les anneaux de saturne, d`uranus et de jupiter.

LES ANNEAUX DE SATURNE, D’URANUS ... ET
DE JUPITER.
A. Brahic
To cite this version:
A. Brahic. LES ANNEAUX DE SATURNE, D’URANUS ... ET DE JUPITER.. Journal
de Physique Colloques, 1980, 41 (C3), pp.C3-1-C3-16. <10.1051/jphyscol:1980301>.<jpa-
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Submitted on 1 Jan 1980
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JOURNAL DE PHYSIQUE
Colloque C3, supplément au n O 4, Tome 41, avril 1980, page C3-1
LES ANNEAUX DE SATURNE, D'URANUS , ET DE JUPITER,
A. Brahic
Observatoire de Paris, Université Paris VII, 92190 Meudon, France
Fig. 1.- Les anneaux de Saturne.
L'exploration actuelle du système so-
laire est une aventure aussi passionnante
que la découverte de l'Amérique il y a
quelques siècles, Grâce aux sondes spatia-
les et au développement de nouveaux instru-
ments, nous avons la chance de faire partie
de la génération qui assiste et participe
à la naissance d'une nouvelle discipline :
la Planétologie, C'est le type même de
science pluridisciplinaire, elle se trouve
au carrefour de l'astrophysique, de la
géophysique, de la r~inéralogie, de la mé-
téorologie, de la climatologie, de la
chimie, de la biologie,
... La Planétologie
s'efforce de répondre
à de nombreuses ques-
tions fondamentales gui préoccupent l'huma-
nité depuis des millénaires telles que
l'origine du système solaire, l'histoire
de la Terre et de la Lune, l'apparition de
la vie, en un mot aux questions "Qui sommes
nous
? D'oïi venons nous ? Où allons nous ?"
La Planétologie permet une étude compara-
tive de phénomènes jusque là observés seu-
lenent sur Terre. On assiste à la naissance
de-la ,g&crïogie -compa&e, de ra méte'orolo-
gie comparée, de la climatologie comparée,
... La Planétologie présente de nombreuses
Fig. 29.- Photo de l'anneau de Saturne prise par
la sonde Pionner
11.
retombées pratiques concernant unemeilleure
connaissance de notre planète et est une
porte ouverte
à l'exploration future.
1. Les anneaux planétaires.- Parmi les
nombreuses découvertes récentes dans le
donaine de la Planétologie, les anneaux des
planètes occupent une place de choix.Depuis
son annonce, le titre de cette conférence
est déjà dépassé. Alors que les anneaux de
Saturne sont connus depuis plus de
3 siè-
cles, ceux d'Uranus n'ont été découverts
qu'en
1977 à l'occasion de l'observation
d'une occultation d'étoile et ceux de
Jupiter en mars
1979 par lasonde Voyager 1..
La question de savoir si Neptune est-elle
aussi entourée d'anneaux se pose maintenant.
L'occultation d'une étoile pax Neptune le
20 Février 1980 sera peut-être l'occasion
d'une nouvelle découverte.
Alors qu'on se denandait, il y a quel-
ques années, pourquoi Saturne était la
seule planète entourée d'anneaux, l'existerr
ce d'anneaux autour des planètes géantes
paraît maintenant naturelle. Ceci n'est en
ef%èt pas étonnant : trës près d'une pla-
nète, les forces de marées (c'est-à-dire
l'attractiongravitationnelle différentielle
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1980301

