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Les anneaux des planètes géantes

Aperçu
Jusqu'en 1977, les seuls anneaux connus autour d’une planète étaient ceux qui entourent Saturne. Il est apparu depuis que les quatre planètes géantes du Système solaire possèdent des anneaux. (En 2013, l'observation de l'occultation d'une étoile par la naine de glace Chariklo a aussi révélé l'existence surprise d'anneaux autour de ce petit objet).

Les anneaux ne sont pas des structures rigides : ils sont composés de milliards de petits corps (poussières ou blocs de roches plus gros) recouverts de glace, et circulant sur un même plan. 
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Jupiter – Les anneaux de Jupiter ont été découverts en 1979, grâce à la sonde Voyager 1 et sont très difficiles à déceler depuis la Terre. Immergées dans un halo aux contours indécis, les particules qui les constituent, forment des structures, nettement dessinées, mais sont bien plus dispersées que celles formant les anneaux de Saturne. Ces anneaux en frôlent presque les nuages.
Saturne – Parfaitement visibles depuis la Terre, certains des anneaux de Saturne ont d’abord été notés par Galilée en 1610, qui les avait pris pour des satellites. Ils n’ont été reconnus comme tels qu’en 1654 par Huygens. On distingue traditionnellement sept anneaux concentriques principaux, mais les sondes Voyager en ont révélé de milliers.
Uranus – Découverts depuis la Terre en 1977 grâce à l’occultation d’une étoile, les anneaux d'Uranus constituent le premier système annulaire connu depuis la découverte de celui de Saturne. La sonde Voyager 2, en 1986, a permis d’en dénombrer 11. Très sombres et étroits, ils semblent pauvres en poussières. Ils sont de forme elliptique plutôt que circulaire.
Neptune – On connaît, depuis le passage dans leur voisinage en 1989 de la sonde Voyager 2, quatre anneaux très sombres autour de Neptune. Ils sont étroits comme ceux d’Uranus, et très écartés. L'anneau externe est serti de plusieurs quatre arcs brillants, dont trois avait été détectés en 1984 et 1985 depuis la Terre. On leur a donné les noms de : Courage, Liberté, Égalité et Fraternité.

Rouages
L'origine des anneaux observés autour des planètes géantes n’est pas claire. Il n’est pas même certain qu’un même mécanisme puisse être invoqué dans chaque cas.

Selon un premier scénario, ces structures se seraient formées à partir de la matière résiduelle qui entourait les planètes géantes à leur naissance. Cela rappelle l'hypothèse de Laplace

Une ancienne hypothèse - Laplace, dans son Exposition du système du monde, a décrit comment une nébuleuse, en se condensant par ses couches extérieures, pourrait sous l'influence de la force centrifuge, donner naissance à un anneau animé à peu près du même mouvement de rotation que la nébuleuse elle-même; et comment cet anneau pourrait se diviser plus tard en fragments qui seraient devenus des planètes ou des satellites. Cela a incité les astronomes, à la suite de Laplace, à voir dans les anneaux de Saturne un exemple de ce mode de formation, pris ainsi sur le fait.
Une deuxième hypothèse implique indirectement les satellites, envisagés comme des pourvoyeurs de matière. On soupçonne, par exemple, Encelade d'éjecter dans l'espace des poussières qui se disperseraient autour de Saturne pour en constituer un des anneaux. Cette expulsion pourrait être causée par l'existence à la surface de la petite planète de geysers - une activité, que l'on pourrait aussi rapprocher de la surface lisse et donc jeune de l'objet.

Une autre possibilité est la projection de poussières et de petits blocs, arrachés à Encelade par le bombardement de météorites. Depuis 1999, on envisage en tout cas un processus de ce type pour expliquer les anneaux de Jupiter. Cette fois, les anneaux sont supposés être alimentés grâce à l'impact de météorites sur les trois des lunes internes de la planète géante (Adrastée, Amalthée et Thébé). 
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Satellites connection

Qu’ils soient à l’origine ou pas de la formation des anneaux, les satellites semblent requis pour expliquer la pérennité de ceux-ci. Les milliards de particules qui constituent les anneaux ne cessent en effet de se cogner les unes aux autres. Certaines acquièrent des vitesses qui les font s'évader dans l'espace. D'autres tombent en pluie sur leur planète. La matière des anneaux disparaît donc en permanence. Et pour continuer d'exister, les anneaux doivent donc aussi être alimentés en permanence par de la matière venue de l'extérieur. Ainsi le processus invoqué à propos d’Encelade et des trois petits satellites de Jupiter, pourrait-il au moins avoir sa part dans le maintient sur de très longues durées des anneaux.

Il existe cependant une autre possibilité. Une partie de la matière pourrait provenir des météorites qui viennent directement s'écraser sur les anneaux. Les effets de tels impacts expliqueraient peut-être que les anneaux de Saturne soient sans cesse parcourus de grandes vagues sombres s'étendant sur plusieurs dizaines de milliers de kilomètres (on invoque aussi dans ce cas des effets d’origine électromagnétique).

Quoi qu’il en soit, les satellites semblent requis pour expliquer d’autres caractéristiques des anneaux, telles que le bord bien net de la plupart d'entre eux. On pense ici par exemple à Cordélia et Ophélie, petits satellites qui encadrent l'anneau externe d'Uranus, ou encore à Janus et à Epiméthée, qui jouent le même rôle de "gardiens" de part et d'autre d'un des anneaux de Saturne. Toujours autour de cette planète, Pan (qui circule à l'intérieur de la division de Encke) et Mimas semblent être les causes principales du vide qui subsiste entre certains anneaux.

Par ailleurs, l'origine des condensations brillantes (arcs) observées sur l’anneau extérieur de Neptune, et capables de persister pendant plusieurs années, pourrait également se comprendre comme un effet perturbateur des satellites : Galathée, en particulier, pourrait jouer un rôle clé. L'aspect torsadé de plusieurs anneaux de Saturne pourrait recevoir la même explication.

Un troisième scénario recours à l’hypothèse d’une dislocation d'un ancien satellite par l'action des effets de marée de sa planète tutélaire. La formation des anneaux de Saturne, dont la masse totale est celle d'un petit satellite de glace, pourrait dans une large mesure entrer dans ce cadre. Pareille situation se rencontrera peut-être d’ici une centaine de millions d’années autour de Saturne. On attend en effet que Triton, son principal satellite, dont l’orbite se resserre lentement, soit alors disloqué par le mécanisme des marées.

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