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Les grains de poussières provenant des anneaux de Saturne amplifient la conductivité ionosphérique de la géante gazeuse !
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Une nouvelle étude, menée par des scientifiques à Imperial College London et au Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP), publiée récemment dans Nature Scientific Reports (disponible en accès libre), présente les premières estimations in-situ de la conductivité ionosphérique de Saturne et met en évidence le rôle clé joué par les grains de poussières chargés dans l’amplification de cette conductivité.
Saturne et ses magnifiques anneaux font partie des objets les plus passionnants et uniques de notre système solaire. Cette géante gazeuse et ses anneaux possèdent chacun leur propre ionosphère et sont connectées par le biais des lignes de champ magnétiques de Saturne. Une ionosphère est une couche atmosphérique formée par photo-ionisation sous l’effet du rayonnement solaire ultraviolet extrême. Ainsi, la présence des particules chargées (électrons et ions positives) rend cette couche électriquement conductrice. Par conséquent, l’énergie électromagnétique disponible dans l’ionosphère de Saturne est transportée vers l’ionosphère des anneaux via des courants électriques qui suivent les lignes de champ magnétique de la planète.
Avant la phase finale de la mission Cassini-Huygens de la NASA – le « grand final » – aucune mesure directe de l’ionosphère de Saturne n’avait été effectuée. Les propriétés de cette dernière, n’étaient basées que sur des mesures par télédétection (effectuées par les sondes Pioneer 11, Voyagers 1 & 2 et Cassini) et sur les modèles numériques associés.
Le 15 Septembre 2017, la sonde spatiale Cassini-Huygens a terminé son voyage d’exploration remarquable du système solaire après de nombreuses années très productives au service de la science planétaire et magnétosphérique. Cependant, la performance finale a été aussi spectaculaire que le début avec 22 orbites plongeant dans la région, jusqu’alors presque inexplorée, entre Saturne et son anneau le plus profond, (l’anneau D), livrant ainsi d’ultimes données avant de se désintégrer dans l’atmosphère de Saturne. En particulier les instruments ondes et particules ont apporté les premières mesures directes (in-situ) de l’ionosphère de Saturne.
Parmi les nombreuses découvertes, le « grand final » de Cassini a montré que les grains de poussière de l’anneau D tombent constamment « en pluie » dans l’atmosphère de Saturne sous l’effet de la gravité et la traînée atmosphérique de la planète. En rentrant dans l’ionosphère, ces grains de poussières absorbent les électrons et forment ainsi une couche ionosphérique équatoriale (autour du plan des anneaux) caractérisée par une amplification de la densité ioniques. Cette amplification et la présence des grains de poussières chargées, jouent un rôle important dans l’interaction électrodynamique entre l’ionosphère et la magnétosphère de Saturne.
Dans l’article Shebanits, Hadid et al., Sci. Rep., 2020, et en se basant sur des mesures ondes et particules de la phase finale de Cassini, les auteurs ont estimé pour la première fois in-situ la conductivité ionosphérique de Saturne dans le plan équatorial de ses anneaux. Ils ont également montré que cette région électriquement conductrice est au moins deux fois plus épaisse et avec des conductivités au moins 10 à 100 fois plus élevée que celle précédemment estimée. La cause en est les grains de poussière tombant « en pluie » des anneaux les plus internes.
Les résultats de cette nouvelle étude mettent en évidence le rôle important des grains de poussières chargées et vont ainsi améliorer les modèles numériques existants de l’atmosphère de Saturne et son couplage aux anneaux de la planète.
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