Saturne et Cassini, le dernier tango

Par Mathieu Gobeil

Après avoir parcouru 8 milliards de kilomètres pendant 20 ans, la sonde Cassini s’est désintégrée dans l’atmosphère de Saturne le 15 septembre, transmettant ses dernières données de la géante gazeuse. Retour sur son parcours et ses plus importantes découvertes.

Après avoir parcouru 8 milliards de kilomètres pendant 20 ans, la sonde Cassini s’est désintégrée dans l’atmosphère de Saturne le 15 septembre, transmettant ses dernières données de la géante gazeuse. Retour sur son parcours et ses plus importantes découvertes.

Par Mathieu Gobeil

Le soleil ne s’était pas encore levé sur la Floride en ce matin d’octobre 1997. Linda Spilker, son mari et leurs trois filles attendaient, nerveux, à quelques kilomètres de la rampe de lancement du cap Canaveral. Ils n’avaient pas fermé l’oeil de la nuit. L’excitation était palpable parmi le groupe de spectateurs.

C’est qu’un engin de quelques milliards de dollars, fruit de neuf ans de travaux, allait être propulsé à une vitesse vertigineuse vers l’espace, emportant avec lui une panoplie d’instruments scientifiques – un ouvrage collectif d’une vingtaine de pays. Le long voyage vers Saturne devait prendre six ans et demi.

« On a vu la fusée décoller lentement. Ensuite le son nous est parvenu. C’était merveilleux à voir », se souvient la responsable scientifique de la mission Cassini au Jet Propulsion Laboratory de la NASA qui a travaillé au projet depuis sa conception.

Une fusée Titan 4B décolle du cap Canaveral
Une fusée Titan 4B décolle du cap Canaveral le 15 octobre 1997, emportant avec elle l’orbiteur Cassini et l'atterrisseur Huygens. La mission porte le nom de deux astronomes ayant joué un rôle majeur dans l'étude du système de Saturne : Giovanni Domenico Cassini et Christian Huygens. Photo : Reuters

C’est au tournant des années 80, alors que les sondes Pioneer 11, puis Voyager 1 et 2 envoient leurs premières images spectaculaires de Saturne et de ses lunes, que le projet Cassini naît dans l’esprit d’une poignée de scientifiques en Europe et aux États-Unis.

Ils comprennent, à la lecture de ces données toutes fraîches, que le potentiel de découverte est immense, notamment en ce qui concerne les lunes de Saturne. Elles abriteraient des mondes tout à fait inconnus et insolites. Il fallait absolument y retourner, examiner les choses de plus près.

L’Agence spatiale européenne et la NASA s’unissent alors pour lancer une mission d’exploration exclusivement consacrée à Saturne, à ses anneaux et à son système, à l’image de la mission Galileo, qui devait visiter Jupiter et ses lunes.

Les Européens construisent le module Huygens, qui se posera sur la lune Titan, et la NASA, la sonde orbitale Cassini. Les deux agences mettent en oeuvre tous les moyens, malgré un budget restreint.

Comme pour plusieurs sondes spatiales avant elle, Cassini a dû utiliser la force gravitationnelle d’autres planètes afin de se propulser vers son objectif final, Saturne, à une vitesse moyenne d’environ 56 000 km/h.

Elle a donc survolé Vénus à deux reprises, ainsi que la Terre, puis la géante Jupiter, avant d’arriver et de se mettre en orbite autour de la géante aux anneaux, Saturne, le 1er juillet 2004. Elle se met rapidement au travail, découvrant de nouvelles lunes dès les premières semaines.

Les anneaux de Saturne, avec en arrière-plan la lune Titan
Les anneaux de Saturne, avec en arrière-plan la lune Titan, tels que captés par Cassini. On aperçoit également la petite lune Épiméthée. Photo : NASA/JPL/Space Science Institute

Titan ou la « Terre primitive »

Après à peine six mois, le petit module Huygens est largué sur Titan, la plus grosse lune de Saturne. Il s’agit d’un des grands objectifs de la mission.