C3-2 JOURNAL DE PHYSIQUE
de la planète en chaque point d'une parti-
cule) empêchent la formation de tout satel-
lite et brisent tout corps de grosse taille
(voir figure 2) . Par ailleurs les collisions
Fig. 2.- Le mathématicien français Reche adémontré
en 1850 qu'il existait autour d'une planète de
rayon
R et de densité p une limite d (appelée depuis
limite de Reche) en deçà de laquelle tout satellite
liquide de densité
p' est brisé par l'attraction
différentielle de la planète. d
= 2,4554 ~-P/P'-
Cette relation est obtenue en comparant l'attrac-
tion différentielle de la planète sur lesdifférents
points du satellite avec l'attraction propre du
satellite. Dans le cas d'un satellite solide, il
faut rajouter les forces de cohésion du satellite,
on trouve qu'à l'intérieur de la limite de Reche,
un corps solide ne peut pas dépasser une certaine
dimension (par exemple 200
km pour du granit autour
de Saturne).
Si la Lune était à moins de 18 000 km
de la Terre (au lieu de 400 OOO), elle serait bri-
sée en morceaux.
inélastiques entre les particules en orbite
autour d'une planète conduisent rapidement
à l'aplatissement du système et à la forma-
tion d'un disque d'épaisseur finie dans
le plan équatorial de la planète. Ce résul-
tat qualitativement pressenti par Poincaré
(voir ci-dessous) a été quantitativement
confirmé récemment par Brahic, Hénon et
Goldreich (voir références). Si on lançait
suffisamment de satellites artificiels
autour de la Terre, par le jeu de leurs
collisions mutuelles, ils formeraient un
anneau autour de la Terre.
Dans l'univers beaucoup d'objets, bien
différents quant
à leur nature et à leurs
dimensions, se présentent sous forme d'un
disque plat autour d'un corps ou d'un ren-
flement central.. Ces anneaux planétaires
sont non seulement fort intéressants en
eux-mêmes, ils sont aussi les systèmes en
forme de disque les plus proches de nous
et devraient nous révéler d'importantes
informations sur la dynamique de systèmes
aplatis moins accessibles tels que les
galaxies spirales, les disques d'accrétion
autour des objets compacts (trous noirs,
étoiles
à neutrons ou encore noyaux de
galaxies), la nébuleuse protosolaire avant
la formation des planètes ou encore le
disque des protosatellites autour des
protoplanètes.
Par ailleurs, ces anneaux
sont constitués de particules en mouvement
autour de la planète centrale qui subissent
de collisions inélastiques mutuelles.
a b
Fig. 3.- 2 disques dans l1Uriivers : la galaxie NGC 4565 et la galaxie dite du "Sombrero".

Fig. 4.- Exemple de collisions dans le système solaire. Ces cratères respectivement sur Mercure (a), la
Terre
(b), la Lune (c) et le satellite de Mars ~hobos (d) ont été créés par l'impact de corps d'une
grosseur voisine du kilomètre.

c3-4 JOURNAL DE PHYSIQUE
Leur étude devrait nous permettre de mieux nuages interstellaires ou de petits corps
comprendre ces collisions encore peu étu- solides au moment de la formation du
diées bien CU' elles soient fréquentes dans système solaire.
l'univers, qu'il s'agisse d'inmenses
Fig. 5.- Tableaux de l'astronome W.K. Hartmann représentant respectivement une collision très inélastique
(a) et l'accrétion de deux corps
à l'issue d'une collision moins violente (b)..
Après la dScouverte des anneaux de
Jupiter par les sondes Voyager 1 (5 Mars
1979) et Voyager 2 (9 juillet 1979), les
anneaux de Saturne seront visités ces 3
prochaines années par 3 sondes spatiales
:
Pionner 11 (le ler septembre 1979),Voyagerl
(le 13 novembre 1980) et Voyager 2 (le 27
août 1981). Voyager
2 devrait passer au
voisinaqe d'Uranus le 30 Janvier 1986. Pa-
rallèlement
à l'observation optique, radio,
infra-rouge et radar depuis la Terre ainsi
qu'à de nombreux travaux théoriques qui
commencent
à se développer, cette explora-
tion devrait nous ~ermettre de beaucoun
mieux comprendre 1: physique des anneaix
1
planétaires au cours des années 80.
Nous nous contenterons ici d'une brève
description non exhaustive et d'un niveau
élémentaire des principales propriétés et
des principaux problèmes relatifs aux 3
familles connues d'anneaux. Le lecteur
curieux est renvoyé
à la bibliographie ci-
dessous.
2. Les anneaux de Saturne.- L'anneau de
Fig. 6.- Dessins de Saturne observés en 1610 et
Saturne, le plus bel objet qu'on puisse
1664. La mauvaiçe qualité des lunettes de l'époque
voir dans le ciel, est encore très na1 rendait très difficile l'observation des anneaux
et, comme toujours lorsqu'on est
à la limite de
connu. Galilée l'observa en 1610, mais
révolution, certains astronomes se querellaient
c'est Huyghens, en 1654, qui le premier sur la nature du matériau qui entoura.it Saturne.
comprit qu'il s'agissait d'un anneau autour
de la planète (voir figures 6, 7, et 8)
.