vignette|Les anneaux de Saturne. Les anneaux de Saturne sont les anneaux planétaires les plus importants du Système solaire, situés autour de la géante gazeuse Saturne. Bien qu'ils semblent continus vus depuis la Terre, ils sont en fait constitués d'innombrables morceaux de glace (95 à 99 % de glace d'eau pure selon les analyses spectroscopiquesLes blocs de glace ont une taille de l'ordre de à quelques mètres.) et de poussières dont la taille varie de quelques micromètres à quelques centaines de mètres. ; ils ont chacun une orbite différente. L'ensemble des anneaux forme un disque d'une largeur de (les anneaux principaux s'étendent de ) comportant plusieurs divisions de largeurs diverses et d'une épaisseur de .
Invisibles à l'œil nu depuis la Terre, les anneaux de Saturne ont cependant une brillance suffisanteIls ont un albédo variant de 0,2 à 0,6. pour être observés avec des jumelles.
Ils ont été aperçus en 1610 par le savant italien Galilée grâce à une lunette astronomique de sa conception. Celui-ci a interprété ce qu'il voyait comme de mystérieux appendices. Bénéficiant d'une meilleure lunette que Galilée, le Hollandais Christiaan Huygens a découvert qu'il s'agit en fait d'un anneau entourant Saturne.
La sonde Cassini de la NASA (dans ses derniers mois de service, publiés en ) a montré que la masse des anneaux est faible et qu'une suie micrométéorique pénètre abondamment le système saturnien, ce qui plaide pour une date de formation récente de ces anneaux : quelques centaines de millions d'années peut-être, alors qu'on admettait généralement qu'ils dataient de la formation du Système solaire..
Observation Du vignette|upright=0.5|left|Galilée. Le savant italien Galilée a été le premier à observer les anneaux de Saturne, le , à l'aide d'une lunette de sa fabrication, mais il n'a pu en identifier la forme. Il a vu ces « taches » comme .. Il a également décrit que Saturne semblait avoir des « oreilles » ou des « anses »... En 1612, le plan des anneaux était orienté directement vers la Terre, et les anneaux semblaient disparaître. Mystifié, Galilée s'était demandé : , en faisant référence au dieu de la mythologie romaine Saturne qui dévorait ses propres enfants pour éviter qu'ils ne le renversent.. Les anneaux ont été de nouveau visibles, en 1613, et Galilée n'a su qu'en déduire..
vignette|Dans un dessin de 1666, Robert Hooke a noté les ombres (a et b) projetées par la planète et les anneaux l'un sur l'autre.
En 1655, Christiaan Huygens a été le premier à suggérer que Saturne est entourée d'un anneau. Avec un télescope de qualité supérieure à la lunette de Galilée, Huygens a observé la planète et il a écrit, en 1659. qu'. Robert Hooke a également observé les anneaux et il a noté les ombres projetées sur ces derniers..
En 1675, Jean-Dominique Cassini a découvert que l'anneau de Saturne est composé en fait d'un grand nombre d'anneaux concentriques distincts, et il a émis l'hypothèse qu'ils sont constitués de cailloux qui s'entrechoquent. La plus grande des séparations, large de et située entre les anneaux A et B, sera baptisée par la suite « division de Cassini »..
En 1787, Pierre-Simon de Laplace a montré que les anneaux ne peuvent pas être composés d'un grand nombre d'anneaux minces et solides.. Il en a conclu que « Les différents anneaux qui entourent le globe de Saturne sont par conséquent des solides irréguliers, d'une largeur inégale [...] en sorte que leurs centres de gravité ne coïncident point avec leurs centres de figure. »
En 1859, James Clerk Maxwell a reçu le prix Adams après avoir démontré que les anneaux ne peuvent pas être solides, car ils seraient alors instables et ils se briseraient. Il a suggéré que les anneaux sont composés d'une multitude de morceaux, tous en orbite autour de Saturne.. L'hypothèse de Maxwell a été validée en 1895, à la suite des analyses spectroscopiques effectuées par James Edward Keeler depuis l'observatoire Lick.
vignette|Les anneaux de Saturne.
