LES ANNEAUX DE SATUKNE

Pendant l'été de 1610, Galilée ayant tourné vers Saturne la lunette qii'il avait inventée tout récemment, fut bien surpris de l'aspect sous lequel il voyait la planète : au lieu d'une étoile, il en distinguait trois; « Saturne, comme il le disait dans une lettre au grand-duc de Toscane, lui paraissait tricorps. » Voici en quels termes, dans une autre lettre du 13 novembre de la même année, adressée à Julien de Médicis, il faisait part à ce dernier de cette singulière découverte : « Lorsque j'observe Saturne, y dit-il, avec une lunette d'un pouvoir ampliticatif de plus de trente fois, l'étoile centrale parait la plus grande ; les deux autres, situées l'une à l'Orient, l'autre à l'Occident, et sur une ligne qui ne coïncide pas avec la direction du zodiaque, semblent la toucher. Ce sont comme deux serviteurs qui aident le vieux Saturne à faire son chemin et restent toujours à ses côtés. Avec une lunette de moindre

grossissement, l'étoile paraît allongée et de la forme d'une olive. » En continuant ses oljservations, Galilée vit avec étonnement les prétendues étoiles latérales diminuer de grandeur ; elles s'affaiblirent de plus en plus, et enfm, vers la fin de novembre 1612, elles avaient l'une et l'autre dispara complétx;ment : le globe de Saturne était devenu isolé et parfaitement rond. L'illustre astronome considéra ses précédentes observa-

Anciens dessins de Saturne, d'après Gassendi. Fig 167. Saturne tricorps. 10 juin 1633. Fig. 168. Observation du 11 janvier 1645

tions comme autant d'illusions d'optique. A partir de cette époque, il ne s'occupa plus de Saturne.

Cependant les mêmes phénomènes reparurent au bout d'un certain temps; d'autres observateurs, parmi lesquels Gassendi et Hévélius, les revirent; mais les lunettes trop imparfaites encore ne laissèrent longtemps rien deviner de leur véritable nature, et ce n'est qu'en 1655 qu'Huygens, ayant observé longuement Saturne avec un télescope construit par lui-même, parvint à déchiffrer le mot de l'énigme \

1. Gassendi, comme Galilée, voyait Saturne triple; Hévélius reliant les deux petites étoiles à la grande, déclarait ne rien comprendre à ces deux bras de Saturne. D'après le P. Riccioli, Saturne était environné d'une armille mince, plane, elliptique, adhérente à la planète en deux points. D'autres enfin croyaient que la figure jiarticulière de Saturne, nous présentant successivement des faces différentes, suffisait à expliquer la diversité des aspects sous lesquels la planète s'était successivement montrée aux divers observa-

Huygcns soutint et prouva, en effet, que la série des apparences singulières que présentait Saturne dans la suite des années, s'expliquait de la façon la plus simple en admettant que son globe est entouré à distance par un anneau opaque très-mince, de forme circulaire, qui ne touche d'aucun côté à la planète, et qui l'accompagne dans son mouvement de translation autour du Soleil, en restant toujours parallèle à lui-même, de manière à couper l'écliptique sous un angle

Fig. 1C9. Anciens dessins de Saturne, d'après Gassendi cl Huygons.

d'environ 30 degrés. Selon les positions relatives de Saturne et de la T(^rre sur leurs orbites, l'appendice annulaire nous

leurs. On se rendra complc des écarts singuliers oià était tombée l'imagination des savants, en examinant quelques-unes de ces figures, recueillies par Gassendi et par Huygcns (fig. 167, 1P8 et 169). Hévélius distinguait encore, en 1656, six phases différentes de Saturne, et croyait utile de leur appliquer celle bizarre nomenclature:

Saturnus monosphericus,

— trisphericus,

— spherico-cuspidatus.

Saturnus spherico-ansatus,

— elliptico-ansatus-diminutus,

— clliptico-ansatus-plenus.

Huygens, par la publication de son Systema Saturnium (1659), mit fin à ces -visions, et donna l'explication rationnelle de toutes ces apparences.

montre toujours celle de ses faces qui est éclairée par le Soleil, mais sous des inclinaisons variables , qui atteignent deux maxima et deux minima dans le cours de chacune des révolutions de Saturne. C'est un effet de perspective céleste que font aisément comprendre les figures 170 et 171 . La première figure l'orbite de Saturne et celle de la Terre vues en perspective sur le même plan, c'est-à-dire abstraction faite de leur faible inclinaison mutuelle de 2° 29'. Le plan de l'anneau

Fig. 170. Pliages des anneaux fie Saturne. Vue perspective des différents aspects.

restant parallèle à lai-même, il en est de même de sa trace sur le plan de l'orbite. Il résulte évidemment de là, qu'en deux positions diamétralement opposées de la planète sur son orbite, la trace en question devra passer précisément par le centre du Soleil. A l'une ou à l'autre de ces époques, la lumière solaire n'éclairera ni l'une ni l'autre des deux faces de l'anneau, mais seulement sa tranche qui est relativement fort mince. De la Terre, on ne verra donc plus d'appendice annulaire : Saturne paraîtra rond; et c'est précisément ce qui arriva en novembre 1612, quand Galilée vit avec découragement

SATURNE. 4e5

disparaître toute apparence lumiueuse latérale. Tout au plus, grâce aux instruments puissants de notre époque, peut-on distinguer alors sur le glolie lumineux une légère ligne obscure, qui n'est autre que la portion de la face obscure de

Fig. m. Disparitions et iu>i|)|miiLiuii.s pci ludiques du.s niiiieaux dû feaUiiiio. l'iuisus luavima .

l'anneau qui se projette très-obliquement pour nous sur la planète.

