PL. XXIV

SATURNE D'après Warren de la Rue, G. P. Bond et 0. Struve.

SATURNE. 'i91

Anneau G /Rayon extérieur 12". 650 1.438 87 740

inférieur — intérieur 10 '.615 1.208 73 625

ou obscur (largeur de l'anneau 2". 035 0.230 14 115

Rayon équatorial de Saturne. . . . . 8".795 1.000 61 000

— polaire — 7". 845 0.892 54 400

D'après ces mesures, on voit que la largeur totale du système annulaire dépasse environ des ^le rayon équatorial de

;Fig. 174. Saturne et son système danncaux, projeté sur le plan de l'équateur.

Saturne, c'est-à-dire embrasse un espace d'environ 65 600 kilomètres, ou 16 400 lieues. Le développement diamétral des anneaux mesure près de 70 000 lieues.

Quant à l'épaisseur de l'anneau, elle est très-faible. W. Herschel l'a plutôt évaluée que mesurée directement, en comparant le filet lumineux visible en août 1789 (à l'époque d'une

réapparition de l'anneau) avec deux des satellites , qu'il voyait passer sur lui « comme une perle sur un fd » . En admettant 0".3 pour l'épaisseur apparente, l'épaisseur réelle serait de 2070 kilomètres ; mais Schrœter ne donnait à la première que 0".125 et sir J. Herschel 0".03 ; G. P. Bond déduit de ses observations de 1848 à 1852 une épaisseur apparente plus petite que 0".01 .

g 4. QUE SONT LES ANNEAUX DE SATURNE?

Nous avons une idée maintenant des apparences que présente le système annulaire de Saturne, vu de la Terre à des époques diverses; nous connaissons aussi les dimensions relatives de ses parties, mais cela ne peut suffire pour contenter notre curiosité à l'égard de cet étrange assemblage, auquel nous ne voyons rien d'analogue ni sur notre Terre, ni dans les autres planètes.

Que sont ces anneaux? Sont-ils réellement multiples, comme le laissent soupçonner les divisions nombreuses constatées à diverses reprises sur leur surface? Qu'ils soient au nombre de trois seulement ou un plus grand nombre, sont-ils à l'état solide, à l'état liquide, ou à l'état de gaz ou de vapeurs? ou encore, ne doit-on y voir que des agrégations de corpuscules isolés, à un état physique quelconque, mais assez nombreux et assez rapprochés pour présenter l'aspect que leur donnent les télescopes?

Toutes ces questions se posent nécessairement ; et, dès l'origine des observations, on n'a pas manqué d'y répondre, comme toujours, par des conjectures. Énumérons rapidement les principales de ces hypothèses, en ne nous arrêtant qu'à celles qui ont été appuyées siir des raisons scientifiques, et qui ne sont point d'avance manifestement en contradiction avec les lois de la mécanique et de la physique.

Laissant de côté les suppositions nées de l'ignorance où l'on fut, dans les premiers temps, de la vraie forme de l'appendice saturnien, par exemple, celles de Galilée qui croyait Saturne triple, de Riccioli qui lui donnait une armille plate et adhérente, ou encore d'Hodierna qui faisait Saturne ovoïde et obscurci de chaque côté par deux énormes taches, nous citerons l'idée de Roberval qui voyait dans l'anneau une ceinture de nuages émanés de l'équateur de Saturne, puis celle de Maupertuis qui l'expliquait par le passage d'une comète qu'aurait retenue dans le système l'attraction du globe de la planète : la queue de l'astre chevelu, s'enroulant à distance autour de ce globe , avait , selon lui , constitué l'anneau ; quant au noyau, il s'était transformé en satellite. Mairan, et après lui Buffon, ne voyaient dans l'anneau que les restes de l'équateur de Saturne, dont le globe, beaucoup plus étendu à l'origine, s'était peu à peu contracté par voie de refroidissement en abandonnant les portions les plus éloignées et les plus rapides. Enfin il faut signaler aussi l'opinion que Dionis du Séjour attribue à D. Cassini, mais qui paraît avoir été proposée par Cassini II, comme le prouverait ce passage tiré de ses Eléments d'astronomie (1 740, p. 338) : « Cette apparence (celle des anneaux), dont nous ne voyons aucun exemple dans les autres corps célestes, nous a donné lieu de conjecturer que ce pouvoit être un amas de satellites, tous disposés à peu près sur un même plan, lesquels font leurs révolutions autour de cette planète : que leur grandeur est si petite qu'on ne peut les apercevoir séparément, mais qu'ils sont en même temps assez pi'ès l'un de l'autre pour qu'on ne puisse point distinguer les intervalles qui sont entre eux, en sorte qu'ils paroissent former un corps continu. »

