Alors qu'elle se déplace autour du Soleil, la planète Saturne approche de son équinoxe de printemps (dans l'hémisphère boréal). En août 2009, les rayons solaires éclaireront Saturne parallèlement à son équateur, là où se situent également les satellites et les anneaux saturniens. On conçoit alors aisément que si le Soleil, certains satellites, les anneaux et la planète sont rangés dans un même plan et alignés, la situation se prête à d'intéressants phénomènes de projections d'ombres, voire d'éclipses. Ce sujet sera une compilation régulièrement enrichie des photographies que renvoie continuellement la sonde Cassini, en orbite autour de Saturne depuis 2004, et pour quelques années encore. Je vais tenter de suivre l'ordre chronologique des publications - qui ne correspond pas nécessairement à l'ordre chronologique des prises de vue - dans la mesure où je n'en omets pas. Un bref commentaire accompagnera chaque image.



La plus grande partie du globe saturnien rentre dans les limites du champ de vision. Les anneaux sont vus presque par la tranche, sous la forme d'une bande noire horizontale. Le motif recourbé projeté sur les nuages de Saturne constitue l'ombre des anneaux. Il est possible d'y reconnaître des structures comme les anneaux C, B, A et F (de bas en haut), de même que la division de Cassini. Au centre de l'image, le disque de Rhéa (second satellite saturnien par la taille) se superpose à celui de sa planète. Au-dessus à gauche, on aperçoit l'ombre de Mimas, plus petit. Dans le coin inférieur droit, ce qui pourrait passer pour une salissure sur le capteur se trouve être la pénombre de Japet, un satellite lointain un peu plus petit que Rhéa. Japet est en fait trop éloigné de Saturne pour projeter une ombre bien obscure : le cône d'ombre se referme avant de toucher la planète. Cela revient à dire que depuis les nuages de Saturne, le disque de Japet est trop petit pour masquer entièrement le disque solaire, et provoquer une éclipse totale. La relative proximité de Mimas, par contre, autorise ce phénomène, malgré la petite taille de ce satellite.

Les couleurs sont naturelles : on remarquera la différence de teinte entre les deux hémisphères de Saturne. A mesure que l'on s'approche de l'équinoxe, cette différence tend à s'estomper, l'entièreté du globe se parant de cette robe pêche-doré. Lorsque la sonde Cassini a observé l'hémisphère nord en plein hiver, il y a quelques années, on a eu la surprise de découvrir une surface nuageuse bleu électrique. Le cliché date du 15 juin 2007 ; il a été saisi à 1,2 millions de kilomètres de Rhéa et 1,7 millions de kilomètres de Saturne (ce qui donne indirectement une idée de la distance Saturne-Rhéa). Chaque pixel couvre 71 kilomètres sur Rhéa et 103 kilomètres sur Saturne.

Le 30 octobre 2007, Mimas est à nouveau surpris en train de projeter son ombre circulaire sur les nuages saturniens. L'engin ne se trouve que deux degrés au-dessus du plan de l'anneau (un angle mesuré à partir du centre de la planète), mais on distingue relativement bien les principales subdivisions de celui-ci. Au plus près de Saturne, une large anse claire représente l'anneau C ; son ombre est la plus transparente et la plus basse. Au-delà de l'anneau C, un large espace noir évoque un gouffre vide, mais il n'en est rien : c'est l'anneau B, le plus dense, qui absorbe la lumière d'un Soleil encore situé sous le plan des anneaux. Une seconde anse, aussi claire que l'anneau C mais plus étroite, signale la division de Cassini, qui laisse passer suffisamment de lumière solaire pour interrompre la large bande noire qu'est l'ombre des anneaux. A l'extérieur, l'anneau A délimite le bord des anneaux principaux. Un regard attentif vers l'ombre de cet anneau révèlera la division d'Encke, sous la forme d'une très fine ligne jaunâtre.


