Le petit satellite Elena, photographié par la sonde Cassini.
Devant les personnages importants, un serviteur marche toujours devant pour annoncer l’arrivée du noble. Dans l’espace, la situation est similaire avec les «lunes de Troie», dont la position par rapport aux corps plus importants est fixe. Elena, satellite de Saturne, est prise en étau gravitationnel entre la planète et la grosse Dioné — et est condamnée à la devancer à jamais dans le mouvement autour de Saturne, sans possibilité de sortir de la zone d’influence.
Table des matières
Caractéristiques d’Hélène
Les lunes troyennes de Saturne sont au nombre de quatre au total — deux pour chacune des «lunes principales», Dioné et Téfia. L’attitude des astronomes à leur égard est très incertaine. Les «troyens» sont surtout intéressants en tant que preuve de concept concernant les points de Lagrange — une théorie gravitationnelle qui pourrait aider à lancer des satellites et des stations spatiales super stables sur l’orbite terrestre. Par ailleurs, les lunes troyennes sont minuscules et ne se distinguent pas des 63 autres satellites de Saturne, ce qui réduit la priorité de leur étude.
Le satellite de Saturne Elena sur fond de planète géante
Helena a donc eu la chance d’être observée par les scientifiques, notamment grâce à la sonde Cassini, qui l’a approchée à une distance extrême de 1 800 kilomètres lors de ses manœuvres. Et si les astronomes n’ont pas effectué beaucoup de mesures, on sait aujourd’hui ce qu’il en est d’Elena :
- La masse d’Elena est de 1,1×10 16 kilogrammes. La taille de la lune est tout aussi modeste : 18×16 x15 kilomètres. Pour comprendre l’échelle, il faudrait 58 000 objets comme Elena pour remplir toute l’hydrosphère de la Terre. Le satellite a une superficie de 3 892 kilomètres carrés, soit un peu moins que Buenos Aires, la capitale de l’Argentine.
- La densité d’Elena est faible, même pour les petites lunes et les astéroïdes, puisqu’elle n’est que de 0,5 g/cm 3 . La consistance du satellite est donc encore plus faible que celle d’un agent de levage pour pâte normale ! Cela s’explique en partie par la composition d’Helen, qui est typique de la plupart des lunes de Saturne — sa roche est basée sur de la glace d’eau avec diverses impuretés. Mais cela n’explique pas l’extraordinaire luminosité du satellite : Elena réfléchit 12 fois plus de lumière que notre Lune !
- Les caractéristiques orbitales d’Hélène sont en grande partie déterminées par son statut de «lune de Troie». Ainsi, la distance entre le satellite et Saturne est exactement 1/6 de moins que la distance de la lune de tête Dioné et est de 377 mille kilomètres. Helen occupe donc la vingtième place parmi les satellites de la planète en termes de distance. De plus, la lune est fixée à un angle de 60° par rapport à la ligne entre Saturne et Dioné — elle est donc toujours devant elle. Autour de Saturne, Hélène tourne en 2 jours et 17 heures, et pendant cette période, elle effectue une révolution complète autour de l’axe — tout comme Dioné.
Dans le système satellitaire de Saturne, les objets s’influencent souvent les uns les autres — il convient de rappeler au moins les «lunes danseuses» Janus et Epiméthée, qui se déplacent sur les orbites l’une de l’autre tous les quatre ans. Mais Elena est bloquée entre Dioné et Saturne. Toute tentative de libération sous l’effet d’une influence extérieure, qu’il s’agisse d’une collision avec une météorite ou de l’attraction d’un satellite de passage, est rapidement contrecarrée par une cage gravitationnelle rigide. Il est donc beaucoup plus facile de la trouver : il suffit de chercher une grande Dioné brillante pour qu’Elena soit là.