Quelques-unes de ces hypothèses peuvent paraître plus ou moins vraisemblables, mais la plupart sont sujettes à des difficultés, qu'on peut formuler dans la série des questions suivantes, et que la théorie pouvait seule aborder.

Étant donné le système des anneaux qui entourent Saturne, et les satellites qui gravitent extérieurement, comment un tel système matériel, solide ou fluide, peut-il se soutenir sans point de contact ou d'appui avec la planète? Comment ses diverses parties résistent- elles à l'effort que l'attraction de Saturne exerce sur chacune d'elles, à celui qu'exercent pareillement les satellites? Ne semble-t-il pas que cet immense pont devrait peu à peu se désagréger, puis, catastrophe dont les cieux n'ont jamais présenté l'exemple aux regards de l'homme, se précipiter dans une chute effroyable sur le sol de Saturne? Laplace a abordé ce problème. Il a fait voir que l'équilibre n'est possilde et stable qu'autant que la section de l'anneau, normale à sa surface, ait la forme d'une ellipse dont le grand axe est dirigé vers le centre de la planète, et présente en plusieurs points des inégalités de largeur ou de courbure\ Dans de telles conditions, en effet, le centre de gravité de l'anneau ne coïncide pas avec celui de la planète, et il en doit résulter de lentes oscillations dans leurs positions relatives. De plus, condition essentielle, les anneaux doivent tourner sur euxmêmes autour d'un axe perpendiculaire à leur plan et passant par le centre de Saturne ; «afin, dit-il, que leur pesanteur vers la planète soit balancée par leur force centrifuge due à ce mouvement. » La vitesse de rotation doit être pour cela d'un peu plus de dix heures. Les observations d'Herschel s'accorderaient ainsi avec les résultats du calcul, puisque ce laborieux et fécond astronome a déduit de ses observations de 1790 une durée de rotation de 10 heures 32 minutes. « Il y a de temps en temps sur la surface de l'anneau, dit-il, lorsqu'il va

I. « Ces inégalités, dit Laplace, sont indiquées par les apparitions et les disparitions de l'anneau de Saturne, dans lesquelles les deux bras de l'anneau ont présenté des phénomènes différents : elles sont même nécessaires ' pour maintenir l'anneau en équilibre autour de la planète ; car s'il était parfaitement semblable dans toutes ses parties, son équilibre serait troublé par la force la plus légère, telle que l'attraction d'un satellite, et l'anneau finirait par se précipiter sur la planète. »

disparaître ou peu après sa réapparition, des inégalités qui, d'un certain point de vue, peuvent être appelées réelles, car elles proviennent, selon toute apparence, de taches lumineuses, débordant par irradiation. » Ainsi, du même coup se trouveraient confirmées par l'observation deux des principales conditions d'équilibre, indiquées par Laplace : les inégalités de structure des anneaux et leur mouvement de rotation. Le dessin de la figure 175, dû à G. P. Bond, fait à

l'ig. n j. Saturne, le 28 novembre 1848, d'après G. P. lioncl. Lignes et points brillants, visibles à l'époque du passage du plan de l'anneau

par le Soleil.

l'époque où l'anneau venait de disparaître par suite du passage à l'un des nœuds, laisse voir de chaque côté les inégalités ou points brillants de W. Herschel. Mais l'astronome américain attribue ces apparences aux parties de l'anneau que le Soleil éclairait encore à cette époque, dans le sens de l'épaisseur; et à l'appui de cette explication, il donne la figure 176, que nous reproduisons ici. Du reste, il ne fait point mention du déplacement des points brillants, que signalait Herschel.