En dehors de ces deux positions particulières du plan de l'anneau, il est clair qu'une de ses faces est toujours éclairée par le Soleil, tandis que l'autre n'en reçoit aucun rayon de lumière. Mais l'orbite de Saturne étant extérieure à l'orbite terrestre, dont le rayon est d'ailleurs comparativement très-

petit, c'est toujours sa face éclairée que Saturne nous présente; seulement, pendant une moitié de la réA^olution, c'est la face boréale de l'anneau que nous voyons projetée sur l'hémisphère austral de la planète ; pendant l'autre moitié de la révolution, nous voyons au contraire la face australe, qui se projette alors en sens inverse, c'est-à-dire sur l'hémisphère boréal. Enfin, selon la distance de Saturne aux deux positions premières où l'anneau disparaît, le système nous semble plus ou moins ouvert. En deux points de l'orbite diamétralement opposés, cette ouverture atteint un maximum tel, que l'anneau déborde le globe de part et d'autre, en masquant tantôt le pôle nord, tantôt le pôle sud de Saturne.

De cette explication sommaire, il résulte que tous les quinze ans, Saturne doit être vu dépourvu de son anneau ; que tous les quinze ans aussi, l'appendice doit se montrer dans son maximum d'étendue ou de visibilité. Mais la disparition périodique qui résulte du passage du plan de l'anneau par le Soleil n'est pas la seule. L'anneau peut cesser d'être perceptible pour nous par une autre raison. Qu'on examine la figure 171, et l'on comprendra que pendant le temps que met Saturne à parcourir les deux arcs opposés, ah et cd, de son orbite (temps qui peut s'élever jusqu'à 360 jours), la Terre et la planète peuvent occuper deux positions telles que la première se trouve précisément aussi dans le plan de l'anneau. Cette circonstance qui, comme on voit, doit être voisine de l'époque de la disparition déterminée par la première cause, peut même se présenter jusqu'à trois fois à chaque période \ et dans tous les

1. Donnons -en un exemple sur la figure. Saturne étant en S, et la Terre en T' sur la prolongation de la trace de l'anneau, nous ne voyons celui-ci que par sa tranche, première disparition. Les deux planètes continuent leur mouvement, la Terre quitte la trace du plan de l'anneau, qui ne passe point encore par le Soleil ; l'anneau reparaît. Saturne arrive en S', tandis que la Terre est en T"; la trace passe par le centre du Soleil, l'anneau est invisible parce qu'il n'est plus éclairé que par sa tranche, seconde disparition. Au

La même raison qui empêcha pendant plus de quarante ans les astronomes du dix-septième siècle de reconnaître la véri-

bout d'un certain temps, nouvelle réapparition de l'anneau. Mais le mouvement de la Terre, plus rapide absolument et angalairement que celui de Saturne, l'amène en T" sur la prolongation de la trace de l'anneau qui est en S"; Iroisième disparition hienlôt suivie elle-même d'une troisième réapparition. Il peut arriver, il est vrai, qu'aucun de ces phénomènes ne soit visible ou observable. C'est ce qui aura lieu en 1878, Saturne se trouvant alors voisin de sa conjonction, et plongé dans les rayons du Soleil. La théorie pour cette époque ne donne d'ailleurs qu'une seule disparition et réapparition, correspondant au pa.ssage de l'anneau par le Soleil. Donnons ici les élémcnls de l'anneau et de ses nœuds. L'inclinaison sur le plan de l'orbite de la Terre est égale à 28° 10'. Les nœuds ascendants et descendants de l'anneau ont pour longitudes 350° 52' et 170° 52'. A 90° de chacun de ces points, en Sj et Sj, se trouvent les deux positions opposées où les deux faces, boréale et australe, de l'anneau se présentent à la Terre avec leur maximum d'obliquité. Ces positions et les a.spects correspondants de Saturne sont marqués dans la figure 171 (mais il importo de faire remarquer que la planète y est représentée sur son orbite, telle qu'on l'apercevrait de la Terre, et non en perspective, comme dans la figure 170).

C'est un problème intéressant que celui de la détermination et de la prédiction des phénomènes périodiques de la disparition de l'anneau de Saturne. Huygens l'a le premier abordé dans le Sijstema Saturnium. Dionis du Séjour, puis Lalandc, en ont fait ensuite une étude géométrique et analytique détaillée. Enfin, Bessel (voy. la Connaissance des temps pour 1838) a appliqué au problème toutes les ressources de la science moderne. Nous empruntons à Biot, qui a résumé le travail de Bessel, les données suivantes relatives aux phénomènes antérieurement observés :

Époques Passages

des passages observés. du plan de l'anneau.

