SymboleSymbole Saturne
Découvreur / Date de découverteInconnu / Antiquité
Rayon(équatorial)60 268 km (9,4492 Terres)
Masse5,6846×1026 kg (95,152 Terres)
Période de rotation (jour sidéral)0,444 jour (10 h 47 min)
Période de révolution10 757,74 jours (29 ans 165 jours)
Aphélie1 503 983 449 km (10,053508 ua)
Périhélie1 349 467 375 km (9,02063224 ua)
Température moyenne (surface)143°K = – 130°C
Satellites connus62

Planète géante gazeuse du système solaire
Saturne parcourt son orbite, de demi-grand axe 9,54 unités astronomiques (1 ua = 149 597 870 km), en 29,46 ans. Cette orbite est peu inclinée sur l’écliptique (2,5 degrés), faiblement elliptique (excentricité de 0,056).

Saturne au sein du système solaire

Après Jupiter, Saturne est la deuxième des planètes géantes : sa masse atteint 5,68 x1026 kg, soit 95,15 fois la masse de la Terre.

La période de révolution propre est rapide (10 h 47 min) et entraîne un aplatissement aux pôles de presque 10 % : alors que le rayon planétaire équatorial vaut 60 268 km (soit 9,46 rayons terrestres), le rayon polaire est limité à 54 364 km. L’inclinaison de l’axe de rotation est de 25,33 degrés.

À l’œil nu, Saturne apparaît comme un point lumineux de magnitude moyenne 0,5 qui, contrairement aux étoiles, ne scintille pas. L’observation des anneaux nécessite, pour être correcte, l’emploi d’un petit télescope. La finesse des anneaux, les jeux d’ombre – ombre des anneaux sur la planète, ombre de la planète sur les anneaux – concourent à l’un des plus remarquables spectacles du système solaire. La planète ne présente quasiment aucune structure, mis à part des bandes aux couleurs très peu contrastées. En revanche, on remarque sans peine son aplatissement.

Saturne fut visitée à trois reprises, par les sondes interplanétaires Pioneer 11 en 1979, Voyager 1 en 1980 et Voyager 2 en 1981. Bon nombre d’informations sur la planète, sur son système d’anneaux et son cortège de satellites proviennent de ces missions. La sonde Cassini, projet conjoint des agences spatiales américaines et européennes, doit être lancée en 1998, pour arriver sur Saturne en 2004 et y travailler en orbite pendant quatre ans, après avoir largué le module européen Huygens dans l’atmosphère du satellite Titan.

L’atmosphère

Comme Jupiter, Saturne consiste essentiellement en une immense atmosphère, principalement composée d’hydrogène et d’hélium. Il en résulte que Saturne ne possède pas de surface solide.

Par abus de langage, on appelle souvent ” surface ” les régions visibles de l’atmosphère, soit essentiellement la haute troposphère, où sont réfléchis les photons solaires et où se forment les raies spectrales qui caractérisent les éléments minoritaires (ammoniac, méthane, etc.). Le minimum de température, 95 kelvins, est atteint à la tropopause.

Saturne ne possède pas la richesse de motifs troposphériques que présente Jupiter ; toutefois, la présence de très forts vents zonaux parallèles à l’équateur, avec des courants de cisaillement atteignant des vitesses de plus de 200 m/s, occasionne la structure en bandes. De petites structures de type cyclonique et anticyclonique apparaissent sporadiquement.

Tous les 30 ans, à l’approche du solstice d’été, une forte tempête dessine une grande tache blanche proche de l’équateur.

