Saturne (planète)

Saturne est la sixième planète du Système solaire par ordre d'éloignement au Soleil, et la deuxième plus grande par la taille et la masse après Jupiter. C'est une planète géante gazeuse comme Jupiter. Son rayon moyen de est environ neuf fois et demi celui de la Terre et sa masse de est plus grande. Elle orbite en moyenne à environ de kilomètres du Soleil (), sa période de révolution valant un peu moins de tandis que sa période de rotation est estimée à .

Elle est bien connue pour son système d'anneaux constitué principalement de particules de glace et de poussières. Saturne est la planète possédant le plus grand nombre de satellites naturels, avec contre les , associés à des centaines de satellites mineurs. Sa plus grande lune, Titan, est la deuxième plus grande du Système solaire (derrière Ganymède, lune de Jupiter, toutes deux plus grandes que Mercure) et c'est la seule lune connue à posséder une atmosphère. Une autre lune remarquable, Encelade, émet de puissants geysers de glace et serait un habitat potentiel pour la vie microbienne.

Saturne est très probablement composée d'un noyau de silicates et de fer entouré de couches constituées en volume à 96 % d'hydrogène qui est successivement métallique puis liquide puis gazeux, mêlé à de l'hélium. Ainsi, elle ne possède pas de surface solide et est la planète ayant la densité moyenne la plus faible avec . Un courant électrique dans la couche d'hydrogène métallique génère une magnétosphère, la deuxième plus grande du Système solaire mais beaucoup plus petite que celle de Jupiter. L'atmosphère de Saturne est généralement terne et manque de contraste, bien que des caractéristiques de longue durée puissent apparaître comme un hexagone à son pôle nord. Les vents, pouvant atteindre , sont les deuxièmes plus rapides du Système solaire après ceux de Neptune. Elle a été explorée par quatre sondes spatiales : Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2 et Cassini-Huygens (du nom de deux astronomes ayant grandement fait avancer les connaissances sur le système saturnien au ).

Observable à l'œil nu dans le ciel nocturne grâce à sa magnitude apparente moyenne de 0,46 , elle est connue depuis la Préhistoire et a longtemps été la planète connue la plus éloignée du Soleil. Son observation a inspiré des mythes et elle porte le nom du dieu romain du temps, Saturne (Cronos dans la mythologie grecque), son symbole astronomique ♄ représentant la faucille du dieu.

Caractéristiques physiques Masse et dimensions alt=Saturne et la Terre côte à côte. Saturne est bien plus imposante que la Terre.|gauche|vignette|Comparaison de taille entre la Terre et Saturne. Saturne a la forme d'un ellipsoïde de révolution : la planète est aplatie aux pôles et renflée à l'équateur, conséquence de sa rapide rotation sur elle-même et d'une composition interne extrêmement fluide.. Par convention, la surface de la planète est définie comme l'endroit où la pression atmosphérique est égale à et est utilisée comme point de référence pour les altitudes.. Ses rayons équatoriaux et polaires diffèrent de près de 10 % avec contre , ce qui donne un rayon moyen volumétrique de ... Cela revient un aplatissement de 0,098, le plus grand des planètes géantes ..

Saturne est la deuxième planète la plus massive du Système solaire, d'une masse moindre que Jupiter, mais supérieure à celle de Neptune et supérieure à celle d'Uranus.. Jupiter et Saturne représentant respectivement et la masse terrestre, les deux planètes possèdent 92 % de la masse planétaire totale du Système solaire.

La gravité de la surface le long de l'équateur, , vaut 90 % de celle à la surface de l'équateur terrestre. Cependant, la vitesse de libération à l'équateur est de , soit environ trois fois plus que sur Terre.