Le satellite le plus lumineux présent sur l'image est Téthys. Il est situé au-delà des anneaux. Mimas, plus discret, est sous Téthys, mais "devant" les anneaux. Janus se trouve dans le prolongement des anneaux, dans le coin supérieur gauche. Entre ces deux derniers satellites, Pandore se limite à un point de lumière à peine visible. Saturne est à 2,6 millions de kilomètres, et la résolution vaut 153 kilomètres par pixel.

Vus de profil, les anneaux de Saturne surprennent par leur extrême finesse. A mesure que l'équinoxe approche, l'ombre des anneaux s'aplatit, se ramasse sur elle-même et s'approche de l'équateur. Au moment même de l'équinoxe, l'ombre est aussi fine que les anneaux, donc linéaire, et parfaitement superposée à l'équateur. Mais cette image date du 24 juillet 2007, et l'équinoxe est encore loin. Accolée contre Saturne, on retrouve Téthys. A droite, le globe d'Encélade semble partiellement se superposer aux anneaux. Tout en bas et légèrement sur la gauche, Hypérion dénote par sa forme irrégulière autant que par sa teinte relativement terne. Entre Téthys et Encélade, un oeil perçant devinera le minuscule Epiméthée, qui projette une ombre aussi petite que lui par-dessus celle des anneaux.

Pour dénoter avec les trois précédentes, cette photographie est présentée en noir et blanc. Elle montre pléthore de détails dans les formations nuageuses de l'hémisphère nord saturnien. L'organisation en bandes parallèles à l'équateur est plus qu'évidente, de même que les nuages blancs qui bourgeonnent et les ouragans qui tourbillonnent ça et là. Le bord interne de l'anneau C est à peine esquissé dans le coin inférieur gauche ; les anneaux ne se remarquent ici que grâce à leur ombre, qui prend la forme d'un long arc imprimé sur le globe de Saturne. Niché dans le creux de cet arc se laisse voir l'ombre de Janus, un satellite large de 181 kilomètres.

Ce cliché est plus récent (13 janvier 2008) et a été enregistré dans l'infrarouge, qui a l'avantage de pénétrer plus profondément dans les nuages que la lumière visible. Cassini se situait à environ 1,2 million de kilomètres de Saturne.

Ici, les anneaux sont mieux visibles, bien qu'en deux parties : dans tout le bas de l'image de même que dans le coin supérieur droit, derrière Saturne. A 1,6 million de kilomètres de la planète et 21 degrés au-dessus du plan des anneaux, la structure de ceux-ci se fait plus détaillée : l'anneau C prend la forme d'une succession de cordons poussiéreux. L'anneau B, plus homogène, prend l'aspect d'un plateau noir. Un liseré gris clair indique la division de Cassini, et seul un tout petit bout de l'anneau A se laisse voir dans le coin inférieur droit.

L'ombre de Téthys, parce qu'elle se projette sur une surface oblique par rapport aux rayons du Soleil, est nettement oblongue. En effet, le 25 février 2008, les ombres des satellites n'étaient pas imprimées suffisamment près de l'équateur pour conserver la forme ronde des satellites eux-mêmes.

Capturé le lendemain et à nouveau en couleurs, ce cliché montre dans des conditions similaires l'ombre de Mimas.

Sur cette vue qui n'est pas loin d'être à contre-jour, Téthys, le globe blanc en bas à gauche, projette son ombre au sommet de l'image. Les motifs des anneaux et de leur ombre sont rendus assez semblables, bien qu'inversés l'un par rapport à l'autre, par la position de l'appareil photographique.

En bas à droite, la tache claire irrégulière constitue en fait une tempête monumentale, la plus puissante observée et suivie par la sonde Cassini. Les éclairs d'orage produits en grand nombre en cet endroit sont producteurs d'ondes radio, que l'engin est capable de détecter. C'est d'ailleurs sur un enregistrement radio que la tempête a été découverte, le 27 novembre 2007, avant de pouvoir être capturée dans le champ de la caméra. Cette vue date du 6 décembre.

