Dans un article à paraître dans le Journal des sciences planétairesdes scientifiques du SETI Institute, du Southwest Research Institute, de Caltech et de l’Observatoire de Paris affirment que les deux lunes saturniennes, Titan et Hyperion, ne sont pas des mondes primordiaux, mais le résultat d’une fusion dramatique entre deux lunes anciennes. Les résultats pourraient réécrire les théories sur la façon dont l’épaisse atmosphère de Titan a émergé et pourraient même aider à expliquer les origines du système d’anneaux emblématique de Saturne.
Dans leur article, Matija Ćuk, scientifique à l’Institut SETI, et ses collègues présentent un nouveau modèle pour l’évolution dynamique récente du système satellitaire saturnien.
« Cela est motivé par la jeunesse apparente des anneaux de Saturne, la jeunesse dynamique apparente des lunes intérieures de taille moyenne, la migration rapide des marées observée de Titan, l’amortissement rapide de l’inclinaison et de l’excentricité de Titan, et le fait que Saturne semble avoir récemment quitté sa résonance spin-orbite supposée passée avec les planètes », ont-ils déclaré.
Les auteurs affirment qu’Hypérion – une petite lune irrégulière enfermée dans une résonance orbitale de 4:3 avec Titan – est bien plus jeune qu’on ne le pensait depuis longtemps.
Son orbite allongée actuelle implique que Titan a migré vers l’extérieur d’environ 4 à 5 % depuis que les deux corps sont devenus piégés en résonance.
Cette résonance, selon l’équipe, s’est probablement formée il y a seulement 400 à 500 millions d’années.
Pour expliquer l’apparente jeunesse d’Hyperion, les chercheurs proposent un scénario dans lequel une lune supplémentaire de taille moyenne, baptisée proto-Hyperion, tournait autrefois entre Titan et Iapetus.
À mesure que l’orbite de Titan s’étendait, le système se déstabilisait ; le proto-Hyperion a été poussé sur un chemin chaotique et est finalement entré en collision avec Titan.
La fusion aurait brisé une résonance spin-orbite de longue date entre Saturne et les planètes, modifiant ainsi l’obliquité de la planète aux anneaux.
Dans le même temps, les débris de l’impact auraient pu s’accumuler dans l’Hypérion actuel, dont la faible densité et la porosité élevée suggèrent une structure en tas de décombres plutôt qu’un corps primordial et intact.
Les simulations numériques menées par l’équipe montrent que les collisions entre Titan et la lune hypothétique se produisent fréquemment dans de telles conditions.
Dans de nombreux passages, Iapetus a acquis des inclinaisons orbitales et des excentricités similaires à celles observées aujourd’hui, cohérentes avec les perturbations gravitationnelles lors de l’instabilité.
Les simulations indiquent également que l’orbite de Titan sauterait généralement vers l’extérieur pendant la fusion, permettant à sa migration de marée en cours – potentiellement provoquée par des interactions résonantes au sein de Saturne – de reprendre.
L’instabilité ne s’est peut-être pas limitée au système saturnien externe.
Les scientifiques soutiennent qu’un Titan excentrique, excité lors de l’événement, aurait pu déstabiliser les lunes intérieures de Saturne par le biais d’interactions résonantes.
Les collisions et la ré-accrétion entre ces lunes peuvent avoir généré de la matière qui a formé le système d’anneaux actuel.
Des éléments de preuve indépendants ont déjà indiqué un âge relativement jeune pour les anneaux de Saturne – peut-être quelques centaines de millions d’années – en fonction de leur masse, de leur composition et de leurs interactions avec les lunes proches.
Le nouveau modèle relie ce timing au même épisode qui a produit Hyperion et remodelé le système externe.
« Hypérion, la plus petite des principales lunes de Saturne, nous a fourni l’indice le plus important sur l’histoire du système », a déclaré le Dr Ćuk.
« Dans les simulations où la lune supplémentaire devenait instable, Hyperion était souvent perdu et ne survivait que dans de rares cas. »
« Nous avons reconnu que l’écluse Titan-Hyperion est relativement jeune, vieille de quelques centaines de millions d’années seulement. »
« Cela date à peu près de la même période où la lune supplémentaire a disparu. »
« Peut-être qu’Hypérion n’a pas survécu à ce bouleversement mais en a résulté. »
« Si la lune supplémentaire fusionnait avec Titan, elle produirait probablement des fragments près de l’orbite de Titan. C’est exactement là que Hyperion se serait formé. »
Les auteurs réexaminent également l’histoire de Rhéa, dont la migration rapide vers l’extérieur implique qu’elle aurait traversé ce qu’on appelle la résonance d’évection avec le Soleil au cours des dernières centaines de millions d’années.
De tels marqueurs dynamiques sont plus cohérents avec un système qui a subi un réarrangement récent à grande échelle qu’avec un système resté inchangé pendant des milliards d’années.
« Bien que les événements décrits ici se soient produits il y a des centaines de millions d’années et soient difficiles à confirmer directement, les observations récentes ont systématiquement remis en question les modèles précédents et révélé de nouvelles voies dynamiques », ont conclu les chercheurs.
« Notre hypothèse prédit un système saturnien dynamiquement actif et relativement jeune dont la configuration actuelle est le produit d’événements dramatiques récents. »
« Les futures données orbitales, géophysiques et géologiques, notamment celles provenant de missions ciblant les lunes de Saturne, fourniront des tests essentiels de ce scénario. »