« C’est la seule lune de tout le système solaire qui est entourée d’une atmosphère. Mais cette atmosphère est épaisse, opaque à la lumière, un peu comme sur Vénus. À l’époque où la sonde Voyager 1 est passée tout près de Titan, en 1980, on a fait des relevés, mais on n’a pas vu grand-chose de la surface. Ç’avait été une grande déception », relate Robert Lamontagne, coordonnateur au Centre de recherche en astrophysique du Québec.

À l’aide des capteurs infrarouges de Cassini, on obtient une cartographie complète de cette lune. Le module Huygens, qui est allé se poser en douceur après avoir traversé la couche nuageuse, fournit des relevés de l’atmosphère, de la composition chimique, de l’activité électrique, ainsi que des images et même des sons.

Image radar prise par Cassini montrant Ligeia Mare
Image radar prise par Cassini montrant Ligeia Mare, le deuxième lac en importance de Titan, composé de méthane et d'éthane. Sa taille se compare à celle du lac Supérieur sur Terre. Photo : NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

« Voir pour la première fois la surface de Titan, c’était palpitant. On constatait à quel point elle ressemblait à la Terre, mais avec des nuages de méthane, de la pluie de méthane, du méthane qui forme des lacs et coule dans des rivières », se rappelle Linda Spilker. On pense que les « roches » visibles à la surface sont des blocs de glace érodés au cours de millions d’années.

Photo prise par Huygens durant sa descente sur Titan
Photo prise par Huygens durant sa descente sur Titan en 2005. Le module se trouve alors à environ 5 km de la surface. On voit le relief escarpé de la plus grosse lune de Saturne. Photo : ESA/NASA/JPL/University of Arizona

« Ça s’apparente beaucoup à ce qu’on pense être la Terre primitive, un monde pré-biotique. Est-ce qu’il peut y avoir de la vie qui se développe là-dessus? Il est trop tôt pour le dire. Mais on a ici un monde qui a un potentiel », affirme l’astrophysicien dont les principaux intérêts de recherche sont l’origine et l’évolution de la vie dans l’univers.

Image transmise par l'atterrisseur Huygens à la surface de Titan
Image transmise par l'atterrisseur Huygens à la surface de Titan. C’est la seule que nous possédons. Les « cailloux » à l’avant-plan sont composés d’eau gelée. Photo : ESA/NASA

Encelade, candidate à la vie extraterrestre?

Encelade a elle aussi causé toute une surprise. La petite lune, qui mesure quelques centaines de kilomètres, devrait en principe être criblée de cratères, comme notre Lune, résultat de collisions avec des météorites. « On en voit quelques-uns, mais il n’y en a pas beaucoup. La seule explication, c’est qu’il y a mécanisme de rajeunissement de la surface. Et on l’a trouvé, c’est le fait qu’il y a des geysers en éruption près du pôle Sud [découverts en 2005] », dit Robert Lamontagne.

Ce matériel qui sort du pôle Sud et qui se repose sur la surface remplit les trous et efface les traces d’impact. On ne s’attendait pas à avoir une activité géologique sur un objet aussi petit, explique-t-il.

Les températures à la surface d'Encelade sont de l'ordre de -193 degrés Celsius. Toutefois, près des failles au pôle Sud, elles montent à -133 degrés Celsius. Cela laisse supposer que son intérieur pourrait être plus chaud. Photo : NASA/JPL/Space Science Institute

« Et l’autre surprise, c’est que c’est de l’eau qui sort et qu’elle contient des molécules organiques [des blocs de construction du vivant] », poursuit Robert Lamontagne. La sonde Cassini a en effet traversé ces sortes de geysers en 2015 et a pu « goûter » à la matière jaillissante.

