Fine-scale structures in Saturn'sRings : waves, wakes and ghosts

• Auteur / Autrice : Kévin Baillié
• Direction : Joshua Colwell, Sébastien Charnoz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Ondes de densité, Théorie des

Anneaux planétaires

Saturne (planète)

Résumé

''Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à des structures larges de quelques kilomètres, créées par des résonances avec des satellites extérieurs aux anneaux principaux. L'observation de telles structures dans l'anneau C, ainsi que l'association de certaines avec des résonances nous a permis de contraindre les paramètres physiques des anneaux. Nous avons identifié 4 ondes de densité associées à des résonances de Linblad interne, ainsi qu'une onde verticale nodale. En modélisant la relation de dispersion de ces ondes, nous avons pu déterminer la densité de masse surfacique et les coefficients d'extinction massique, indiquant des particules plus petites dans l'anneau C. La masse de l'anneau C est estimée équivalente à celle d'un satellite d'une trentaine de kilomètres de rayon, avec une densité proche de celle de Pan ou Atlas. L'étude des sillages de satellites tels que Pan ou Daphnis nous a permis d'invalider la présence de lune suffisament grosse dans la division de Huygens pour créer des sillages dans l'annelet Huygens. Cependant, nous avons observé une population de trous nets dans l'anneau C et la Division de Cassini. Nous interprétons ces ''ghosts'' comme les zones de vide créées autour de petites lunes au sein des anneaux (ces signatures, en forme de ''S'', sont appelées ''propellers''). Au moyen de simulations numériques et d'algorithmes de Monte-Carlo, nous avons montré que ces propellers définissent une seconde population de particules, ne pouvant être interprétée comme une prolongation des distributions de particules proposées par Zebker et al. , 1985. ''

We first looked at kilometer-wide structures generated by resonances with satellites orbiting outside the main rings. The observation of structures in the C ring and their association with a few new resonances allowed us to estimate some constraints on the physical characteristics of the rings. We located four density waves associated with Inner Lindblad Resonances and one bending wave excited by an Inner Vertical Resonance. We could estimate a range of surface mass density and mass extinction coefficient, implying smaller particle sizes in the C ring. We can therefore imagine that the particles composing these different rings have either different origins or that their size distributions are not primordial and have evolved differently. We also estimate the mass of the C ring to be equivalent to a moon a little larger than Pan or Atlas with a density comparable to the two moons. We then discredited the idea that these structures could actually be satellite wakes by estimating the possible position of such a satellite. Finally, we observed a whole population of narrow and clear holes in the C ring and the Cassini Division. Modeling these holes as depletion zones opened by the interaction of a moonlet inside the disk material (this signature is called a ''propeller''), we could estimate a distribution of the meter-sized to house-sized objects in these rings. Using numerical simulations for the propeller formation, we estimate that our observed moonlets belong to a population of bigger particles than the one we thought was composing the rings.