En , l'astronome français Pierre Guérin a découvert, par des moyens photographiques (à partir de l'Observatoire du Pic du Midi) un quatrième anneau, le plus interne, dans le système des anneaux de Saturne ainsi qu'un espace obscur entre cet anneau et ceux que l'on avait déjà observés.. Cette découverte a été effectuée avec les moyens de l'astronomie classique, bien avant le repérage des mêmes structures par la sonde .
En 1980, le passage de la sonde près de Saturne a révélé des détails jusqu'alors invisibles depuis la Terre, comme les .
En 2004, la sonde Cassini-Huygens s'est placée en orbite autour de Saturne. Elle a apporté des précisions au sujet des et elle a traversé les anneaux à plusieurs reprises..
En , grâce au télescope spatial Spitzer, des astronomes ont découvert un nouvel anneau sous l'orbite de la lune Phœbé, ne pouvant être mis en évidence qu'en infrarouge en raison de sa faible densité. Cet anneau s'étend très loin, jusqu'à le diamètre de Saturne : son bord intérieur se situe à environ de kilomètres de la surface de la planète tandis que son bord extérieur est à environ de kilomètres.. Ce dernier et l'anneau qui l'entoure sont probablement à l'origine de l'aspect particulier du satellite de Saturne Japet, qui présente une face noire et l'autre très blanche.
Photographies
Caractéristiques physiques vignette|right|upright=1.3|Agrégats de particules de glace qui constituent la partie solide des anneaux de Saturne. Ces formations allongées sont constamment en train de se former puis de se disperser. Les plus grandes d'entre elles ont quelques mètres de long (vision d'artiste de 2007).
Les anneaux principaux s'étendent de à la hauteur de l'équateur de Saturne, avec une épaisseur moyenne estimée de ..
Les anneaux sont composés à 99,9 % de particules d'eau gelée avec quelques impuretés pouvant inclure du tholin et des silicates.. Les anneaux principaux sont, à la base, composés de particules dont la taille varie de à .. Chaque particule décrit une orbite indépendante autour de Saturne.
Masse
La sonde Cassini a permis d'estimer la masse totale des anneaux de Saturne (contenue essentiellement dans les anneaux A, B et C) à , ce qui représente 41% de la masse de Mimas..
Anneaux distincts vignette|Carte du système saturnien : les anneaux de Saturne et ses satellites.
La nomenclature des anneaux de Saturne est fixée par l'Union astronomique internationale et publiée par celle-ci sur . L'Union recense sept « anneaux principaux » (, au singulier) dits simplement « anneaux » (, au singulier) et désignés par une lettre latine majuscule (de la lettre A à la lettre G), selon un ordre alphabétique correspondant à l'ordre chronologique de leurs découvertes. D'autre part, elle recense des « divisions » (, au singulier), correspondant à de larges régions séparant deux anneaux principaux, telle la division de Cassini qui sépare les anneaux B et A. Enfin, elle recense des « lacunes » (, au singulier) au sein d'un anneau principal.
Voici une liste des anneaux de Saturne, des divisions qui les séparent ainsi que des « lacunes » qu'ils comprennent, classés par rayon interne croissant.
