Utiliser les éclipses pour calculer la transparence des anneaux de Saturne


Un doctorant de l’Université de Lancaster a mesuré la profondeur optique des anneaux de Saturne en utilisant une nouvelle méthode basée sur la quantité de lumière solaire atteignant le vaisseau spatial Cassini alors qu’il se trouvait dans l’ombre des anneaux.

La profondeur optique est liée à la transparence d’un objet et montre jusqu’où la lumière peut parcourir cet objet avant d’être absorbée ou diffusée.

La recherche, dirigée par l’Université de Lancaster en collaboration avec l’Institut suédois de physique spatiale, est publiée dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

La sonde spatiale Cassini de la NASA et de l’ESA a été lancée en 1997 et a atteint Saturne en 2004, réalisant à ce jour l’étude la plus approfondie de la planète et de ses lunes. La mission s’est terminée en 2017 lorsque Cassini a plongé dans l’atmosphère saturnienne, après avoir plongé 22 fois entre la planète et ses anneaux.

George Xystouris, doctorant à l’Université de Lancaster, sous la supervision du Dr Chris Arridge, a analysé les données historiques de la sonde Langmuir à bord de Cassini, un instrument qui mesurait le plasma froid, c’est-à-dire les ions et les électrons de faible énergie, dans la magnétosphère de Saturne.

Pour leur étude, ils se sont concentrés sur les éclipses solaires du vaisseau spatial : périodes où Cassini était dans l’ombre de Saturne ou des anneaux principaux. Lors de chaque éclipse, la sonde Langmuir a enregistré des changements spectaculaires dans les données.

George a déclaré : « Comme la sonde est métallique, chaque fois qu’elle est éclairée par le soleil, la lumière du soleil peut donner suffisamment d’énergie à la sonde pour libérer des électrons. C’est l’effet photoélectrique, et les électrons qui sont libérés sont ce qu’on appelle des « photoélectrons ». Ils peuvent créer problèmes cependant, car ils ont les mêmes propriétés que les électrons dans le plasma froid autour de Saturne et il n’existe pas de moyen simple de séparer les deux. »

« En nous concentrant sur les variations des données, nous avons réalisé qu’elles étaient liées à la quantité de lumière solaire que chaque anneau laisserait passer. Finalement, en utilisant les propriétés du matériau dont est faite la sonde Langmuir et la luminosité du Soleil dans le voisinage de Saturne, nous avons a réussi à calculer le changement du nombre de photoélectrons pour chaque anneau et à calculer la profondeur optique des anneaux de Saturne.

« C’était un résultat nouveau et passionnant ! Nous avons utilisé un instrument principalement utilisé pour les mesures de plasma pour mesurer une caractéristique planétaire, ce qui constitue une utilisation unique de la sonde Langmuir, et nos résultats concordaient avec des études utilisant des imageurs haute résolution pour mesurer la transparence des anneaux. »

Les anneaux principaux, qui s’étendent jusqu’à 140 000 km de la planète, mais ont une épaisseur maximale de seulement 1 km, doivent disparaître de la vue de la Terre d’ici 2025. Cette année-là, les anneaux seront inclinés par rapport à la Terre, ce qui la rendra presque impossible de les visualiser. Ils s’inclineront vers la Terre au cours de la prochaine phase de l’orbite de 29 ans de Saturne et continueront à devenir plus visibles et plus brillants jusqu’en 2032.

Le professeur Mike Edmunds, président de la Royal Astronomical Society, a ajouté : « Il est toujours bon de voir un étudiant de troisième cycle impliqué dans l’utilisation des instruments des sondes spatiales d’une manière inhabituelle et inventive. – et une approche que de nombreux anciens étudiants qui exercent diverses carrières appliquent pour aider à résoudre les problèmes du monde.

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