Deux des satellites de Saturne – le plus grand et l'un des plus étranges – pourraient devoir leur forme et leur orbite actuelles à un empilement de deux lunes il y a environ 400 millions d'années.
Une collision entre une lune condamnée et la lune massive Titan aurait pu donner naissance à Hyperion, d'apparence spongieuse, suggère une étude soumise le 9 février à arXiv.org. Le chaos qui a suivi dans le système de Saturne aurait alors pu conduire à la formation de ses anneaux.
Cette notion s'appuie sur une proposition de 2022 d'une autre équipe, qui suggérait l'existence d'une ancienne lune pour résoudre certains mystères de longue date sur le système de Saturne, notamment son inclinaison relativement élevée, ses jeunes anneaux et les relations orbitales de certaines de ses lunes.
Les premiers indices provenaient de la relation de Saturne avec Neptune. Pendant des décennies, les planétologues ont supposé que Saturne et Neptune avaient ce qu'on appelle une résonance spin-orbite : l'axe de rotation de Saturne et l'orbite de Neptune autour du soleil semblaient vaciller presque au même rythme. Mais les données de la mission Cassini de la NASA, qui a tourné autour de Saturne de 2004 à 2017, ont montré que Saturne est légèrement désynchronisée avec Neptune. Pourtant, les taux d’oscillation sont suffisamment proches pour suggérer que les planètes ont annulé leur relation de résonance relativement récemment en termes cosmiques – il y a peut-être quelques centaines de millions d’années.
« Cela nous indique qu'il y a eu des perturbations dans le système externe de Saturne », explique le planétologue Matija Ćuk de l'Institut SETI de Mountain View, en Californie.
Ćuk et ses collègues suggèrent que cette perturbation s'est produite en deux parties. Tout d'abord, une lune condamnée est entrée en collision avec Titan, modifiant suffisamment le remorqueur de Titan sur l'axe de rotation de Saturne pour briser la résonance avec Neptune et produire des débris qui pourraient plus tard fusionner pour former Hyperion. Cette collision aurait également pu laisser Titan sur une orbite plus extrême – une orbite qui a continué à s’élargir lentement au cours des centaines de millions d’années suivantes. L'évolution orbitale de Titan aurait finalement pu déclencher gravitationnellement un accident de train au ralenti qui aurait conduit les lunes intérieures de Saturne à entrer en collision et à s'écraser, donnant finalement naissance à la fois aux anneaux et à une nouvelle récolte de jeunes lunes intérieures.
Auparavant, Jack Wisdom, planétologue au MIT, et ses collègues avaient suggéré que la rupture de la relation Saturne-Neptune coïncidait avec la formation des célèbres anneaux de Saturne, qui, selon certains planétologues, n'auraient que 150 millions d'années. L'équipe de Wisdom a proposé qu'une lune supplémentaire, baptisée Chrysalis, aurait pu tirer sur l'axe de rotation de Saturne, brisant la résonance avec Neptune, avant de se rapprocher dangereusement de la planète et d'être déchiquetée dans les anneaux.
«Jack voulait lier ces deux-là», dit Ćuk. « Mais je pensais que la formation d'Hyperion était un indice plus direct. » Sur la base de travaux antérieurs, Ćuk a calculé qu'Hypérion devait s'être installé dans sa disposition orbitale actuelle au cours des 400 derniers millions d'années, un laps de temps comparable à celui de la dissolution présumée de Saturne et de la résonance de Neptune.
Dans leur nouveau travail, Ćuk et ses collègues suggèrent que Saturne avait autrefois une lune supplémentaire, qu'ils surnomment proto-Hyperion, environ quatre fois plus massive que Chrysalide. Grâce à des simulations informatiques d'une collision entre le proto-Hyperion et Titan, l'équipe a découvert que Titan survit, tandis que certains débris de la collision s'accumulent dans l'Hyperion actuel, un corps poreux en forme d'œuf qui dégringole de manière chaotique dans l'espace.
Mais sans Chrysalis, les anneaux auraient dû avoir une origine différente, dit Ćuk. Son équipe suggère que Titan et Hyperion pourraient également expliquer cela – s’il y avait davantage de lunes manquantes. Ils postulent que Saturne aurait pu avoir à l’origine plusieurs lunes intérieures plus massives que celles présentes aujourd’hui. L'orbite modifiée de Titan après la collision pourrait, sur des centaines de millions d'années, le mettre en résonance avec l'une de ces lunes intérieures, modifiant l'orbite de cette lune jusqu'à ce qu'elle entre en collision avec une autre.
Wisdom ne pense pas que le scénario de Ćuk fonctionne vraiment. D’une part, il faudrait que les lunes intérieures soient toutes âgées de quelques centaines de millions d’années. Mais Mimas, l’une de ces lunes, possède suffisamment de cratères pour suggérer qu’elle est beaucoup plus ancienne.
« Leurs arguments n'invalident pas notre scénario », dit-il, ajoutant que la nouvelle proposition est « un scénario très différent et plus compliqué ».
Ćuk pense que Mimas pourrait être encore jeune – ses cratères se sont peut-être formés relativement rapidement dans le système chaotique de Saturne. Les deux planétologues conviennent que des simulations plus détaillées du système de Saturne sont nécessaires pour montrer quelle image est la plus plausible.
« Il pourrait y avoir une troisième variante d'instabilité qui combine la mienne et celle de Jack », dit Ćuk – ou quelque chose de nouveau.