+Anneaux distincts de Saturne.. Nom Rayon interne(km)Pour les divisions d'Encke et de Keeler ainsi que pour les structures , et l'anneau F, le rayon est pris au centre, pour une largeur inférieure à . Rayon interne(RS)Rayon de Saturne (). Rayon externe(km) Rayon externe(RS) Largeur(km) Épaisseur(m) Anneau D Anneau CL'anneau C contient plusieurs petites divisions et de petits anneaux internes et excentriques, comme l'annelet de Titan ( de rayon) ou l'annelet de Maxwell ( de rayon). 5 • Lacune de Colombo — — — 100 — • Lacune de Maxwell — — — 270 — • Lacune de Bond. — — 30 — • Lacune de Dawes — — 20 — Anneau B 3 - 4 Division de CassiniLa division de Cassini contient l'annelet de Huygens, un petit anneau de de rayon. • Lacune de Huygens — — — 285 - 440 — • Lacune de Herschel — — 102 — • Lacune de Russell — — 33 — • Lacune de Jeffreys — — 38 — • Lacune de Kuiper — — 3 — • Lacune de Laplace — — 238 — • Lacune de Bessel — — 10 — • Lacune de Barnard — — 13 — Anneau A 20 - 40 • Lacune d'Encke.Les divisions d'Encke et de Keeler sont situées à l'intérieur de l'anneau A. — — 325 • Lacune de Keeler — — ~ 35 — Division de Roche.(ex-division de Pioneer.) — — ~ — • R/2004 S 1. — — ? — • R/2004 S 2. — — ? — Anneau F — — 30 - 500 R/2006 S 1 (dit de Janus et Épiméthée). ~ — — — — — Anneau G 10 Anneau E 3 8 — • R/2006 S 5.. (dit de Méthone) ~ — — — — — • R/2007 S 1 (dit d'Anthée) ~ — — — — — Anneau de Phœbé ~ 50 ~ 100
Dynamique vignette|Le satellite berger Prométhée. Les lacunes entre les anneaux résultent des interactions gravitationnelles entre les nombreuses lunes de Saturne et les anneaux eux-mêmes. Les phénomènes de résonance jouent également un rôle : ceux-ci se produisent lorsque le rapport des périodes orbitales entre le satellite et les anneaux est un nombre entier. Ainsi, la division de Cassini résulte de l'influence de la lune Mimas. Certaines des plus petites lunes circulent dans les lacunes ou au bord des anneaux et stabilisent ainsi leur structure : on leur donne pour cette raison le nom de satellites bergers. Ainsi, Pandore et Prométhée confinent les particules de l’anneau F, Prométhée arrachant même périodiquement des filaments de matière à ce dernier.. Le survol rapproché par la sonde Cassini des satellites bergers a permis de montrer que ceux-ci accrètent de la matière en provenance des anneaux de façon non négligeable..
La sonde spatiale Cassini a effectué des mesures et pris des photographies qui ont révélé que les bords des anneaux et la séparation entre les anneaux sont encore plus marqués qu'on ne l'avait estimé : on avait émis l'hypothèse qu'il subsistait dans les lacunes des morceaux de glace, mais ce n'est pas le cas.
L'épaisseur extrêmement faible des anneaux est due aux collisions entre les particules. Chaque particule de glace tourne individuellement autour de Saturne. Ainsi, si un morceau de glace se situe au-dessus de la surface de l'anneau, il va à chaque orbite autour de Saturne traverser l'anneau : les collisions durant la traversée de l'anneau auront tendance à la longue à réduire la composante perpendiculaire de sa vitesse et de fait à réduire l'épaisseur de l'anneau.
Agitation des anneaux vignette|Instabilités provoquées par Daphnis dans les anneaux.|alt= verticales provoquées par Daphnis projetant leurs ombres dans les anneaux de Saturne. Il règne dans les anneaux une agitation permanente : vagues, collisions, accumulations de matières.
La vie agitée des anneaux de Saturne a commencé à être étudiée depuis les missions américaines « ». Les astronomes ont pu alors constater qu'ils étaient faits d'une multitude de sillons « à la manière d'un tissu en velours côtelé ».
De à , la sonde Cassini, en orbite autour de Saturne, a fourni des images de très grande qualité de la planète et de ses anneaux. Selon les théories actuelles, l'effervescence dans les anneaux serait due à la cinquantaine de satellites de Saturne : certains sont situés à l'intérieur même des anneaux ; d'autres sont situés à l'extérieur, mais créent à distance, et sur des temps très longs, des vagues à la surface des anneaux, selon le même principe que la vibration d'un tambour ; quelques satellites sont situés entre les anneaux, et même s'ils ont pour la plupart des corps relativement petits — d'une centaine de kilomètres de long — ils seraient à l'origine de nombreuses perturbations qui déplacent les particules composant les anneaux.