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Histoire de la découverte des anneaux de Saturne



Par Tom Burns – Observation des étoiles
Ah, Saturne! Aucune vue astronomique n’est plus époustouflante, même dans un petit télescope, que le bord du chapeau céleste de Saturne. Vers 21 heures, recherchez la planète annelée bas dans le ciel sud comme un point de lumière jaune pâle. Vous ne pouvez pas le rater si vous commencez par trouver Jupiter beaucoup plus brillant sur sa droite.
Il y a quelques semaines, j'ai esquissé un aperçu de l'histoire de la découverte des anneaux de Saturne. Cette semaine, j'ai pensé compléter quelques détails étranges, et il y en a beaucoup.
La plupart des gens imaginent que la science en général et l'astronomie en particulier sont remplies de gens calmes et déterminés qui cherchent sans cesse après la vérité. Le fait est que l'histoire de l'astronomie est remplie d'étrangeté à l'échelle cosmique. Même les plus grandes découvertes sont souvent enveloppées de sombres présages et d'événements étranges.
Ce fut le cas avec la découverte des anneaux de Saturne.
Saturne est la planète la plus éloignée du soleil visible à l'œil nu. À environ un milliard de kilomètres de notre étoile du jour, il faut près de 30 ans pour faire une orbite. En conséquence, il se déplace très lentement sur les étoiles de fond, un mouvement que nos anciens ancêtres considéraient comme majestueux et beau.
Les anciens n'avaient pas de télescope, bien sûr, de sorte que les anneaux qui ceinturaient la planète leur étaient inconnus. Ils ont vu les planètes comme parfaites et immuables, leurs mouvements prévisibles. Dire le contraire était une hérésie, un blasphème contre les dieux qui les ont créés.
Cela était vrai même jusqu'au début du XVIIe siècle, lorsque l'inquisition brandissait encore son poing ganté de velours sur la vie intellectuelle de l'Europe.
Galileo Galilee était un adepte du modèle copernicien du cosmos, qui plaçait le soleil au centre et les planètes tournant autour de lui. La hiérarchie de l'Église catholique épousait encore l'ancien modèle ptolémaïque, qui plaçait la Terre au centre. Ils voyaient les cieux comme des reflets immuables et parfaits de la puissance d’un Dieu parfait.
Mais ce n’était pas le modèle centré sur le soleil de Galilée qui lui avait causé des ennuis avec l’Église. Vous voyez, Galilée était un scientifique. Il croyait que l'observation directe de l'univers produit notre meilleure compréhension de son fonctionnement. L'église croyait que les sens pouvaient nous tromper. Seule la révélation divine produit une vraie compréhension.
Quand Galilée a pointé pour la première fois son petit télescope vers Saturne, il a vu quelque chose qui l'a tellement choqué qu'il a dû dire au monde: «SMAISMRMIMLEPOETALEUMIBUNENUGTTAURIAS», écrit-il.
Ha! Insensé Galilée. Cette conclusion est, comme vous pouvez le voir clairement, totalement incorrecte.
Confus? Tu devrais être. Ce message cryptique est un anagramme – d'une phrase latine, rien de moins. Il dit: «Altissimum planetam tergeminum obseruani.»
Le télescope de Galilée était si pauvre par rapport aux normes d’aujourd’hui qu’il n’avait pas vu les anneaux. Au lieu de cela, il avait observé deux bosses circulaires perchées de chaque côté de la planète comme des oreilles planétaires de Mickey-Mouse. Comme le latin se traduit vaguement en anglais, «j'ai vu la plus haute planète (Saturne) avoir une forme triple.»
Quelques mois plus tard, Galilée a traduit son anagramme pour le monde. Ceci et d'autres observations télescopiques des cieux l'ont mis dans un monde de trouble. Il a essayé de montrer aux autres ce qu'il avait vu, mais rappelez-vous, les sens peuvent nous tromper. Les télescopes sont difficiles à utiliser, surtout lorsque vous ne savez pas comment les regarder. Les cobayes de Galilée ont été parmi les premiers humains à regarder à travers un télescope, et on ne peut leur reprocher de ne rien voir du tout.
En outre, les planètes devaient être des représentations parfaites de la puissance de Dieu. Quelle meilleure représentation de la perfection est là qu'une sphère parfaite et uniforme. Les oreilles de Mickey Mouse ne correspondaient pas exactement à cette image.
En 1665, l'astronome néerlandais Christian Huygens avait mis au point un meilleur télescope, qu'il avait entraîné sur la planète Saturne. Voici sa découverte surprenante dans ses propres mots:
«aaaaaaacccccdeeeeeghiiiiiiillllmmnnnnnnnnooooppqrrstttttuuuuu.»
Ha! En l'honneur de Galilée, Huygens avait publié ses observations sous la forme d'un autre anagramme latin, qui dit en anglais: «Saturne est ceint d'un anneau fin et plat, ne le touchant nulle part, et incliné vers l'écliptique.» Je laisserai à tous les fans d'anagrammes le soin de comprendre ce qu'est le latin.
En 1665, la plupart des astronomes se sont habitués à la théorie de l'anneau. En 1675, l'astronome italien G.D. Cassini découvrit une lacune dans la structure de l'anneau, une ligne sombre tout autour qui divisait le système d'anneau en deux. Le nombre d'anneaux augmentait lentement à mesure que les télescopes s'amélioraient.
En 1787, Pierre-Simon Laplace a proposé que les anneaux soient constitués de nombreuses boucles solides. Ils devraient tourner rapidement autour de Saturne ou la gravité de Saturne les ferait s'effondrer dans la planète.
