Pourquoi Jupiter n’a-t-il pas d’anneaux aussi grands que Saturne ?
Trois des quatre plus grandes planètes de notre système solaire ont un anneau en orbite autour d’elles, l’étonnant disque massif de Saturne en étant l’exemple le plus connu.
Mais si les anneaux sont courants autour des planètes plus grandes, pourquoi Jupiter n’a-t-il pas un anneau impressionnant pour rivaliser avec celui de Saturne ?
La réponse, selon une nouvelle étude explorant cette question, est que les lunes de Jupiter détruiraient un grand système d’anneaux avant même qu’il ne se développe.
« Cela m’a longtemps dérangé que Jupiter n’ait pas d’anneaux encore plus étonnants qui feraient honte à Saturne », a déclaré Stephen Kane, astrophysicien à l’Université de Californie à Riverside, dans un communiqué de presse. « Si Jupiter les avait, ils nous apparaîtraient encore plus brillants, car la planète est tellement plus proche que Saturne. »
Les anneaux planétaires sont constitués d’un ensemble tourbillonnant de morceaux de roche, de glace et de poussière. Ils peuvent alimenter la formation de lunes, ou les lunes peuvent alimenter plus de matière dans les systèmes d’anneaux, cette dynamique dépendant d’un équilibre soigneux des configurations orbitales.
Les quatre plus grandes planètes de notre système solaire – Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus – ont toutes des anneaux, mais ceux de Jupiter et de Neptune sont si faibles qu’ils n’ont pas été découverts avant des années. Le mince anneau de poussière de Jupiter n’a été repéré qu’en 1979.
« Nous ne savions pas que ces anneaux éphémères existaient jusqu’au passage du vaisseau spatial Voyager, car nous ne pouvions pas les voir », a déclaré Kane.
Invisibles sur presque toutes les photos que nous avons de Jupiter, ses anneaux ne sont pour la plupart qu’une suggestion, apparaissant comme une ligne faible uniquement lorsqu’ils sont vus de derrière Jupiter et éclairés par le Soleil. Mais compte tenu de la taille majestueuse de Jupiter, pourquoi pas des anneaux plus gros ?
Kane, avec l’étudiant diplômé Zhexing Lin, a cherché à répondre à cette question grâce à une modélisation informatique qui examinait la durée de vie de Jupiter, son orbite et l’orbite de ses lunes.
Ce qu’ils ont découvert, décrit dans un article disponible en ligne avant sa publication dans le Planetary Science Journal, c’est que les plus grandes lunes de Jupiter étaient responsables de la perturbation de la formation de tout anneau significatif.
Jupiter a en fait 79 lunes, tandis que Saturne en a 82. Mais quatre des lunes de Jupiter – Io, Europa, Ganymède et Callisto – représentent 99,997% de toute la masse en orbite autour de Jupiter.
Ils sont si massifs que l’astronome Galileo Galilei a pu les repérer au début des années 1600. Ce sont les premières lunes à être identifiées en dehors de la nôtre.
Alors que certaines des plus petites lunes de Saturne existent dans son anneau, lui fournissant de nouveaux matériaux et le « protégeant » également autour de la planète, les quatre lunes galiléennes de Jupiter découragent la formation d’anneaux à cause de leur masse pure ainsi que des distances qui les séparent et de Jupiter. .
« Nous avons découvert que les lunes galiléennes de Jupiter, dont l’une est la plus grande lune de notre système solaire, détruiraient très rapidement tous les grands anneaux qui pourraient se former », a déclaré Kane.
La plus grande lune de Saturne, Titan, qui est de taille similaire aux lunes galiléennes de Jupiter, orbite plus près de Saturne que l’anneau et ne l’affecte que légèrement.
« Titan est relativement éloigné de la structure de l’anneau principal, mais sa présence entraîne une boucle dans l’anneau C interne par l’effet de la résonance orbitale », note l’étude.
Pendant ce temps, la lune Io orbite autour de Jupiter à la même distance de Jupiter que l’anneau de Saturne de Saturne.
La configuration orbitale d’Io, d’Europe et de Ganymède indique que les lunes de Jupiter se sont peut-être rapprochées de la planète pendant leur formation ou peu de temps après, une période au cours de laquelle leur gravité peut avoir stoppé la formation d’un anneau massif sur ses traces, l’étude suggère.
Dans l’étude, les chercheurs ont exécuté une simulation informatique où ils ont introduit des particules qui auraient pu former un anneau sur l’orbite de Jupiter, seulement pour voir environ la moitié d’entre elles être rejetées ou absorbées par les lunes sur une période de 10 millions d’années – un court laps de temps. quand il s’agit de l’espace.
L’étude a déclaré que cela montre que « les lunes galiléennes creusent une zone d’instabilité substantielle dans la région autour de Jupiter qui ne peut permettre que des systèmes d’anneaux à durée de vie relativement courte de coexister avec les architectures orbitales ».
Ils ont ajouté dans leurs conclusions que cela pourrait signifier que même l’anneau actuel autour de Jupiter pourrait être relativement jeune et qu’il est peu probable que Jupiter ait jamais eu des anneaux massifs, même dans le passé.
En conséquence, il est peu probable que Jupiter ait eu de grands anneaux à un moment quelconque de son passé.
« Les planètes massives forment des lunes massives, ce qui les empêche d’avoir des anneaux substantiels », a déclaré Kane.
Alors pourquoi est-ce important? Les scientifiques pensent qu’en apprendre davantage sur la formation des anneaux et des lunes près de chez nous pourrait nous aider à mieux comprendre la formation des planètes bien au-delà de notre propre système solaire.
Les anneaux d’une planète peuvent révéler son passé, par exemple en fournissant des preuves d’événements de collision antérieurs.
« Pour nous, astronomes, ce sont les éclaboussures de sang sur les murs d’une scène de crime », a déclaré Kane. « Quand nous regardons les anneaux des planètes géantes, c’est la preuve que quelque chose de catastrophique s’est produit pour y mettre ce matériau. »
Par exemple, une théorie concernant les anneaux de Saturne eux-mêmes est qu’une lune massive a été déchirée par les forces de marée tout en plongeant vers la planète, ces débris rejoignant d’autres roches et glaces spatiales pour tourner sans fin autour de la planète.
Kane espère ensuite étudier la formation des anneaux d’Uranus, qui sont les deuxièmes plus brillants de notre système solaire après ceux de Saturne, et qui sont en fait plus substantiels bien qu’ils soient plus petits.