Une nouvelle étude basée sur les données de la sonde spatiale Cassini-Huygens montre que la structure et le comportement de la magnétosphère, le champ magnétique protecteur autour de Saturne, sont très différents de ce à quoi les scientifiques s'attendaient sur la base de leur expérience sur Terre. L'équipe de recherche a souligné que cette découverte montre que les planètes géantes à rotation rapide comme Saturne suivent un ensemble de « règles » différent de celui de la Terre en ce qui concerne la formation et le fonctionnement de la magnétosphère.
Cette étude a été publiée dans Nature Communications. L'équipe d'auteurs comprenait le Dr Licia Ray et le Dr Sarah Badman de l'Université de Lancaster au Royaume-Uni, ainsi que le Dr Chris Arridge, qui a travaillé à l'école. Ils ont utilisé les données obtenues par Cassini lors de son orbite autour de Saturne de 2004 à 2010, en se concentrant sur l'analyse de la position spatiale et de l'évolution des modèles de ce qu'on appelle la « cuspide magnétosphérique » dans la magnétosphère de Saturne.
La mission "Cassini-Huygens", mise en œuvre conjointement par la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale italienne, a orbité autour de Saturne de 2004 à 2017, explorant systématiquement le corps de la planète, ses anneaux, de nombreux satellites et son environnement spatial environnant. Dans cette accumulation de données à long terme, les chercheurs ont verrouillé la position statistique de la pointe de la magnétosphère de Saturne et l'ont comparée à des observations similaires sur Terre. La magnétosphère est la zone où le champ magnétique de la planète résiste au « vent solaire » de particules chargées provenant du soleil. Il agit comme un « bouclier » invisible qui dévie et bloque les particules de haute énergie à grande échelle ; mais près des pôles, la magnétosphère aura une ouverture en forme d’entonnoir – la pointe de la magnétosphère – à travers laquelle les particules du vent solaire pourront atteindre la haute atmosphère le long de lignes magnétiques.
Les résultats montrent que la position de la pointe de la magnétosphère de Saturne est très différente de celle de la Terre. Sur Terre, en raison de sa rotation lente et de son équilibre relativement simple entre le champ magnétique et la pression du vent solaire, la pointe de la magnétosphère est généralement située près de la direction du « midi local », qui est le côté de la planète face au soleil. Pour Saturne, la situation est complètement différente : le fort effet de rotation semble « entraîner » la pointe de la magnétosphère de la « direction midi » vers le côté soir. Les statistiques montrent que la pointe de la magnétosphère de Saturne se situe en moyenne entre 13h00 et 15h00, heure locale, et peut se déplacer jusqu'à 20h00, ce qui est évidemment dévié dans la « direction du crépuscule ».
L'équipe de recherche a souligné que ce « décalage du côté crépusculaire » signifie que la vitesse de rotation de la planète elle-même est suffisante pour remodeler dans une large mesure l'environnement spatial qui l'entoure, maîtrisant même le contrôle du vent solaire. Saturne met environ 10,7 heures pour faire une rotation, beaucoup plus vite que les 24 heures de la Terre, et sa magnétosphère est également remplie d'une grande quantité de matière ionisée provenant du satellite « Encelade ». Ensemble, ces facteurs renforcent l’effet de « traînée » rotationnel du champ magnétique et du plasma. Sous un tel mécanisme, le champ magnétique de Saturne et la matière chargée en rotation rapide à l'intérieur formeront un angle plus complexe avec le vent solaire, provoquant un déplacement systématique de la structure globale de la magnétosphère vers le côté crépusculaire.
Ce nouveau résultat rafraîchit non seulement la compréhension de la structure géométrique de la magnétosphère de la planète géante, mais met également en avant des exigences de révision pour la compréhension de plusieurs processus physiques clés. Les changements dans la position de la pointe de la magnétosphère affecteront directement la zone et l’efficacité de la reconnexion magnétique. Ce phénomène explosif de « rupture et reconnexion » des lignes de champ magnétique peut convertir l'énergie magnétique en énergie cinétique de particules chargées en très peu de temps, les accélérant jusqu'à des milliers d'électrons-volts ou même des énergies plus élevées. Dans le même temps, la formation et la distribution de la luminosité des aurores de Saturne sont également étroitement liées à la position de reconnexion magnétique, à l'énergie des particules incidentes et à la structure géométrique de la magnétosphère. La pointe de la magnétosphère est orientée vers le côté crépuscule, ce qui signifie que « l’entrée d’énergie » et la forme de l’aurore devront peut-être être réinterprétées.
"Ce résultat nous permet de construire une nouvelle théorie plus complète sur la façon dont la magnétosphère de la planète interagit avec le vent solaire." a déclaré Licia Ray de l'Université de Lancaster. Elle a particulièrement souligné l'importance de la position de la pointe de la magnétosphère du côté du crépuscule pour comprendre les brillantes aurores de Saturne et prédire la zone où se produit la reconnexion magnétique. Elle a souligné que même huit ans après la fin de la mission Cassini, ces données contiennent toujours une riche valeur scientifique et doivent être continuellement explorées.
À un niveau plus macro, cette recherche renforce la confiance de la communauté scientifique dans la conjecture de longue date selon laquelle « les planètes géantes en rotation rapide sont une autre affaire ». Pour les planètes terrestres comme la Terre qui tournent lentement, la forme de la magnétosphère est principalement déterminée par l’équilibre entre la pression externe du vent solaire et l’intensité du champ magnétique interne. Cependant, pour les planètes géantes gazeuses telles que Saturne, la rotation à grande vitesse et les sources de plasma internes domineront dans une large mesure la structure de la magnétosphère, ce qui rendra difficile l'application directe des modèles empiriques traditionnels basés sur la Terre.
L'équipe de recherche a déclaré que la cartographie précise et l'analyse du mécanisme de la pointe de la magnétosphère de Saturne fourniront une référence importante pour la détection future d'autres planètes géantes telles que Jupiter, Uranus et Neptune, et aideront également à expliquer le comportement de la magnétosphère des exoplanètes telles que les « Jupiters chauds » et d'autres planètes à rotation rapide avec des champs magnétiques puissants. Avec davantage de missions d'exploration de l'espace lointain, les scientifiques devraient tester cette image d'une « magnétosphère dominée par la rotation » sur un échantillon plus large de planètes, améliorant ainsi notre compréhension globale de l'interaction entre les champs magnétiques planétaires et la météo spatiale.