Les tempêtes de cette envergure ont la particularité de n'apparaître qu'aux alentours du 35ème parallèle austral, le long d'un couloir assez étroit. On ne sait pas encore très bien pourquoi, mais les mouvements atmosphériques dans cette régions doivent favoriser, d'une manière ou d'une autre, l'émergence d'orages plus puissants et plus persistants (plusieurs mois !) que partout ailleurs.

Deux satellites et les anneaux de Saturne projettent tous trois leur ombre sur la planète dans cette image prise le 30 mars 2008 depuis 1,2 millions de kilomètres.

Mimas (397 kilomètres de diamètre) et Téthys (1071 kilomètres) sont les deux satellites en question. Le plus grand se trouve à l'origine de l'ombre la plus large, comme chacun s'y attend. On remarquera aussi que l'ombre de Téthys s'imprime plus au nord que celle de Mimas, car le premier satellite est plus lointain. Cette situation s'imagine facilement : en disposant le Soleil et Saturne horizontalement, les rayons solaires se propageant aussi dans cette dernière direction, les anneaux comme les satellites se retrouvent alignés légèrement en oblique. L'ombre de Téthys, prolongée à l'horizontale vers Saturne, atteindra la planète dans des contrées plus boréales que l'ombre de Mimas, et a fortiori que celle des anneaux, plus proches de Saturne que n'importe quel satellite. Au moment de l'équinoxe, tous ces écarts se résorberont, et les ombres auront toutes convergé vers l'équateur saturnien.

Sur ce cliché directement analogue au précédent, c'est le même luxe de détails qui se déploie : on ne compte plus les ovales clairs ou foncés, les ondulations dans les cordons nuageux ou les tourbillons qui étirent les nuages alentours en filaments. La tache allongée au-dessus de la bande nuageuse foncée est l'ombre de Dioné. Ce satellite étant encore plus éloigné de la planète que Mimas ou Téthys, on vérifiera bien que son ombre de projette encore plus vers le Nord. Le 7 mai 2008, Cassini se trouvait à 1,2 million de kilomètres de Saturne, 43 degrés par dessus le plan des anneaux. Les plus petits détails mesurent moins de 70 kilomètres.

Que l'on se détrompe : la seule ombre visible sur ce cliché n'est pas projetée par le seul satellite faisant l'honneur de sa présence dans le champ de vision. L'ombre est celle d'Encélade, un globe glacé d'un demi-millier de kilomètres. Le satellite perché dans le coin supérieur gauche est Mimas.

Les anneaux apparaissent dans toute leur étendue, dans l'éclairage tamisé d'une lumière filtrée par la matière même des anneaux. Le Soleil éclaire encore l'hémisphère Sud le 16 décembre 2007, date de la prise de vue ; Cassini quant à elle se trouve 1,4 millions de kilomètres au-dessus du 22ème parallèle Nord.

Jusqu'à présent, le phénomène de projection d'ombre de satellites sur une planète s'apparente à ce que nous appelons sur Terre "éclipses de Soleil". Mais il est tout à fait possible d'imaginer la disposition inverse : un satellite, qui dans son mouvement orbital, pénètre dans l'ombre de sa planète (ou des anneaux dans le cas singulier de Saturne), occasionnant ce qu'il conviendrait de nommer "éclipse de lune", ce dernier mot devenant nom commun...

Ici, le satellite partiellement éclipsé est Mimas. L'étrangeté de son aspect s'éclaircit considérablement si l'on précise de quel point de vue cette image est prise : Cassini se situe en fait loin au-dessus du pôle Nord de Mimas, et le satellite effleure seulement l'ombre des anneaux par le Sud. La planète ne le cache ainsi qu'en partie, jetant l'obscurité sur une large calotte au nord de Mimas, que la perspective laisse voir en plongée. Avec le Soleil dans le dos, toute la moitié supérieure du satellite serait estompée.