La teneur en hélium, mesurée dans les couches atmosphériques supérieures, est étonnante, car environ quatre fois plus faible que la valeur admise pour la nébuleuse protosolaire. Lors de la formation de la planète, l’abondance en hélium ne pouvait différer de celle de la nébuleuse, car aucun mécanisme ne permet une différenciation entre les gaz hélium et hydrogène. Il faut donc admettre que la concentration en hélium dans la planète est très fortement inhomogène, appauvrie en surface et concentrée vers le centre. Cela se révèle en accord avec les observations qui indiquent que Saturne rayonne 1,8 fois plus d’énergie que le Soleil ne lui en envoie. Contrairement à Jupiter, Saturne n’est pas assez massive pour avoir gardé la mémoire des très fortes températures résultant de sa formation. En revanche, la lente migration de l’hélium vers l’intérieur de la planète apporte le surcroît d’énergie, libérée sous forme d’énergie gravitationnelle, nécessaire pour expliquer le bilan thermique de Saturne.

Le noyau

Lorsque la pression dépasse 2 millions de fois la pression atmosphérique terrestre, à mi-chemin entre la surface et le noyau, l’hydrogène moléculaire se dissocie en hydrogène métallique. Le champ magnétique planétaire est certainement engendré au sein de cette phase métallique. Le noyau planétaire, d’un rayon approximativement égal au dixième du rayon total, est constitué d’éléments denses : glaces de méthane, d’ammoniac et d’eau, roches et métaux. Au centre de la planète, la pression atteint 40 millions de fois la pression atmosphérique terrestre, pour une température d’environ 11 000 kelvins.

Les structures internes de Saturne et de Jupiter sont donc très proches l’une de l’autre. Malgré un contraste de masse supérieur à 3, les rayons de ces deux planètes, composées essentiellement d’hydrogène, sont très semblables. Il s’ensuit que la densité moyenne de Saturne est faible, inférieure à celle de l’eau.

Leur nombre

Vus depuis la Terre, les anneaux se découpent en deux composantes principales, dénommées A et B, séparées par la division de Cassini, ainsi qu’une troisième composante plus ténue, l’anneau C. Ils s’étendent entre 74 500 et 136 800 km de rayon, soit 1,2 et 2,3 rayons planétaires. La sonde Voyager 2 a dévoilé l’extraordinaire complexité des anneaux, et aussi quelques-uns des aspects physiques qui gouvernent leur apparence : d’une part, la nomenclature s’est accrue jusqu’à l’anneau G (D est la composante la plus interne, avec dans l’ordre d’éloignement croissant les anneaux D, C, B, A, F, G et E) ; d’autre part, chaque composante résulte de la juxtaposition de petits anneaux très fins et de zones sans matières, indiscernables depuis les observatoires terrestres.

Environ tous les 15 ans, lorsque les anneaux sont vus par la tranche, leur lumière cesse d’être visible. À cette occasion, on peut repérer précisément la position des petits satellites, appelés bergers, qui orbitent en leur sein, et on peut mesurer leur épaisseur. Les passages de la Terre et du Soleil dans le plan des anneaux de Saturne en 1996 ont d’ailleurs permis de révéler encore de nouveaux petits objets.

Leur composition

Il faut noter que les anneaux de Saturne sont extraordinairement minces et ténus. Si leur diamètre était ramené à celui de la ville de Paris, ils ne seraient pas plus épais qu’une feuille de papier.

Cette finesse s’explique par les collisions incessantes entre les particules constituant les anneaux, collisions qui ne conservent que la composante de vitesse comprise dans le plan équatorial planétaire. Toute la matière contenue dans les anneaux, condensée en un satellite, ne dépasserait pas une sphère de 100 km de rayon.

C’est la présence des anneaux au sein de l’orbite de Roche de la planète qui interdit justement cette agrégation. À l’intérieur de cette limite, les forces de marée exercées par la planète sont supérieures à celles qui assurent la cohésion de la matière. Les anneaux ne sont donc constitués que de particules de petite taille, allant du micromètre à quelques mètres, et composés essentiellement de glace d’eau et d’un peu de poussières. Ainsi constitués et fragmentés, les anneaux réfléchissent très efficacement la lumière solaire, et sont donc aussi brillants que la planète.

