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SATURNE, planète

Structure interne de la planète

Seule une infime partie de Saturne, limitée aux niveaux de pression inférieure à environ 1 mégapascal (MPa, soit 106 Pa ou 104 hPa), est accessible à l’observation. C’est cette partie que nous appellerons « atmosphère » dans cet article. Aux niveaux de pression supérieure, on parle plutôt de l’« intérieur » de Saturne. Le niveau de pression 0,1 MPa, parfois abusivement appelé « surface », est souvent pris comme référence d’altitude (z = 0). Sous ce niveau, la pression et la température augmentent continûment avec la profondeur pour atteindre respectivement environ 5 térapascals (TPa, soit 1012 Pa) et de l’ordre de 10 000 0C au centre de la planète.

Structure interne de la planète Saturne - crédits : NASA ; EUF

Structure interne de la planète Saturne

NASA ; EUF

La structure interne de Saturne ne peut être déduite que de modèles théoriques qui s’appuient sur les mesures de sa forme, de sa masse, de sa période de rotation et de son champ gravitationnel. Ce dernier, déterminé précisément par l’analyse des trajectoires des sondes Voyager et surtout de Cassini, fournit des informations précieuses sur la répartition de la masse en fonction du rayon. D’autres contraintes importantes pour ces modèles sont la composition chimique, notamment l’abondance de l’hélium, et la température à 0,1 MPa (de 135 à 140 K, soit de –1380C à –1330C). De ces modèles, on déduit l’existence d’une transition de phase vers des pressions d’environ 0,1 à 0,4 TPa (z ≈ –25 000 km) où le dihydrogène (H2) fluide se convertit graduellement en hydrogène « métallique » (H+) liquide, très conducteur. Dans cette région de transition, l’hélium n’est plus miscible dans l’hydrogène métallique et des gouttes riches en hélium, plus denses que le milieu ambiant, peuvent alors tomber en pluie vers les couches plus profondes. Enfin, au-delà de 1,5 TPa (z ≈ –50 000 km), se trouve vraisemblablement un cœur solide constitué d’éléments lourds (carbone, oxygène, azote, métaux, etc.), majoritairement sous forme de roches, de fer et d’eau. Sa masse serait comprise entre dix et vingt fois celle de la Terre (masse terrestre) tandis que la masse d’éléments lourds dans l’enveloppe fluide n’excéderait pas cinq masses terrestres.

La « pluie » d’hélium dans l’intérieur de Saturne libère de l’énergie gravitationnelle qui est convertie en chaleur. Les modèles d’évolution indiquent que, sans cette source d’énergie, Saturne se serait refroidie plus rapidement, atteignant sa luminosité (ou température effective) actuelle en seulement 2 à 2,2 milliards d’années. La séparation de phase entre l’hélium et l’hydrogène (venant du fait qu’ils ne sont pas miscibles à haute pression), qui a dû commencer environ 1,4 milliard d’années après la formation de la planète, permet donc d’expliquer l’excès d’énergie aujourd’hui émis par la planète et égal à 0,8 fois le rayonnement solaire qu’elle absorbe. Elle conduit aussi à un appauvrissement en hélium de l’atmosphère par rapport à l’abondance initiale protosolaire (27 % en masse).

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Écrit par

  • : directeur de recherche au CNRS, Observatoire de Paris

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Classification

Pour citer cet article

Bruno BÉZARD. SATURNE, planète [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Aspect changeant de Saturne observé par Huygens - crédits : Courtesy of the Smithsonian Libraries and Archives

Aspect changeant de Saturne observé par Huygens

Courtesy of the Smithsonian Libraries and Archives

Saturne vue par la sonde Cassini - crédits : Space Science Institute/ JPL/ NASA

Saturne vue par la sonde Cassini

Space Science Institute/ JPL/ NASA

Planètes géantes - crédits : Courtesy NASA / Jet Propulsion Laboratory

Planètes géantes

Courtesy NASA / Jet Propulsion Laboratory

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Autres références

  • EXPLORATION DES PLANÈTES GÉANTES - (repères chronologiques)

    • Écrit par James LEQUEUX
    • 851 mots

    Janvier 1610 Galilée découvre les quatre plus gros satellites de Jupiter, qu'il nomme « astres médicéens », et que nous appelons aujourd'hui satellites galiléens : il s'agit de Io, Europe, Ganymède et Callisto.

    1656 Christiaan Huygens présente sa découverte du plus gros...

  • HUYGENS ÉTABLIT LA NATURE DES ANNEAUX DE SATURNE

    • Écrit par James LEQUEUX
    • 361 mots

    En juillet 1610, Galilée observe avec une de ses lunettes de mystérieux appendices de part et d'autre de Saturne, appendices dont l'aspect change au cours du temps. Bénéficiant d'une meilleure lunette que Galilée, le Hollandais Christiaan Huygens va établir qu'il s'agit en fait...

  • SATURNE (anneaux et satellites)

    • Écrit par Bruno BÉZARD
    • 7 019 mots
    • 18 médias
    Téthys et les anneaux de Saturne - crédits : Space Science Institute/ JPL/ NASA

    Saturne, la plus grosse planète du système solaire après Jupiter, est entourée d’un cortège d’anneaux, qui offre l’un des plus beaux spectacles visibles dans le ciel avec une lunette ou un petit télescope, et de plus de quatre-vingts satellites. Le système d’anneaux présente une structure extrêmement...

  • ASTROLOGIE

    • Écrit par Jacques HALBRONN
    • 13 311 mots
    ...Moyen Âge, un modèle défendu par un Albumasar et, à sa suite, un Pierre d'Ailly (xve s.), constitué du cycle des conjonctions de Jupiter et de Saturne, qui se rejoignent tous les vingt ans. En tenant compte du fait que ces conjonctions se succèdent selon la structure d'un triangle, on attacherait...

  • BRAHIC ANDRÉ (1942-2016)

    • Écrit par Isabelle GRENIER
    • 884 mots
    • 1 média
    ...s’étalent lentement. Ils sont cités dans de nombreuses applications astrophysiques, des anneaux planétaires à la formation des planètes et des galaxies. L’épaisseur infime (de 2 à 3 mètres) des anneaux de Saturne qu’il prédit en 1977 sera confirmée par l’observation en 2015. André Brahic est nommé professeur...

  • CASSINI-HUYGENS (MISSION)

    • Écrit par Athéna COUSTENIS
    • 4 179 mots
    • 8 médias

    Dédiée à l’exploration de la planète Saturne, de ses anneaux et de ses satellites naturels, la mission Cassini-Huygens est le fruit d’une étroite collaboration des agences spatiales américaine (NASA, National Aeronautics and Space Administration), européenne (ESA, European Space Agency) et italienne...

  • DOLLFUS AUDOUIN (1924-2010)

    • Écrit par Jean Claude FALQUE
    • 1 221 mots

    Astronome –  un des plus grands de son temps – et aéronaute – un des plus audacieux du xxe siècle –, le Français Audouin Dollfus naît le 12 novembre 1924, à Paris. Son père, Charles Dollfus, passionné par les choses de l'air, aéronaute titulaire des brevets de pilote de ballon et de dirigeable,...

  • Afficher les 12 références

Voir aussi

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