L’histoire de l’exploration d’Elena
Étape primaire
Elena a eu la chance d’être l’un des rares satellites de Saturne à avoir été découvert avant le passage des sondes spatiales. Et la lune a failli ne pas manquer sa chance de rejoindre le groupe privilégié — ils l’ont découverte en mars 1980, et quelques mois plus tard, Voyager 1 a confirmé la découverte.
Les découvreurs étaient une équipe d’astronomes français de l’Observatoire du Pic du Midi — Pierre Lacquet, Charles Despio et Jean Lecachaud ont saisi le moment rare où les anneaux de Saturne sont situés sur le même plan que la Terre. De ce fait, une fois tous les 15 ans, ils deviennent pratiquement invisibles. En 1921, la déclaration mal comprise des astronomes sur ce phénomène a provoqué une panique dans le monde, semblable à celle qui a précédé la «fin du monde» en 2012 — les gens pensaient que les anneaux de Saturne se détachaient et s’envolaient vers la Terre, la menaçant de mort. Les Français, quant à eux, ont utilisé un télescope d’un mètre pour détecter le satellite Helen, difficile à atteindre.
Les premières images plus ou moins informatives d’Hélène ont été livrées par la sonde Voyager 2 en 1981, lorsqu’elle a survolé Saturne sur sa route vers les confins du système solaire. Prise à une distance de 341 000 kilomètres, la photo donnait un aperçu de la grande réflectivité d’Helena, de sa position parmi d’autres lunes et de sa forme irrégulière. Mais le flou de la photo fait ressembler Helena à l’astéroïde Steins, le «diamant céleste». Il a donc fallu attendre les premières images de la station interplanétaire automatique Cassini-Huygens pour parler de photos vraiment significatives. Elle a atteint le premier objet du système de Saturne — le satellite de Thèbes — en 2004.
Sonde Cassini-Huygens
Elena, un satellite de Saturne
La sonde a été baptisée en l’honneur des astronomes qui ont découvert les cinq premiers satellites de Saturne : l’Italien Giovanni Cassini, premier directeur de l’Observatoire de Paris, et Christiaan Huygens, découvreur des anneaux de Saturne et de son plus grand satellite, Titan, ainsi que des glaciers sur les hémisphères de Mars. Outre l’astronomie, Huygens a beaucoup travaillé sur la physique du siècle des Lumières. Les travaux de Huygens sur la mécanique théorique ont servi de base aux travaux d’Isaac Newton. Il a également inventé l’horloge à pendule, le premier dispositif de mesure du temps précis et durable.
Seule la sonde Cassini a exploré Elena — Huygens, un module détachable destiné à explorer Titan, a été le premier engin spatial de l’histoire à se poser en toute sécurité dans le système solaire externe. «Cassini», quant à elle, équipée de propulseurs de manœuvre, d’une caméra à large portée et de divers capteurs, est devenue l’un des projets d’exploration spatiale les plus fructueux — elle a déjà fonctionné pendant 11 ans, dépassant de sept ans la durée prévue de la mission.
Au cours de ses vols autour de Saturne, Cassini a frôlé Hélène plus d’une fois — le survol le plus proche a eu lieu le 3 mars 2010, alors que la distance entre la sonde et le satellite n’était que de 1 800 kilomètres — ce qui est presque une proximité à l’échelle cosmique. Sur l’image prise à 24 000 kilomètres d’altitude, les détails de la surface d’Hélène sont particulièrement bien visibles, ce qui s’explique non seulement par la très grande luminosité de la surface de la lune, mais aussi par l’éclairage provenant de l’atmosphère de Saturne. Une autre photo, prise au cours de l’hiver 2011, a capturé Helena, bien qu’un peu plus loin — à une distance de 33 000 kilomètres — mais aussi du côté éclairé, ce qui a permis d’examiner en détail les caractéristiques de son relief. La résolution de la photo était de 187 mètres par pixel.