On ne peut donc dire encore s'il est vrai que l'observation

ait confirmé les conditions données par Laplace comme des éléments indispensables de l'équilibre. Il faut avouer en outre qu'en ce qui concerne la rotation de l'anneau, il n'y a que la seule observation de W. Herschel, laquelle d'ailleurs a paru contredite par des observations beaucoup plus nombreuses. Cassini, Maraldi, Herschel lui-même dans le dernier siècle, Harding et Schrœtèr dans le nôtre, ont vu, aux époques de disparition, une seule anse se montrer et rester persistante pendant plus de temps que n'exigerait la rotation calculée ou

Fig. 176. Explicalion des points Ijiillanls qui accompagnent Saturne, pendant la disparition de l'anneau. (D'après Bond.)

observée. La théorie semble donc ici plus affirmative et plus sûre que les observations mêmes , car aucun astronome ne met en doute la réalité d'un mouvement de rotation dans le système de l'anneau, qu'il soit continu ou discontinu .

L'excentricité du système annulaire, par rapport au globe de Saturne, est en revanche un fait qui paraît hors de contestation. « Le 14 septembre 1842, dit Arago, à 7 heures 30 minutes, la planète est sensiblement plus rapprochée de l'anneau H l'Occident qu'à l'Orient; la différence des deux distances a

paru être de 8 à 9 dixièmes de seconde. » Les trois jours suivants, cette difTérence diminua de plus en plus\

Un éminent astronome russe contemporain, M. Otto Struve, qui a étudié et mesuré avec tant de soin le système des anneaux de Saturne, a publié en 1852 un mémoire d'où il résulterait que le système a subi, depuis l'époque de la découverte, des changements considérables, tant dans sa position que dans ses dimensions propres. La figiu'e 177, qui reproduit les dimensions relatives de l'anneau et du globe de

177. Vaiialiuns dans les dimensions des anneaux de SaUirne, dans l'intervalle de deux siècles.

Saturne aux trois époques de 1657, de 1799 et de 1851, met en évidence ces changements de dimensions. D'une discussion approfondie des observations antérieures , comparées aux observations plus récentes des astronomes contemporains et aux siennes propres. Struve tire les conclusions suivantes :

1° Le bord intérieur des anneaux s'approche continuellement du globe de la planète ;

1. Observations analogues antérieures : Gallet (d'Avignon) en 1684; Schwabe, do Dcssau en 1826; W. Struve, en mars et avril 1828. Picard, dès 1667, contitatait une excentricité dans un autre sens, celui du petit axe de i'anncau, l'un des pôles de Saturne paraissait déborder l'anneau vers le nord; au sud, l'autre pôle était comme retranché. Arago, en 1824, observa le même phénomène en sens inverse.

LE cii;l. 63

2" Le rapprochement du hord intérieur est combiné avec un accroissement de la largeur totale des anneaux ;

3" Dans l'intervalle entre les observations de J. D. Cassini et celles de W. Herschel, la largeur de l'anneau B a augmenté en plus forte raison que celle de l'anneau A ' .

Il reste toujours à se demander quelle est la nature physique des anneaux, si la matière qui les compose est à l'état solide, et dans ce cas, s'ils sont continus ou formés de molécules désagrégées ; s'ils sont au contraire à l'état fluide, constitués par des masses liquides ou des masses vaporeuses. Un de nos savants compatriotes, M. Hirn, a abordé ces questions en introduisant dans ses recherches des considérations nouvelles empruntées à la théorie mécanique de la chaleur et aux données de la physique ^ Selon lui, il n'est pas possible, à moins de leur supposer une densité inadmissible, de regarder les anneaux comme des solides continus ; il faudrait tout au moins

