Ce 15 septembre, la sonde spatiale Cassini va plonger dans l’atmosphère de Saturne dans laquelle elle sera vaporisée, mettant ainsi un point final à plus de 13 ans d’exploration de Saturne et de son environnement.

Image d’artiste de la désintégration de la sonde spatiale Cassini dans la haute atmosphère de Saturne (Crédits : NASA/JPL)

La mission Cassini-Huygens

Tout a commencé dans les années 80, peu de temps après les survols de Saturne par les sondes Voyager 1 & 2, lorsque l’idée d’une mission spatiale consacrée à Saturne et à sa lune Titan – la seule lune du système solaire à posséder une atmosphère épaisse – a commencé à germer au sein des agences spatiales américaines et européennes, la NASA et l’ESA. La mission fut baptisée Cassini-Huygens en l’honneur de deux astronomes du 17ème siècle, le Franco-Italien Giovanni Domenico Cassini et le Néerlandais Christian Huygens. Huygens a découvert Titan et observé les anneaux de Saturne tandis que Cassini a mis en évidence leur structure.

La mission est composée de deux parties : l’orbiteur Cassini et la sonde Huygens développée par l’ESA et destinée à traverser l’atmosphère de Titan. Lancé en octobre 1997, le couple Cassini-Huygens s’est mis en orbite autour de Saturne le 1er juillet 2004, après un voyage de 7 ans à travers le système solaire. Prévue initialement pour une durée de 4 ans, la mission a été prolongée à deux reprises jusqu’à ce 15 septembre 2017. Durant les 13 ans de la mission, Cassini aura parcouru un peu moins de 300 orbites autour de la planète aux anneaux, en collectant de manière continue des données sur Saturne et son environnement spatial.

La récolte et l’analyse de ces observations ont permis à l’équipe scientifique de la mission, dont fait partie le Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire (LPAP) de l’Unité de recherche STAR de l’Université de Liège, de faire de nombreuses découvertes et d’accroître nos connaissances du système saturnien.

Les lunes et anneaux de Saturne

Une première grande avancée scientifique fut la traversée de l’atmosphère opaque de la lune Titan par la sonde européenne Huygens début 2005 et l’atterrissage de celle-ci à sa surface, Huygens devenant ainsi le premier objet créé par l’Homme à se poser sur un astre aussi lointain. Huygens a capturé des images inédites de la surface de cette lune, parsemée de montagnes, de dunes et de lacs de méthane. Grâce à la descente de Huygens et à la centaine de survols de Titan par l’orbiteur Cassini, les scientifiques sont parvenus à déterminer la composition de l’atmosphère et à décrire la dynamique atmosphérique, dont un cycle du méthane semblable au cycle de l’eau sur Terre.

L’une des découvertes les plus surprenantes réalisées par la mission Cassini fut celle de geysers à la surface d’Encelade. Encelade est une petite lune de Saturne recouverte d’une épaisse couche de glace. Les survols de Cassini ont mis en lumière la présence de jets de vapeur d’eau et de particules glacées au pôle sud de la lune. L’eau de ces geysers provient d’un océan d’eau liquide s’étendant sous toute la surface glacée d’Encelade. Ce vaste océan présente toutes les caractéristiques pour pouvoir abriter de la vie, mais seule une nouvelle mission spatiale pourrait permettre d’y détecter des traces de vie.

Outre Titan et Encelade, Cassini a observé de nombreuses autres lunes de Saturne et mis en évidence l’importante interaction qui existe entre celles-ci et les anneaux de la planète. Contrairement à ce qui était pensé auparavant, les images fournies par les caméras de Cassini ont montré que les anneaux sont particulièrement dynamiques et perturbés par de petites lunes de forme irrégulière orbitant en leur sein.

L’atmosphère de Saturne et ses aurores

La planète Saturne parcourt une orbite autour du Soleil en environ 30 ans. La sonde Cassini a donc accompagné Saturne durant presqu’une demi-année saturnienne et des phénomènes saisonniers ont pu être observés dans son atmosphère. La circulation de la chaleur entre l’hémisphère d’été et l’hémisphère d’hiver a pu être comprise, de même que la dynamique des vents. Cassini a également eu l’occasion de suivre l’évolution d’une tempête orageuse de la taille de la Terre qui a perduré 7 mois dans l’atmosphère de Saturne. En outre, un large courant atmosphérique en forme d’hexagone, découvert lors du survol de Voyager, est présent autour du pôle nord de Saturne. Cassini a révélé la grande stabilité de cette structure hexagonale et l’évolution de sa couleur au fil des saisons causée par l’apparition de brume dans les régions polaires.

Image de la structure atmosphérique hexagonale au pôle nord de Saturne, prise par Cassini (Crédits : NASA/JPL).

Dans la haute atmosphère, au niveau des pôles de Saturne, de la lumière est émise par des gaz en raison de la précipitation de particules chargées parcourant les lignes de champ magnétique. Ces lumières polaires, communément appelées aurores, constituent un formidable outil pour comprendre la dynamique de la matière qui entoure Saturne. Les scientifiques du LPAP de l’Université de Liège ont acquis une grande expertise dans l’étude des émissions aurorales en analysant des images en lumière ultraviolette fournies par Cassini. Ils ont notamment découvert que l’intérieur de la magnétosphère de Saturne, c’est-à-dire l’environnement spatial de Saturne dominé par le champ magnétique de la planète, peut être fortement influencé par les particules chargées provenant du soleil, contrairement à ce que l’on pensait auparavant.

Superposition d’aurores observées en 2016 en ultraviolet par la sonde Cassini en 2016 et d’une image de la planète Saturne. L’œil humain étant insensible à la lumière ultraviolette, la lumière des émissions aurorales a été convertie en lumière visible.

Ce 15 septembre marquera donc la fin de l’exceptionnelle mission Cassini. Jusqu’à sa désintégration finale, Cassini transmettra des données vers la Terre lors de sa plongée dans l’atmosphère saturnienne afin d’aider les scientifiques à en savoir encore un peu plus sur celle-ci. Toutefois, après que la sonde aura disparu dans les nuages de Saturne, l’énorme quantité de données récoltées pendant 13 ans par Cassini continuera à être exploitée par les scientifiques pour, assurément, faire de nouvelles découvertes.

Benjamin Palmaerts est Post-doctorant au Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire (LPAP) au sein de l’Unité de recherche STAR qui compte de nombreux spécialistes de l’étude des émissions aurorales UV de Jupiter et de Saturne.