Il est possible de distinguer deux zones d'ombres. Au centre, l'éclipse est totale : posé à n'importe quel endroit de cette région, le Soleil est intégralement caché par les anneaux. La zone d'ombre est cernée par une bande mince où l'éclairage est blafard mais bien présent. C'est la zone de pénombre : à tout endroit de cette région, les anneaux saturniens ne font qu'empiéter sur le disque solaire, sans le masquer totalement. Ainsi la lumière solaire n'est arrêtée que partiellement. Cela étant, les anneaux n'étant pas parfaitement opaques, le Soleil arrive encore à percer à travers eux. Il ne règne dès lors pas une obscurité totale dans la zone d'ombre.

La photographie date du 4 août 2008. Au moment de l'enregistrer, Cassini se trouvait à 143 000 kilomètres de Mimas. Les plus fins détails perceptibles mesurent moins de 900 mètres.

Le 17 août 2008, soit une année avant l'équinoxe vernal du 11 août 2009, la sonde Cassini a immortalisé un phénomène appelé à se reproduire à de nombreuses reprises : la projection de l'ombre d'un satellite sur les anneaux de Saturne. Ici, l'anneau F est brièvement interrompu par l'ombre de Pandore, un satellite en forme de patate long de 80 kilomètres.

L'anneau F semble consister en un nerf central bordé de cordons plus diffus. En vérité, il n'y a qu'une seule composante dans l'anneau F : elle s'enroule en spirale autour de Saturne sur plusieurs tours, donnant l'impression de plusieurs cerceaux concentriques. L'obscurcissement n'est pas total : le nerf central apparaît encore, quoique nettement affaibli. L'ombre, sur toute la largeur de l'anneau, se rétrécit sensiblement, rappelant que l'on a toujours affaire à des cônes d'ombre, diminuant de diamètre avec la distance à partir du satellite.

L'image est traitée pour faire apparaître les détails de l'anneau F, expliquant ainsi la forte surexposition de Pandore. Ces détails sont aussi petits que 5 kilomètres, comme le permet la distance inférieure à 900 000 kilomètres à laquelle se situe Cassini.

Très belles images merci de l'avoir partagé avec nous.

A première vue, cette photographie de Téthys sur un fond de filé d'étoiles n'est ni grandiose, ni exceptionnelle. Pourtant, un initié reconnaîtra que les capteurs électroniques dont sont équipés les engins spatiaux n'ont pas l'habitude de saisir sur une même image des objets à la luminosité si différente. Normalement, seule Téthys est censée apparaître sur le cliché, ou alors, si la pose a duré assez longtemps pour que les étoiles soient allongées ainsi, le satellite aurait dû se présenter sévèrement surexposé.

Il se trouve que Téthys est vu ici en pleine éclipse, c'est-à-dire en plein dans l'ombre de Saturne. La Lune nous a habitué à ne pas disparaître totalement lors d'une éclipse d'elle-même, et il en va également ainsi du satellite saturnien. La lumière qui lui parvient est autant diffusée à travers les anneaux - comme le ferait un voile translucide - que réfléchi par le côté nocturne de Saturne après une première réflexion sur la face éclairée des anneaux.

L'événement a été immortalisé le 25 septembre 2008, depuis une distance de 113 000 kilomètres. La résolution vaut 7 kilomètres par pixel.

Ce document datant du premier octobre 2008 illustre l'exact inverse du précédent : l'ombre de Téthys se projette cette fois-ci sur l'imposant Saturne. La vue vers l'équateur saturnien est plongeante : Cassini se situe à 615 000 kilomètres d'altitude, au-dessus du soixante-troisième parallèle boréal.

La bande noire qui barre le globe de gauche à droite est l'ombre des anneaux, et les deux traits grisés signalent la position du bord externe de l'anneau C (en bas) et la division de Cassini (en haut).