1. En 1852, la distance entre le bord intérieur de l'anneau obscur et la planète, était de 1".615. Selon 0. Struve, le rapprochement annuel serait de 0".0130. Mais il paraît avoir été aussi grand dans les 52 dernières années que dans les 142 précédentes (de 1657 à 1851), et il résulterait de là une augmentation de vitesse avec la diminution de distance. Mais en prenant la vitesse moyenne de 0''.0I3, on voit qu'en 125 ans le système annulaire se trouverait en contact avec le globe de Saturne. Dans un siècle d'ici, c'est-à-dire en 1976, la réunion, dans l'hypothèse de l'astronome russe, sera un fait accompli. Mais il reste toujours à l'aire une réserve au sujet de ces changements si remarquables, celle que nous faisions dans nos précédentes éditions; en ces termes :

« Ces modifications continueront elles de se produire dans le même sens, ou bien seront-elles suivies de changements inverses? Graves questions qui intéressent la conservation de l'appendice annulaire. Il est peut-être réservé aux générations futures d'assister au plus émouvant de tous les phénomènes que puisse présenter à l'homme le monde solaire, dont sa demeure fait partie. Peut-être vcrra-t-on dans les cieux le grandiose et formidable spectacle du cataclysme produit par la dislocation des anneaux de Saturne. »

Un de nos savants compatriotes, M. Hirn a jeté, comme on va le voir plus loin, un nouveau jour sur l'épineuse question théorique de l'équilibre des anneaux de Saturne.

2. Mémoire s.ir les condillons 'l'équilibre el sur la nature probable des anneaux de Saturne. Paris, 1872.

que la largeur de chacun fût au minimum de 1 100 lieues; les deux anneaux A et B seraient ainsi formés de 7 ou 8 anneaux distincts, tournant les uns dans les autres. Les conditions d'équilibre formulées par Laplace, l'existence d'inégalités formant lest et la rotation, ne suffiraient point d'ailleurs, si l'on ne supposait à la matière solide des anneaux une cohésion et une rigidité presque absolues. M. Hirn conclut à l'impossibilité , pour des anneaux solides et continus, de résister à toutes les causes de désagrégation ou de rupture.

Peuvent-ils être considérés comme des masses liquides ou gazeuses? Là, faisant intervertir des considérations de thermodynamique, M. Hirn montre que, dans ces deux cas, il y aurait transformation en chaleur du mouvement des anneaux, que leur mouvement sensible diminuant, la masse se rapprocherait progressivement de la planète, à laquelle l'appendice finirait, dans la suite des temps, par se réunir.

Cette discussion amène en fin de compte notre savant compatriote à considérer les anneaux comme des agrégations de corpuscules, de solides discojitinus, se mouvant isolément autour de Saturne, comme autant de satellites, assez distincts d'ailleurs les uns des autres, relativement à leur grosseur, pour que l'action réciproque de ces petites masses ne soit qu'une force perturbatrice très-faible, eu égard à l'action de Saturne. Nous ne pouvons reproduire ici toutes les raisons sur lesquelles l'auteur du mémoire appuie son hypothèse. Rappelons seulement que la première idée en a été exprimée par Cassini II, dans le passage cité plus haut, et qu'un savant anglais, M. Clark- Maxwell, a publié en 1859 des recherches qui aboutissent à des conclusions analogues ^ .

1. « Le résultat final de cette théorie mécanique, dit-il, est que le seul système d'anneaux qui puisse exister doit être composé d'un nombre indéfini de particules indépendantes, tournant autour de la planète avec des -vitesses différentes, selon leurs dislances respectives. Ces particules peuvent être

La diaphanéité de l'anneau obscur le plus voisin de Saturne peut s'expliquer par la fluidité ; mais elle se conçoit mieux encore, s'il est composé de particules beaucoup plus rares que lès deux autres anneaux. Serait-il, comme M. Faye l'a laissé entendre, le produit d'une désagrégation de ceux-ci? En tout cas, Struve a fait voir que cet anneau, découvert en 1848, existait dès l'origine des observations ; mais le rapprochement continu de l'ensemble du système, signalé par l'astronome russe, n'est-il pas un témoignage certain de la lente dissolution de l'appendice, quelle que soit d'ailleurs la cause mécanique ou physique de cette dissolution? Les observations ultérieures pourront seules dire de quel côté est, sinon la vérité, du moijjs la vi-aisemblance.

§ 5. nECllbRCIIES NOUVELLES SUR LA CONSTITUTION TIIYSIQUE DE SATURNE