Des jets de vapeur d'eau émanent de fissures dans l'épaisse couche de glace d'Encelade.
Des jets de vapeur d'eau émanent de fissures dans l'épaisse couche de glace d'Encelade. Photo : NASA/JPL/Space Science Institute

« Si j’avais un petit 10 $ à parier sur la présence de vie quelque part dans le système solaire, voici un endroit où j’irais chercher. J’aurais une certaine confiance. Ça vaut la peine d’y retourner », affirme Robert Lamontagne.

Autour de Saturne, des anneaux et des lunes

Cassini a aussi révolutionné nos connaissances sur les anneaux de Saturne, qu’elle a pu photographier en détail.

« On voit l’activité au niveau des anneaux. Ce n’est pas statique, c’est dynamique : on voit des anneaux se créer, se détruire, de nouvelles lunes qui se forment », explique l’astrophysicien Robert Lamontagne.

Les plus petites particules constituant les anneaux ont la taille de billes. Les plus grosses font des dizaines de mètres. Le tout est en mouvement et les collisions sont fréquentes, explique quant à elle Linda Spilker. Profitant d’un point de vue particulier, Cassini a pu voir les longues ombres projetées par les plus grosses particules sur le rebord de l’anneau B de Saturne.

Des objets mesurant quelques kilomètres de diamètre projettent de longues ombres sur le pourtour de l'anneau B de Saturne. Les anneaux, eux, ne font que quelques mètres d'épaisseur.
Des objets mesurant quelques kilomètres de diamètre projettent de longues ombres sur le pourtour de l'anneau B de Saturne. Les anneaux, eux, ne font que quelques mètres d'épaisseur. NASA/JPL/Space Science Institute

« D’autres objets quant à eux deviennent assez gros et arrivent à faire de petites ouvertures dans les anneaux », poursuit Linda Spilker, responsable scientifique de la mission Cassini à la NASA.

Cassini a aussi observé la petite lune Daphnis, la « faiseuse de vagues », qui fait 8 km. Le champ gravitationnel de Daphnis est assez grand pour modifier la forme des rebords de l’anneau A où elle est logée, créant ainsi des vagues.

La petite lune Daphnis fait des vagues dans la division de Keeler
La petite lune Daphnis fait des vagues dans la division de Keeler, à l'intérieur de l'anneau A de Saturne. NASA/JPL/Space Science Institute

Cassini et les télescopes à haute résolution sur Terre ont permis de découvrir une cinquantaine de nouvelles lunes. La sonde a aussi obtenu de précieuses données sur le champ de gravité et le champ magnétique de Saturne.

Les mystères de Saturne

Puisqu’elle est restée 13 ans autour de la planète – une demi-année saturnienne – Cassini a pu observer le passage des saisons et l’intense activité sur Saturne. « On a vu des tempêtes se développer, durer des mois, des années, et ensuite disparaître. Il y a donc un climat, qui n’est pas pareil comme la Terre, mais on peut quand même tracer des parallèles », soutient Robert Lamontagne.

Une énorme tempête dans l'hémisphère Nord de Saturne
Une énorme tempête dans l'hémisphère Nord de Saturne a ceinturé la planète entre 2010 et 2011. Elle faisait 15 000 kilomètres de large avec des vents soufflant à plus de 500 km/h. De telles tempêtes se produisent tous les 20-30 ans, soit l'équivalent d'une année saturnienne. Photo : NASA/JPL-Caltech/SSI

La sonde a aussi pu photographier les pôles de Saturne et de chaque lune, puisqu’ils se sont retrouvés pleinement éclairés par le Soleil à un moment ou à un autre, rappelle Linda Spilker.

Voyager avait observé cette immense forme hexagonale au pôle Nord de la planète il y a plus de 30 ans, et elle est toujours présente, comme l’a vu Cassini. Un puissant courant-jet l’entretient, mais le phénomène demeure un mystère. Cassini a découvert au centre de cet hexagone une tempête géante, d’une taille équivalente à la moitié des États-Unis.

