomy.

Titan est actuellement à 1.2 million de kilomètres de Saturne. Le taux révisé de sa dérive suggère que la lune s’est formée beaucoup plus près de Saturne, ce qui signifierait que l’ensemble du système s’est étendu plus rapidement que ce que l’on croyait auparavant. « Ce résultat apporte une nouvelle pièce importante du puzzle pour la question très controversée de l’âge du système de Saturne et de la formation de ses lunes », déclare Valery Lainey.

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migration titan
Graphique montrant la migration de différentes lunes de Saturne, dont Titan (demi-grand axe en fonction du temps en milliards d’années). Crédits : Valéry Lainey et al. 2020

La théorie classique de la migration lente des lunes extérieures

Les résultats sur le taux de dérive de Titan fournissent également une confirmation importante d’une nouvelle théorie qui explique et prédit comment les planètes affectent les orbites de leurs lunes. Au cours des 50 dernières années, les planétologues ont appliqué les mêmes formules pour estimer la vitesse à laquelle une lune dérive de sa planète, un taux qui peut également être utilisé pour déterminer l’âge d’une lune.

Ces formules et les théories classiques sur lesquelles elles sont basées ont été appliquées aux lunes petites et grandes dans tout le Système solaire. Les théories ont supposé que dans des systèmes tels que Saturne, avec des dizaines de lunes, les lunes extérieures comme Titan ont migré vers l’extérieur plus lentement que les lunes plus proches, car elles sont plus éloignées de la gravité de leur planète hôte.

Théorie de Fuller sur la vitesse de migration des lunes extérieures

Il y a quatre ans, l’astrophysicien Jim Fuller a publié des recherches qui ont bouleversé ces théories. La théorie de Fuller a prédit que les lunes extérieures peuvent migrer vers l’extérieur à un rythme similaire aux lunes intérieures, parce qu’elles se verrouillent dans un type d’orbite différent qui se relie à l’oscillation particulière d’une planète et les pousse vers l’extérieur.

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« Les nouvelles mesures impliquent que ce type d’interactions planète-lune peut être plus important que les estimations précédentes et qu’elles peuvent s’appliquer à de nombreux systèmes, tels que d’autres systèmes planètes-lunes, des exoplanètes, et même des systèmes d’étoiles binaires, où les étoiles tournent les unes autour des autres », explique Fuller.

Une confirmation apportée par Cassini

Pour mener leur travail, les auteurs ont cartographié les étoiles en arrière-plan des images de Cassini et ont suivi la position de Titan. Pour confirmer leurs résultats, ils les ont comparés à un ensemble de données indépendant : les données radio collectées par Cassini. Au cours de dix survols rapprochés entre 2006 et 2016, la sonde a envoyé des ondes radio sur Terre. Les chercheurs ont étudié comment la fréquence du signal a été modifiée par ses interactions avec l’environnement pour estimer l’évolution de l’orbite de Titan.

« En utilisant deux ensembles de données complètement différents, nous avons obtenu des résultats qui sont en plein accord, et également en accord avec la théorie de Jim Fuller, qui prédit une migration beaucoup plus rapide de Titan », conclut Paolo Tortora, de l’Université italienne de Bologne.

Sources : Nature Astronomy

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