Magnétosphère de Saturne

Comme Jupiter, le champ magnétique de Saturne est généré par un effet dynamo de l’hydrogène métallique liquide[4]. Comme la Terre, ce champ magnétique est principalement dipolaire, de symétrie radiale par rapport à l’axe nord-Sud[4]. Contrairement à la Terre, le pôle nord magnétique est bien situé sur l’hémisphère nord de la planète.

L’intensité de ce champ magnétique est d’environ 21 μT (0.21 G) ce qui est légèrement plus faible que le champ magnétique terrestre mais sur un rayon 580 fois plus grand.

La magnétosphère de Saturne est la deuxième plus grande magnétosphère du système solaire après celle de Jupiter[5].

La distance entre la magnétopause et le centre de Saturne peut varier entre 16 et 27 fois le rayon de Saturne[6]. En effet sa position dépend de la pression des vents solaires et donc de l’activité solaire. L’arc de choc de Saturne, quant à lui, mesure 27 rayons saturniens soit environ 1 620 000 km.

Du côté opposé au soleil de la planète, les vents solaires donnent une forme allongée à la magnétosphère séparée en deux parties et appelée magnéto-queue.

La magnétosphère de Saturne est généralement découpée en quatre régions[7]. La région la plus au centre, d’un rayon de 180 000 km, est un pur dipôle magnétique contenant du plasma absorbé par les particules des anneaux de Saturne. C’est dans cette zone que se situe la ceinture de radiation.

La seconde région, entre 180 000 et 360 000 km contient un tore de plasma froid, le plasma le plus dense de tout le système de Saturne. Ce plasma provient des lunes de Saturnes dont Encelade. Dans cette région le champ reste principalement dipolaire[7].

La troisième région, appelée la plasmagène étendue, se situe entre 360 000 et 840 000 km. Le champ magnétique n’est plus bipolaire, tandis que le plasma est confiné sur une bande équatoriale[7].

La quatrième région, la plus lointaine de Saturne (de 900 000 km à la magnétopause), se caractérise par une faible densité de plasma et un champ magnétique chaotique sous l’effet des vents solaires[7].

Au-delà de cette quatrième région, le champ magnétique s’affine et prend la forme d’un disque, appelé le magnéto-disque, reliant la magnétopause à la magnéto-queue

Plasma piégé dans la magnétosphère de Saturne

Anneau de courant autour de Saturne (Cassini)

Le plasma de saturne est principalement composé d’eau ionisé en 0+, H20+, OH+, H3O+ ainsi que des ions d’azote N+[9]. La principale source d’eau est le satellite Encelade qui rejette près de 300 à 600 kg/s de vapeur d’eau depuis ses geysers du pôle sud. La part de vapeur ionisée puis piégée dans la magnétosphère est estimée à 100 kg/s[10]. Les autres sources du plasma sont les anneaux et les autres satellites glacés. La sonde Cassini a également décelé des traces d’ions N+ provenant probablement d’Encelade[11]. Dans les régions les plus excentrés de la magnétosphère, les ions sont majoritairement des protons originaires des vents solaires et de l’ionosphère de Saturne. Les régions les plus au centre (dans un rayon inférieur à 180 000 km), le plasma se compose d’O+ et O2+ qui se combinent avec des électrons pour former la ionosphère de Saturne[6].

Spectre radio de Saturne comparé à d'autres planètes

Saturne est la source d’onde radio de faible fréquence appelée radiation kilométrique. Leurs fréquences varient entre 10 et 1 300 kHz avec une moyenne de 400 kHz[12]. La puissance de ces ondes est fortement modulée par la rotation de la planète et la pression des vents solaires. On estime cette puissance à 1 GW[12].

L’émission de ces ondes coïncide avec les aurores boréales La modulation des ondes radio est souvent utilisé pour estimer la période de rotation des géantes gazeuses[13]. Cependant, la période de modulation semble varier dans le cas de Saturne d’après les mesures de Voyager 1 et 2 puis Cassini[13]. Les observations montrent que la période de modulation peut varier de 1% sur une période de 20 à 30 jours. Des études montrent la corrélation entre la vitesse des vents solaires et la période de modulation[14].

Ceinture de radiation de Saturne (Cassini)

La ceinture de radiation de Saturne est relativement faible car les particules chargées sont absorbées par les satellites et autres objets en orbite autour de la planète[15]. La partie la plus dense de la ceinture se trouve entre le champ de gaz d’Encelade (à 3.5 rayons de Saturne) et l’anneau A (à 2.3 rayons de Saturne). Il contient des protons et électrons de 100 keV à 20 MeV[16]. Entre 3,5 et 6 rayons de Saturne les particules sont absorbées par des gaz neutres, mais au-delà des particules de 100 keV reparaissent et contribue au courant de l’anneau[16]. Les électrons et autres particules de 10 MeV proviennent de l’extérieur de la magnétosphère et sont transportés par diffusion[17]. Les particules pouvant atteindre 20 MeV proviennent d’interactions entre les rayons cosmiques et des corps solides[17].