Prométhée, la lune qui strie l'anneau F
Prométhée est une lune allongée de Saturne, en forme de pomme de terre, longue d'environ 136 km pour un diamètre moyen de 86 km, qui orbite juste à l'intérieur de l'étroit anneau F. C'est le berger intérieur de cet anneau, Pandore occupant l'extérieur. Chaque fois que Prométhée s'approche de l'anneau sur son orbite légèrement excentrique, sa gravité en arrache des traînées de matière et y laisse des sillons sombres, un motif répété que Cassini a filmé en détail.
Sommaire
Découverte et nom
Prométhée a été repérée en octobre 1980 sur des images de Voyager 1, peu après la découverte de l'anneau F lui-même par Pioneer 11 en 1979. La découverte est attribuée à l'équipe d'imagerie Voyager, Stewart Collins et ses collègues ayant identifié la lune. Sa voisine de l'autre côté de l'anneau, Pandore, a été trouvée sur les mêmes images. Dans la mythologie grecque, Prométhée est le Titan qui déroba le feu aux dieux pour l'offrir aux humains, et le frère d'Épiméthée, dont le nom a été donné à l'une des lunes coorbitales un peu plus éloignées.
Une lune bergère de l'anneau F
L'anneau F est un anneau étroit, d'aspect parfois tressé, situé à environ 140 200 km du centre de Saturne, au-delà de l'anneau A. Son cœur brillant ne fait que quelques dizaines de kilomètres de large. Les scientifiques de Voyager ont proposé que Prométhée et Pandore le confinent de part et d'autre, chacune repoussant les particules loin de sa propre orbite. Ce modèle de « bergers », élaboré par Peter Goldreich et Scott Tremaine pour les anneaux d'Uranus, explique une partie des observations ; mais Cassini a dévoilé une réalité plus complexe : l'anneau F est aussi façonné par des collisions avec de petits corps qui le traversent ou le côtoient, et le rôle de Prométhée s'est révélé bien plus visible que celui de Pandore. Le sujet général est abordé dans la page sur les satellites bergers.
Traînées et sillons
L'orbite de Prométhée et l'anneau F sont tous deux légèrement excentriques. Une fois par orbite, soit toutes les 14,7 heures environ, Prométhée atteint son point le plus éloigné de Saturne et s'approche au plus près de l'anneau. Sa gravité attire alors vers elle une traînée de matière. Puis la lune s'éloigne, et les particules perturbées, désormais sur des orbites légèrement différentes, se dispersent en laissant un sillon sombre, un couloir appauvri en matière.
Comme les particules les plus proches de Saturne tournent plus vite, chaque nouveau sillon est cisaillé par la rotation différentielle et s'incline avec le temps. On obtient ainsi une succession régulière de structures en traînées et sillons le long de l'anneau, une par orbite de la lune, comme les traits d'un peigne passé et repassé dans l'anneau. Les séquences animées de Cassini montrent le phénomène en cours : les sillons les plus récents sont nets, les plus anciens s'estompent en s'étirant.
L'intensité de l'interaction varie selon un cycle plus long. Les orientations des orbites excentriques de Prométhée et de l'anneau F tournent à des vitesses différentes, si bien que l'approche de la lune se fait plus ou moins serrée selon une période d'environ 17 ans. Vers 2009, l'alignement a amené Prométhée au plus près, au point qu'elle a peut-être plongé dans les franges de l'anneau.
Grumeaux et mini-jets
Les perturbations répétées de Prométhée pourraient aussi favoriser l'agglomération de particules en petits amas temporaires. Cassini a observé dans l'anneau F des « mini-jets » brillants et des grumeaux, que les chercheurs attribuent à des collisions entre la matière de l'anneau et de petits corps, dont certains se formeraient dans le sillage de Prométhée.
Une orbite chaotique
Prométhée et Pandore s'attirent mutuellement. Leurs orbites sont proches d'une résonance 121:118, et leurs interactions culminent environ tous les 6,2 ans, lorsque leurs orbites sont les mieux alignées. Ces à-coups rendent leurs mouvements chaotiques sur le long terme. L'effet a été remarqué lors du passage de la Terre dans le plan des anneaux en 1995 : le télescope spatial Hubble a trouvé Prométhée environ 20 degrés en retard sur la position prévue d'après les données de Voyager, tandis que Pandore était en avance.
Un corps poreux et allongé
Prométhée est très allongée, son grand axe pointé vers Saturne sous l'effet des marées. Les images de Cassini montrent une surface marquée de crêtes, de vallées et de cratères, en partie recouverte de matériau fin. Sa densité d'environ 0,48 g/cm³ indique un corps poreux, fait de glace faiblement liée. Cette forme allongée et cette faible densité sont typiques des lunes des anneaux, groupe qui comprend aussi Pan, Daphnis et Atlas.
Questions fréquentes
Quel effet Prométhée a-t-elle sur l'anneau F ?
À chaque orbite, quand Prométhée passe au plus près de l'anneau F, sa gravité en arrache une traînée de matière et laisse un sillon sombre. La répétition du processus crée une série régulière de structures inclinées le long de l'anneau.
Quelle est la taille de Prométhée ?
Prométhée mesure environ 136 × 79 × 59 km, soit un diamètre moyen d'environ 86 km. C'est l'une des plus grandes lunes intérieures, mais sa forme reste très irrégulière.
Prométhée est-elle un satellite berger ?
Oui. Elle orbite juste à l'intérieur de l'anneau F et, avec Pandore à l'extérieur, a été qualifiée de berger de l'anneau. Cassini a montré que son influence est la plus visible des deux.
Quand Prométhée a-t-elle été découverte ?
Prométhée a été découverte en octobre 1980 sur des images de Voyager 1, en même temps que Pandore.
Sources
- NASA Science : les lunes de Saturne
- NASA : mission Cassini
- Murray, C. D. et al., « How Prometheus creates structure in Saturn's F ring », Nature 437 (2005)
- Goldreich, P. et Rappaport, N., « Chaotic motions of Prometheus and Pandora », Icarus 162 (2003)