Saturne est la planète la moins dense du Système solaire avec , soit environ 70 % de la densité de l'eau. En effet, bien que le noyau de Saturne soit considérablement plus dense que l'eau, la densité moyenne est abaissée en raison de son importante atmosphère. Pour illustrer cela, il est parfois évoqué que s'il existait un océan assez grand pour la contenir, elle flotterait... En réalité, il serait impossible d'avoir une planète avec un océan suffisamment profond et la cohésion de Saturne ne serait pas maintenue, car elle est gazeuse, son noyau très dense coulerait donc en conséquence...

Structure interne redresse=2|gauche|vignette|alt=Saturne est divisée en trois zones : noyau, zone intermédiaire plus large d'hydrogène métallique et enfin hydrogène moléculaire.|Schéma simplifié de la structure interne de Saturne. Saturne est classée comme une géante gazeuse, car elle est principalement composée d'hydrogène et d'hélium.. Ainsi, les modèles planétaires standards suggèrent que l'intérieur de Saturne est similaire à celui de Jupiter, avec un noyau rocheux entouré d'hydrogène et d'hélium ainsi que de traces de substances volatiles ..

Le noyau rocheux serait d'une composition similaire à la Terre, constitué de silicates et de fer, mais plus dense.. Il est estimé à partir du champ gravitationnel de la planète et des modèles géophysiques des planètes gazeuses que le noyau doit avoir une masse allant de 9 à 22 masses terrestres.., atteignant un diamètre d'environ . Celui-ci est entouré d'une couche d'hydrogène métallique liquide plus épaisse, suivie d'une couche liquide d'hydrogène moléculaire et d'hélium qui se transforme progressivement en gaz en fonction de la croissance de l'altitude. La couche la plus externe s'étend sur et se compose de gaz. Aussi, la majeure partie de la masse de Saturne n'est pas en phase de gaz, car l'hydrogène devient liquide lorsque la densité est supérieure à , cette frontière étant atteinte à la surface d'une sphère correspondant à 99,9 % de la masse de Saturne.

Saturne possède une température interne très élevée, atteignant en son cœur et irradiant, comme Jupiter, plus d'énergie dans l'espace qu'elle n'en reçoit du Soleil .. L'énergie thermique de Jupiter est générée par le mécanisme de Kelvin-Helmholtz de compression gravitationnelle lente, mais un tel processus à lui seul n'est pas suffisant pour expliquer la production de chaleur de Saturne, car elle est moins massive.. Un mécanisme alternatif ou supplémentaire serait la génération de chaleur par la de gouttelettes d'hélium dans les profondeurs de Saturne. Au fur et à mesure que les gouttelettes descendent à travers l'hydrogène de densité inférieure, le processus libérerait ainsi de la chaleur par frottement et laisserait les couches externes de Saturne appauvries en hélium.. Ces gouttelettes descendantes peuvent s'être accumulées dans une coquille d'hélium entourant le noyau.. Cette immiscibilité de l'hydrogène et de l'hélium, prévue théoriquement depuis les années 1970, a été vérifiée expérimentalement en 2021... Il est également suggéré que des pluies de diamants se produisent à l'intérieur de Saturne, tout comme au sein de Jupiter. et des géantes de glace Uranus et Neptune..

Cependant, étant donné sa distance au Soleil, la température de Saturne descend rapidement jusqu'à atteindre à puis à , pour une température effective de .

Atmosphère

Composition vignette|Structures nuageuses prises par la sonde Cassini en août 2005 à environ de la planète..|alt=Gros plan sur la planète. on observe des nuances d'orange et de blanc en bandes. La haute atmosphère de Saturne est constituée à 96,3 % d'hydrogène et à 3,25 % d'hélium en volume. Cette proportion d'hélium est significativement plus faible que l'abondance de cet élément dans le Soleil. La quantité d'éléments plus lourds que l'hélium (appelée métallicité) n'est pas connue avec précision, mais les proportions sont supposées correspondre aux abondances primordiales issues de la formation du Système solaire ; la masse totale de ces éléments est estimée à 19 à celle de la Terre, une fraction significative étant située dans la région du noyau de Saturne.. Des traces de méthane , d'éthane , d'ammoniac , d'acétylène et de phosphine ont également été détectées..