Caractéristiques de l’île d’Elena
Sainte-Hélène à une distance de 33 000 kilomètres
La carte de visite d’Elena est donc d’être la «lune de Troie» de Saturne. L’article mentionnait déjà que sa position est inchangée par rapport à la lune de tête, Dioné, et à Saturne — et les scientifiques s’attendent à utiliser un effet similaire pour lancer des satellites résistants à toute collision de l’orbite. Mais comment fonctionne ce délicat système de lunes ?
Elena en tant que «lune de Troie» et points de Lagrange
Tout repose sur un concept calculé par le mathématicien et physicien Joseph Lagrange en 1772. La nature de l’interaction gravitationnelle est telle que lorsqu’un corps massif tourne autour d’un autre — comme la Lune autour de la Terre, ou Dioné autour de Saturne — il existe 5 points gravitationnels stables à proximité de ce corps, également appelés points de Lagrange. À ces points, un troisième corps dont la taille et la masse sont relativement faibles, comme Hélène, restera immobile par rapport aux deux premiers corps massifs. En d’autres termes, là où deux grands corps tournent, il y a toujours des points de Lagrange avec des endroits sûrs pour la rotation de 5 autres petits corps.
De plus, ces points stables offrent une sécurité plutôt agressive — une fois pris dans la «cage», il sera difficile pour l’objet de s’en échapper. En soi, sans tenir compte des points de Lagrange, la position d’Elena est assez instable. La distance entre Elena et Dioné n’est pas si grande et elles tournent dans une résonance orbitale constante de 1:1. Comme Polydevk, la deuxième «lune troyenne» de Dioné, Hélène pourrait être influencée par Mimas, un satellite massif de Saturne. Il se distingue non seulement par sa taille, mais aussi par sa surface, qui ressemble à l’Étoile de la Mort de la saga Star Wars. Tous ces «voisins» auraient depuis longtemps modifié l’orbite d’Hélène, voire l’auraient mise en pièces, sans la position sûre de la lune.
Les lunes «troyennes» portent d’ailleurs le nom des héros de l’Iliade d’Homère, qui raconte la guerre de Troie. En outre, celles qui précèdent l’objet principal sont nommées en l’honneur des traces, et celles qui le suivent portent le nom des défenseurs de Troie. C’est ainsi que le nom d’Hélène a été choisi.
Elena, satellite de Saturne, contre sa couche nuageuse. Image de Cassini.
Comment les scientifiques comptent-ils utiliser les connaissances sur les «lunes de Troie» dans les conditions terrestres ? Au départ, Lagrange a développé son concept dans l’espoir de trouver des satellites de la Terre dans des points stables qui n’avaient pas encore été découverts. Mais comme il n’y avait rien, les places des lunes hypothétiques ont été occupées par des satellites artificiels bien réels. Leur position n’a pas besoin d’être corrigée et leur position dans le ciel sera plus stable que n’importe quelle autre. Aujourd’hui, au deuxième point de Lagrange entre la Terre et la Lune se trouve un puissant observatoire spatial «Herschel». La stabilité des points de Lagrange est particulièrement précieuse pour les télescopes en orbite qui observent pendant des heures des corps extrêmement éloignés.
La surface d’Helena
Non seulement l’orbite d’Helena, mais la lune elle-même a réussi à déconcerter les scientifiques. La surface du satellite ne présente pas de cratères d’impact prononcés, ce qui est typique de nombreux corps cosmiques. Une épaisse couche de régolithe, c’est-à-dire de poussière provenant de l’émiettement des matériaux de l’objet, masque toutes les irrégularités — l’épaisseur de la poussière atteint parfois plusieurs dizaines de mètres.
Cependant, sur Helen, nous avons trouvé quelque chose que les scientifiques n’avaient pas vu auparavant : des ruisseaux de sable. Il s’agit de lignes prononcées sur le paysage lunaire qui ressemblent aux effets des vents ou des liquides sur le sol. Or, sur Helen, il n’y a rien de tout cela ! L’origine des veines à la surface d’Hélène est devenue l’un des nombreux mystères des satellites de Saturne.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023