L'immense hexagone au pôle Nord de Saturne. Les couleurs ont été modifiées.
L'immense hexagone au pôle Nord de Saturne. Les couleurs ont été modifiées. Photo : NASA/JPL-Caltech/SSI

Regarder ces structures qui se développent, que ce soit les tempêtes ou ce fameux hexagone au pôle, c’est une espèce de fenêtre indirecte pour voir ce qui se passe en dessous, explique Robert Lamontagne. Les scientifiques utilisent ces observations pour tenter de mieux comprendre le climat sur notre planète et, ultimement, faire de meilleures prédictions.

Photo prise par Huygens durant sa descente sur Titan
Le vortex au pôle Nord de Saturne, d'un diamètre de 2000 km. Photo : NASA/JPL-Caltech/SSI

« Voici un endroit où on peut observer comment le climat se développe et se transforme au fur et à mesure du cycle des saisons, et comparer avec ce qui arrive sur la Terre », dit l’astrophysicien.

Le dernier rendez-vous

Cassini, qui n’avait presque plus de carburant, a effectué plusieurs orbites rapprochées de Saturne au cours de l’été 2017, en passant entre les anneaux et la planète, et a terminé sa vie le 15 septembre en se détruisant dans sa haute atmosphère. Les scientifiques voulaient ainsi collecter des données qui seraient autrement inaccessibles.

« Elle aura le temps de prendre des échantillons de l’atmosphère pour connaître sa composition, et elle transmettra des données jusqu’à la dernière seconde, lorsque l’atmosphère deviendra trop épaisse et que ses petits propulseurs ne parviendront plus à orienter son antenne vers la Terre », expliquait Linda Spilker quelques jours avant la fin de la mission.

La sonde s’est ensuite consumée tel un météorite. La manoeuvre visait aussi à éviter que Cassini s’écrase sur une lune qui pourrait abriter de la vie et qu’elle la contamine avec des microorganismes provenant de la Terre.

« Je pense qu’on aura de meilleurs indices sur l’origine de Saturne, son évolution, la chimie complexe de sa haute atmosphère. Et ça mettra la table pour la prochaine mission vers Saturne », dit-elle.

Cassini a photographié Saturne au moment où elle éclipsait le Soleil
Cassini a photographié Saturne au moment où elle éclipsait le Soleil, offrant un panorama unique de la géante gazeuse et de ses anneaux. On aperçoit quelques points blancs, qui sont d’autres planètes ou encore des lunes de Saturne. Un de ces minuscules points à peine visibles sur l'image, en bas à droite de Saturne, c'est la Terre. Photo : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

De nouvelles réponses, de nouvelles questions

Déjà les scientifiques conçoivent les prochaines missions d’exploration, qui seront passablement différentes. « Cassini, c’est une des très grosses sondes spatiales qui ont été envoyées », dit Robert Lamontagne. La sonde a la taille d’un petit autobus.

« On n’en fait plus des comme ça. C’est vraiment typique de la façon avec laquelle on procédait à l’exploration des régions externes du système solaire à la fin des années 80 et début des années 90 », ajoute-t-il.

Les efforts seront désormais mis dans de petites missions, plus ciblées, moins coûteuses et moins lourdes, explique Linda Spilker, que ce soit pour explorer plus en détails Encelade, Titan, ou Saturne elle-même.

« Nous avons soumis un projet pour retourner sur Encelade avec les instruments nécessaires pour caractériser cet océan sous la surface et vérifier s’il y a de la vie », dit-elle. Il ne faut pas oublier les géantes glacées que sont Uranus et Neptune, et dont on sait bien peu de choses encore, rappelle la scientifique.

Entre-temps, les chercheurs ont amplement de quoi se mettre sous la dent. Cassini a pris quelque 500 000 photos et envoyé une quantité fulgurante de données scientifiques au cours de sa vie, une masse d’information qui prendra des années à analyser. La géante aux anneaux n’a pas fini de dévoiler ses mystères.