Un système dynamique


Les lois de la gravitation imposant un mouvement de rotation képlérien et non uniforme, les anneaux constituent un système dynamique et non statique : les trajectoires sont des orbites, et les anneaux ne peuvent pas être considérés comme un seul objet (chaque particule ayant sa propre orbite). Des structures apparaissent et se défont à des échelles de temps très courtes. Lorsque les anneaux émergent de l’ombre de la planète, le réchauffement solaire induit des structures radiales, les spokes, qui se propagent sur la face éclairée. Le passage des satellites orbitant au sein des anneaux induit des ondes de densité. La structure fine d’une partie des anneaux s’explique par la présence des satellites bergers, la matière étant comme balayée en une bande mince par le passage régulier de ces bergers, et s’accumulant dans des régions de stabilité très étroites.

Le cortège de satellites


Saturne possède au moins 62 satellites, plus qu’aucune autre planète, et tous, sauf Hypérion et Phœbé, en orbite synchrone : à l’instar de la Lune, ils montrent constamment la même face à leur planète.

Titan


C’est l’un des plus gros satellites du système solaire, et de loin le plus massif des satellites de Saturne (1,35 . 1023 kg pour 2 575 km de rayon). Des jumelles sont suffisantes pour l’observer et noter d’une nuit à l’autre son mouvement autour de Saturne, qui dure environ 16 jours. C’est l’astronome Huygens qui, le premier, l’identifia en 1655 comme satellite de Saturne. Titan s’apparente aux satellites Ganymède et Callisto de Jupiter, mais se distingue parmi tous les satellites du système solaire par la présence d’une atmosphère. Celle-ci est 50 % plus épaisse que l’atmosphère terrestre, la pression de surface atteignant 1,5 bar. La température de surface, estimée à 94 kelvins (- 179 °C), ne permet pas la sublimation de la glace d’eau : l’atmosphère est essentiellement composée d’azote moléculaire, d’argon et d’hydrocarbures (méthane CH4, éthane C2H6). On suspecte la présence de précipitations de ces hydrocarbures, voire celle d’un océan d’hydrocarbures. Les observations du télescope spatial Hubble n’ont pu ni infirmer ni confirmer cette hypothèse, dont la réponse sera en fait apportée par le module Huygens de la sonde Cassini.

Rhea

Deuxième satellite par la taille (diamètre de 1 530 km, masse de 2,5 . 1021 kg), il présente deux hémisphères bien différenciés. L’hémisphère pointant vers l’avant (d’après le sens de la trajectoire) est sombre et peu cratérisé, alors que l’hémisphère opposé est uniformément brillant et cratérisé.

Japet

La surface de Japet, troisième des satellites par la taille (1 460 km, 1,9 . 1021 kg), est encore plus différenciée ; l’albédo varie de 0,03 à 0,5 entre les deux hémisphères, à tel point que l’astronome Jean Dominique Cassini annonçait ne voir le satellite que d’un seul côté de la planète. Japet se distingue également par son inclinaison de 15 degrés par rapport au plan équatorial de Saturne.

Les autres satellites

Les orbites des petits satellites Pan, Atlas, Prométhée et Hypérion s’inscrivent à l’intérieur des anneaux. Celle de Pan est située sur le bord intérieur de la division d’Encke (région particulière) de l’anneau A. L’existence de Pan a été en fait prédite à la suite de l’identification de trains d’ondes dans cet anneau, et c’est l’analyse a posteriori des images de Voyager qui a permis de retrouver ce satellite de seulement 20 km de rayon. Atlas a été identifié comme l’un des satellites bergers de l’anneau A, et Prométhée comme l’un de l’anneau F. Hypérion est, parmi les petits corps de forme irrégulière et non sphérique du système solaire, le plus massif : sa masse de 1,8 . 1019 kg se distribue dans un volume dont les dimensions sont de 410 km, 260 km et 220 km. Sa rotation propre est totalement chaotique et imprévisible.

Le dernier satellite “Égéon” a été découvert le 3 mars 2009.