Le rayonnement ultraviolet du Soleil provoque une photolyse du méthane dans la haute atmosphère, conduisant à la production d'hydrocarbures, les produits résultants étant transportés vers le bas par les tourbillons de turbulence et par diffusion.. Ce cycle photochimique est modulé par le cycle saisonnier de Saturne..

Couches de nuages vignette|Les bandes entourant Saturne sont causées par le méthane. Dioné est visible sous les anneaux à droite.|alt=Image en noir et blanc de Saturne. Les bandes sont contrastées en nuances de gris.|gauche De manière similaire à Jupiter, l'atmosphère de Saturne est organisée en bandes parallèles, même si ces bandes sont moins contrastées et plus larges près de l'équateur.. Ces bandes sont causées par la présence de méthane dans l'atmosphère planétaire, celles-ci étant d'autant plus foncées que la concentration est grande..

Le système nuageux de Saturne n'est observé pour la première fois que lors des missions Voyager dans les années 1980. Depuis, les télescopes terrestres ont progressé et permettent de pouvoir suivre l'évolution de l'atmosphère saturnienne.. Ainsi, des caractéristiques courantes sur Jupiter, comme les orages ovales à longue durée de vie, sont retrouvées sur Saturne ; par ailleurs, la nomenclature utilisée pour décrire ces bandes est la même que sur Jupiter.. En 1990, le télescope spatial Hubble observe un très grand nuage blanc près de l'équateur de Saturne qui n'était pas présent lors du passage des sondes Voyager, et en 1994 une autre tempête de taille plus modeste est observée...

La composition des nuages de Saturne varie avec la profondeur et la pression croissante. Dans les régions les plus hautes, où les températures évoluent entre et et la pression entre 0,5 et , les nuages se composent de cristaux d’ammoniac. Entre 2,5 et se trouve de la glace d’eau à des températures de à . Ces nuages s’entremêlent à des nuages de glace d’hydrosulfure d’ammonium comprise entre 3 et , avec des températures de à .. Enfin, les couches inférieures, où les pressions sont comprises entre 10 et et les températures de à , contiennent une région de gouttelettes d'eau avec de l'ammoniaque (ammoniac en solution aqueuse)..

Dans les images transmises en 2007 par la sonde Cassini, l'atmosphère de l'hémisphère nord apparaît bleue, de façon similaire à celle d'Uranus.. Cette couleur est probablement causée par diffusion Rayleigh..

Tempêtes vignette|Une Grande Tache blanche prise par Cassini en février 2011..|alt=Une grande tempête blanche est visible dans l'hémisphère nord de Saturne, vers +60° de latitude.Les vents de Saturne sont les deuxièmes plus rapides parmi les planètes du Système solaire, après ceux de Neptune.. Les données de Voyager indiquent des vents d'est allant jusqu'à ()...

La tempête observée en 1990 est un exemple de Grande tache blanche, un phénomène unique mais de courte durée se produisant une fois par année saturnienne, soit toutes les terrestres, à l'époque du solstice d'été de l'hémisphère nord.. De grandes taches blanches sont précédemment observées en 1876, 1903, 1933 et 1960.. La dernière Grande tache blanche est observée par Cassini en 2010 et 2011.. Lâchant de larges quantité d'eau de façon périodique, ces tempêtes indiquent que la basse atmosphère saturnienne contiendraient plus d'eau que celle de Jupiter.

175x175px|alt=Image en noir et blanc de Saturne vue de haut et montrant un hexagone foncé au pôle nord.Pôle Nord : Hexagone de Saturne en 2016..209x209px|alt=Image en nuances rouges de SAturne et de ses anneaux, le pôle sud est le point le plus clair de l'image.Pôle Sud : Vue en infrarouge révélant le vortex chaudLe rectangle noir en bas à droite est causé par un manque de données...