UNE LUNE DE SATURNE FAITE DE LA GLACE DE TITAN ?

Le système de Saturne présente deux bizarreries. Japet, l’une de ses grandes lunes, est anormalement riche en glace : comparé aux grands corps glacés du système solaire externe — Quaoar, Pluton, Triton —, il contient bien plus d’eau que de roche. Quaoar est plus petit que Japet, et pourtant beaucoup plus dense. Et Titan, la lune géante de Saturne, suit une orbite plus allongée que prévu (une excentricité de 0,029 aujourd’hui).

Titan orbite à environ 1,2 million de kilomètres de Saturne ; Japet, à environ 3,6 millions.

Un impact, deux énigmes ?

Ignacio Mosqueira, de l’Université d’État de San José, teste une idée qu’il avait proposée avec P. R. Estrada en 2005 : une collision géante sur Titan. L’impact aurait projeté de la glace arrachée au manteau de Titan sur des orbites lointaines autour de Saturne, où elle aurait pu s’assembler en Japet. Le même choc aurait allongé l’orbite de Titan.

Le scénario s’inspire des collisions « délit de fuite », déjà invoquées pour expliquer le noyau de fer surdimensionné de Mercure : le noyau rocheux de l’impacteur poursuit sa route, la glace arrachée aux manteaux reste sur place.

Ce que montrent les simulations

L’étude utilise des simulations d’impact en 3D (code Spheral du Lawrence Livermore National Laboratory) incluant la gravité de Saturne, puis suit les débris sur des jours, des années et jusqu’à 50 ans. Les deux corps ont un noyau rocheux et un manteau de glace.

Scénario 1 — un impacteur venu de l’extérieur du système de Saturne. Un corps d’un dixième de la masse de Titan le frappe de biais à 10 km/s.

• Environ 3,5 masses de Japet de débris restent liées à Saturne cinq jours après, à 83 % de glace.
• 95 % de cette glace vient du manteau de Titan.
• Un échantillon de glace suit une orbite qui s’étend au-delà de la distance de Japet.
• Le noyau rocheux de l’impacteur quitte Saturne pour de bon.
• L’excentricité de l’orbite de Titan grimpe à environ 0,13.

Scénario 2 — un compagnon déjà en orbite autour de Saturne. Un corps d’un quart de la masse de Titan frappe à 45° et environ 3,7 km/s.

• Il libère 0,60 masse de Japet de glace.
• Son noyau rocheux rebondit sur Titan puis — dans une des simulations — revient le percuter 6,9 ans plus tard. Après fusion, l’excentricité de Titan serait d’environ 0,10.

Les limites, dites par l’auteur

Ce sont des simulations « pilotes » à basse résolution — environ 27 particules par masse de Japet seulement. Elles ne résolvent pas la taille des fragments et leur convergence n’est pas démontrée ; les dates de retour dépendent des réglages numériques.

Surtout, Japet ne se forme pas dans les simulations. La glace finit sur des orbites très allongées qui recoupent encore celle de Titan. Pour se poser sur une orbite circulaire à la distance de Japet, il lui faudrait 67 à 86 % de moment cinétique en plus — ce que pourrait fournir un gaz résiduel ou un disque de débris, en freinant et en arrondissant les orbites. Cette étape n’est pas modélisée. L’excentricité actuelle de Titan est aussi plus faible que les valeurs simulées : il faudrait un amortissement ultérieur.

Ce qui tient, ce qui reste à montrer

La première étape du scénario tient : une collision peut créer un réservoir de glace de plusieurs masses de Japet, majoritairement arraché à Titan, tout en allongeant l’orbite de Titan. La suite — l’assemblage de Japet et la circularisation de son orbite — reste à démontrer. L’auteur avance aussi qu’un disque de gaz résiduel pourrait expliquer d’autres traits du système de Saturne, comme ses lunes internes glacées et ses anneaux : ce sont des pistes, pas des résultats.