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Les aurores boréales de Saturne étudiées par Hubble et Cassini

Aurores boréales de Saturne Les aurores boréales de Saturne (image composite, visible et ultraviolet). Crédit: ©ESA/Hubble, NASA, A. Simon (GSFC) and the OPAL Team, J. DePasquale (STScI), L. Lamy (Observatoire de Paris)

Les aurores boréales de Saturne étudiées par Hubble et Cassini

En 2017, le télescope spatial Hubble a capturé les aurores boréales de Saturne sur une période de sept mois. Les observations ont été effectuées avant et après le solstice d’été saturnien, la période la plus propice pour observer le pôle nord de Saturne. Dans le même temps, la sonde spatiale Cassini a survolé à plusieurs reprises le pôle Nord de Saturne pendant son « Grand Final. »  Ces observations révèlent une grande diversité de composantes d’une variabilité inédite qui fournissent de précieuses informations sur la magnétosphère de Saturne au solstice. Cette étude internationale a été cordonnée par l’Observatoire de Paris qui a publié un communiqué de presse:

Un bouquet final d’aurores sur Saturne pour Cassini

Sur Terre, les aurores sont produites par l’entrée dans l’atmosphère de particules énergétiques chargées électriquement provenant de l’environnement terrestre. La plupart de ces particules provient initialement du vent solaire, ce flot de particules chargées émis en permanence par le soleil. Lorsque le vent solaire atteint la Terre, il interagit avec son champ magnétique pour former un gigantesque bouclier magnétique, la magnétosphère, qui s’étend sur plusieurs dizaines de rayons planétaires. Celle-ci protège la Terre de la majeure partie de ces particules mais peut également périodiquement en piéger une partie. Ces particules s’accumulent alors du côté nuit de la magnétosphère, où elles peuvent être accélérées et suivre les lignes de champ magnétique jusqu’aux pôles. Là, elles entrent en collision avec les atomes d’oxygène et d’azote de la haute atmosphère pour former un ballet bien connu de lumière colorée, qui peut être observé du sol ou depuis l’espace dans le domaine visible. Les aurores ne sont pas un phénomène propre à la Terre mais sont plus largement caractéristiques des planètes magnétisées, dont les planètes géantes. Contrairement à la Terre, l’atmosphère de ces dernières est dominée par de l’hydrogène, qui rayonne principalement dans l’ultraviolet, une fenêtre du spectre électromagnétique qui ne peut être observée que depuis l’espace. Les aurores de Saturne permettent de caractériser sa magnétosphère, la deuxième en taille dans le système solaire derrière Jupiter, et principalement alimentée en particules par les panaches de matière émis par le satellite de glace Encelade.

Les aurores boréales de Saturne

Les aurores de Saturne en ultraviolet. Crédit: ESA/Hubble, NASA & L. Lamy (Observatoire de Paris)

Les observations Hubble ont consisté en une série d’images des aurores ultraviolettes de Saturne couvrant une période de sept mois, entre février et septembre 2017. Elles ont d’abord permis de cartographier instantanément l’activité aurorale kronienne, et ainsi de fournir le contexte de référence indispensable pour analyser les mesures obtenues simultanément par la sonde Cassini le long des lignes de champ magnétiques connectées aux aurores. Leur analyse statistique a ensuite permis de caractériser l’interaction vent solaire/magnétosphère au solstice, une configuration peu connue lors de laquelle l’inclinaison du champ magnétique planétaire et l’irradiation solaire de l’atmosphère sont maximales.

Les aurores de Saturne ont révélé une riche variété de composantes, très variables, avec des épisodes très énergétiques rayonnant jusqu’à 120 GW. La figure en fournit une illustration avec une image composite d’aurores ultraviolettes particulièrement actives (observées le 14 août 2017) superposée aux anneaux et au disque dans le domaine visible (observés début 2018). Sur cette image, l’anneau encerclant le pôle correspond à l’ovale principal, produit par des particules accélérées dans la magnétosphère externe, par un mécanisme sensible au vent solaire. L’ovale illustre une propriété moyenne avec deux pics d’intensité : un pic caractéristique côté matin (à gauche sur l’image), mais aussi de manière inattendue un autre de même amplitude du coté nuit (en haut sur l’image). Ce dernier semble spécifique de l’interaction vent solaire/magnétosphère au solstice. La tâche à plus haute latitude côté jour est attribuée à une aurore de cornet polaire, la plus intense jamais observée, directement issue de la reconnexion magnétique entre la magnétosphère et le vent solaire côté jour. Les aurores fluctuent à différentes échelles de temps allant de la minute à la semaine et sont contrôlées à la fois par le vent solaire et la rotation planétaire rapide (Saturne tourne en 11h). L’animation illustre cette variabilité. Les épisodes les plus intenses sont des orages auroraux induit par un vent solaire actif.

Source

L’intégralité de l’article publié le 30/08/2018 par l’Observatoire de Paris est ici. Les résultats de cette étude sont publiés le 30/08/2018 dans la revue Geophysical Research Letters. L’aticle publié sur Spacetelescope.org est ici.

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