Cependant, en 1859, James Clerk Maxwell a prouvé mathématiquement que les anneaux solides en rotation rapide se déchireraient tout simplement. Au lieu de cela, il a suggéré que les anneaux devaient être constitués d'un nombre énorme de petites particules, de minuscules «lunes», qui étaient toutes en orbite autour de Saturne.
Ses calculs mathématiques font 60 pages, donc je ne les décrirai pas. ici (pas que je les comprends de toute façon). Cependant, ses conclusions, basées uniquement sur les mathématiques, étaient positivement prémonitoires:
«… (L) e seul système d'anneaux qui peut exister est celui composé d'un nombre indéfini de particules non connectées, tournant autour de la planète avec des vitesses différentes selon leurs distances respectives. Ces particules peuvent être disposées en série d'anneaux étroits, ou elles peuvent se déplacer les unes dans les autres de manière irrégulière. Dans le premier cas, la destruction du système sera très lente, dans le second cas, elle sera plus rapide, mais il peut y avoir une tendance à une disposition en anneaux étroits, ce qui peut retarder le processus. »
Maxwell avait prédit le grand nombre d'anneaux que nous voyons dans les vaisseaux spatiaux aujourd'hui! Plus important encore, il l'avait fait sans observation directe. Au lieu de cela, il a utilisé les mathématiques, le langage que parle l'univers.
En 1895, l'analyse spectroscopique des anneaux a prouvé que Maxwell avait raison, du moins en ce qui concerne le «nombre indéfini de particules non connectées».
Nous sachez maintenant que les anneaux ont une largeur d'environ 235 000 miles autour de la planète. Saturne et son système d'anneaux se logeraient simplement entre la Terre et sa lune.
Pourtant, à leur plus large, ils ne font pas plus d'un demi-mille d'épaisseur, et à certains endroits, ils ne sont pas plus épais que 10 mètres environ. Ils sont beaucoup plus minces qu'une feuille de papier si vous l'avez agrandie à la taille de l'anneau.
Ils sont constitués pour la plupart de minuscules particules de glace d'eau principalement avec une trace de matériau rocheux mélangé. En d'autres termes, ils sont comme le sale des morceaux de glace que vous pourriez trouver gelés dans les passages de roue de votre voiture en hiver.
Les particules annulaires individuelles, des milliards d'entre elles, tournent toutes rapidement autour de la planète. Parce qu'ils sont à 800 millions de kilomètres, nous les voyons comme un anneau solide. La distance seule crée l'illusion d'un anneau solide.
Ce qui ressemble à un anneau unique est en réalité une multitude de minces cercles concentriques. Une lunette de taille moyenne à un grossissement plus élevé montrera la division de Cassini, la division la plus large des anneaux, environ à mi-chemin de la planète.
Même le vaisseau spatial Cassini, qui était en orbite autour de Saturne de 2004 à 2017, n'a pas pu résoudre les anneaux. en particules. Il pourrait, cependant, résoudre les sept ou huit sections principales de l'anneau en milliers de boucles avec d'étranges tourbillons, tourbillons et lacunes qui perturbaient la parfaite cohérence des anneaux. Il pouvait également voir dans les anneaux certains des plus gros morceaux – les lunes et les moonlets de Saturne – qui n'avaient jamais été vus auparavant.
Cassini a fourni des preuves irréfutables que les boucles et leurs tourbillons et espaces ont été créés par les lunes et les moonlets, qui ont exercé leur influence gravitationnelle sur les anneaux.
Ces «lunes de berger» ont divisé les anneaux en leurs nombreuses divisions, mais pas par leur force gravitationnelle individuelle. En travaillant en couple, leurs interactions gravitationnelles avec les anneaux et les uns avec les autres ont créé des «résonances gravitationnelles» qui représentaient à la fois le grand nombre d'anneaux et les perturbations en leur sein.
Les connaissances de Cassini sur les anneaux ont produit au moins une autre découverte importante. Parce que Saturne n'a pas de surface solide, cette surface change constamment. Par conséquent, il est difficile de déterminer la longueur de la rotation de Saturne, c'est-à-dire la durée exacte d'un jour saturnien.
En fait, toutes les perturbations dans les anneaux ne sont pas causées par ses lunes de berger. Certains d'entre eux sont causés par Saturne lui-même. En étudiant ces perturbations causées par Saturne, les astronomes ont pu calculer que Saturne tournait toutes les 10 heures, 33 minutes et 33 secondes.
Envoie des frissons dans la colonne vertébrale, n'est-ce pas? Cela devrait. De tels calculs dépassent la dextérité mathématique de Maxwell plus de 100 ans plus tôt, sauf qu'il a dû faire ses 60 pages de calculs mathématiques à la main. Maintenant, des calculs beaucoup plus complexes sont devenus informatisés et banals.
Si un tel legerdemain mathématique semble encore un peu ringard et ésotérique, alors essayez ceci:
Cassini a déterminé une fois pour toutes que les énormes champs gravitationnels et magnétiques de Saturne aspiraient. la substance de ses anneaux hors de son orbite. Bientôt, au moins dans le temps cosmique, Saturne perdra entièrement ses anneaux incroyablement beaux et facilement visibles. Tout ce qui peut rester, ce sont des anneaux de poussière faibles et presque invisibles causés par les impacts de micrométéorites sur certaines des lunes les plus solides de Saturne. Dans 100 millions d'années, il sera trop tard.
Par Tom Burns
Stargazing


Tom Burns est l'ancien directeur de l'Observatoire Perkins dans le Delaware.

Tom Burns est l'ancien directeur de l'Observatoire Perkins dans le Delaware.
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