16 octobre 1714 par la Terre Disparition.

10 février 1715 par le Soleil Réapparition.

22 mars — par la Terre Disp.

12 juillet. — par la Terre Réapp.

12 octobre 1773 par la Terre Disp.

11 janvier 1774 par le Soleil Réapp.

5 avril — ..... par la Terre Disp.

30 juin — . . . . par la Terre Réapp.

5 mai 1789. .... par la Terre Disp.

20 août — par la Terre Réapp.

10 octobre — par le Soleil Disp.

29 janvier 1790 par la Terre Réapp.

Notons encore l'observation des phénomènes en 1832, 1833, 1848 et 1862.

table forme de l'appendice de Saturne, j'entends l'imperfection des limettes, fut cause que l'anneau parut d'abord unique, ou simple. C'esl en 1675 que D. Cassini' reconnut l'existence d'une ligne obscure divisant la largeur de l'anneau en deux parties égales : « La partie intérieure, disait ce célèbre astronome, est fort claire, et l'extérieure un peu obscure, la diffé-

Fig. 172. Découverte du double auueau en I67ô. Observiitions et dessins de II. Cassini.

rence de teinte étant celle de l'argent mat à l'argent bruni. » La figure 172 représente, d'après les dessins de Cassini, l'aspect du double anneau à cette époque.

Depuis, le système a été l'objet des observations les plus

1. D'après les autBurs anglais, il paraît que dix ans plus tôt (en 1665), l'astronome W. Bail aurait, à l'aide d'une excellente lunette de 38 pieds de distance focale, reconnu que l'anneau était double : « That it is not one body of a circular figure, that embraces his disk, but two. »

minutieuses, rendues de phis en plus faciles par l'incessant perfectionnement des télescopes. Outre la division, qu'on nomme quelquefois la bande de Cassini, d'autres lignes sombres ont été vues, soit sur l'anneau extérieur, soit sur l'anneau intérieur. Ces divisions indiquent-elles des séparations réelles, comme il parait prouvé qu'est la première, plus largo, plus noire que toutes les autres, et d'ailleurs permanente? Il est diiricile de le dire. Cependant, l'anneau extérieur, le plus sombre, que nous appellerons pour abréger, avec

Fig. l'i'i. Divisions de l'anneau exléi-ieiir. Oljservalion et dessin de G. P. Bond le 9 janvier 1855.

0. Struve, l'anneau A, a été observé à diverses reprises divisé par une ligne noire, en deux parties inégales, la plus large étant la partie extérieure si l'on s'en rapporte aux mesures d'Encke (1837), étant la partie intérieure, au contraire, d'après Lassell et Dawes (1843). D'autres lignes ont été vues sur l'un et sur l'autre anneau, mais en nombres qui varient selon les époques et selon les observations.

Dans la vue de Saturne (fig. 173) que nous empruntons à G. P. Bond, l'anneau A est divisé par 3 lignes sombres; il est quadruple. L'anneau B, plus voisin de Saturne, outre qu'il paraît plus sombre dans sa moitié la plus rapprochée de la

planète, est strié sur son bord interne de quatre ou cinq lignes observées avec soin par l'astronome américain, et qui semblent autant de divisions concentriques réelles.

Enfin, un troisième anneau, qu'on nomme l'anneau C, a été découvert à la fin de 1850, par M. Bond d'abord, puis par MM. Dawes et Lassell. Mais tandis que les deux autres anneaux sont opaques, réfléchissent inégalement mais vivement la lumière solaire, et d'ailleurs portent sur le globe de Saturne une ombre nettement marquée, ce troisième anneau est obscur j ne renvoie qu'une faible lumière et d'ailleurs est transparent, comme on l'a positivement constaté : à travers son épaisseur, on distingue en eff'et nettement les contours du globe de Saturne. L'anneau obscur et transparent a été lui-même reconnu double par 0. Struve : un trait noir, visible de chaque côté des anses (pi. XXIV), le partage en deux parties légèrement inégales.

Tel est donc le curieux système des anneaux qui entourent Saturne à distance, et qui font de cette planète avec ses huit satellites, le plus étrange et le plus curieux échantillon de la distribution de la matière des cieux dans notre monde solaire. Avant de dire quels problèmes intéressants se posent devant ce merveilleux spectacle, il convient de donner une idée des dimensions relatives et réelles des diverses parties de l'appendice annulaire. Les voici d'après Struve, en y joignant comme termes de comparaisons les diamètres, équatorial et polaire, de Saturne :

Mesures Dimensions Mesures micrométriques, relatives, kilométriques.

(Rayon extérieur ....... 20". 065 2.281 139 200

Anneau A ^^(-^.^3^^. 17".765 2.019 123 200

(largeur de l'anneau 2".3Û0 0.261 16 000

Intervalle des anneaux A et B 0".495 0.056 3 ■-.30

Anneau B

intermédiaire!

/Rayon extérieur 17". 270 1.964 119 770

— intérieur 12".650 1.438 87 740

largeur de l'anneau 4". 620 0.525 32 030