Astronomie populaire (Arago)/XXIX/04
CHAPITRE IV
historique de la découverte de l’anneau de saturne
Galilée dirigea ses lunettes sur Saturne aussitôt que les circonstances le lui permirent ; mais la faiblesse de ses instruments le jeta dans une grande perplexité. Une lettre au grand-duc de Toscane nous apprend que Saturne lui semblait tricorps. Il explique clairement la signification de ce terme dans une lettre en date du 13 novembre 1610, adressée à Gugliano de Médicis, ambassadeur du grand-duc auprès de l’empereur d’Autriche. « Lorsque j’observe Saturne, y dit-il, avec une lunette d’un pouvoir amplificatif de plus de trente fois, l’étoile centrale paraît 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. »
Dans une lettre à Castelli, du 30 décembre 1610, il annonçait que Saturne était formé de trois étoiles immobiles les unes relativement aux autres.
Il arriva une époque (en 1612) où les deux étoiles latérales ne se montrèrent plus à Galilée. La planète lui sembla alors parfaitement ronde ; il paraît que cette circonstance le découragea au plus haut degré, il alla même jusqu’à imaginer que dans toutes ses observations antérieures les verres de ses lunettes avaient pu le tromper, et transformer en un objet réel ce qui n’était qu’une illusion. On peut voir l’expression de ce découragement dans sa lettre à Velser, de 1612. Ce qu’il y a de certain, c’est qu’à partir de cette époque Galilée ne s’occupa plus de Saturne.
Hévélius se livra avec une grande attention aux observations de Saturne. En 1646, il avouait franchement qu’il ne comprenait rien aux phénomènes singuliers que la planète lui présentait. Il alla même un moment jusqu’à croire que ces phénomènes étaient accidentels et dépendants de causes passagères. Enfin, en 1656, l’observateur de Dantzig s’arrêta à la pensée que Saturne était triple, que la partie centrale avait une forme elliptique, et que les deux portions latérales n’étaient point des globes sphériques, mais bien des lunules ou des espèces de croissants de courbure hyperbolique attachées invariablement par leurs pointes au corps du milieu, dont un intervalle vide de matière les séparait cependant. Il rendait compte de la phase ronde en supposant que les deux lunules qui accompagnent Saturne ont été transportées par un mouvement de rotation, l’une sur le disque de la planète, l’autre derrière.
Huygens publia, en 1659, les résultats des observations nombreuses qu’il avait faites plusieurs années auparavant avec un télescope de 7 mètres, construit de ses propres mains. La disparition des anses, qui avait été pour Galilée une cause de découragement, devint pour Huygens, en 1656, la pierre de touche de sa théorie, et lui démontra qu’il avait trouvé la vérité. L’explication de Huygens, malgré son évidence, ne fut pas d’abord généralement adoptée. Riccioli, entre autres, croyait bien que Saturne était entouré d’une armille plate, mais il la supposait adhérente à la planète en deux points.
Suivant Gallet, d’Avignon, connu d’ailleurs avantageusement par quelques remarques de fait assez fines, les phénomènes de Saturne n’avaient rien de réel et étaient l’effet des réflexions de la lumière sur des surfaces convexes. On est vraiment étonné de voir un pareil système livré au jugement du public par un homme pourvu de quelque notoriété scientifique.
Dans son Systema Saturnium, Huygens avait donné pour l’inclinaison du plan de l’anneau au plan de l’écliptique 23° 30′. Des observations faites conjointement avec Picard, en 1668, le conduisirent à une détermination, suivant lui beaucoup plus exacte, et d’après laquelle cette inclinaison devait être d’environ 31°.
Pour déterminer l’inclinaison de l’anneau au plan de l’écliptique lorsque la position de la ligne d’intersection des deux plans est connue, il suffit d’obtenir les rapports des deux axes de l’ellipse sous laquelle l’anneau se présente à l’observateur. Malheureusement les mesures micrométriques de ces deux axes, données par les anciens, n’ont pas toute la précision désirable. Mais considérant qu’à l’aide de leurs lunettes les anciens apercevaient des quantités beaucoup plus petites que celles dont leur micromètre leur fournissait la mesure, on peut chercher dans leurs observations à déterminer le moment où le diamètre de la planète était égal à celui de l’anneau ; dans ce cas, on peut prendre le diamètre polaire de Saturne donné par les observations modernes pour le diamètre transversal en question. Ce petit diamètre combiné avec le grand diamètre déduit aussi des observations de notre temps, fera connaître l’inclinaison du plan de l’anneau aux époques reculées où l’on a remarqué l’égalité de la ligne des pôles et du petit axe de l’ellipse qui alors peut être censé mesuré exactement. En appliquant ce calcul aux observations de Picard et de quelques autres astronomes, on verra si l’on peut supposer que l’inclinaison de l’anneau est constante.
Auzout est, je crois, le premier qui ait aperçu l’ombre de Saturne sur l’anneau, en 1662. (Voyez Mémoires de l’Académie des sciences, t. vii, p. 11.)
L’anneau, a-t-on prétendu, ne peut échapper à la destruction qui résulterait de l’attraction de la planète que par un mouvement de rotation ; mais si l’anneau ou les anneaux étaient parfaitement circulaires et avaient pour centre le centre même de Saturne, l’état d’équilibre serait instable ; ce n’est donc qu’en raison d’une excentricité et d’un mouvement de rotation que l’anneau peut se conserver. Cette excentricité a été constatée par les observations directes.
Il est certain que l’excentricité du globe de Saturne par rapport à l’anneau a été annoncée dès l’année 1684. par Gallet, d’Avignon. Dans la quadrature orientale, dit cet astronome, le centre de la planète paraît plus près du bord oriental de l’anneau. Ce qu’il attribue, mais à tort, à un effet de la parallaxe annuelle. (Journal des Savants, 12 juin 1684.)
Schwabe, sans avoir connaissance de l’observation si ancienne de l’astronome français, fit la même remarque le 21 décembre 1827. L’espace obscur compris entre l’anneau de Saturne et la planète lui paraissait plus large à l’est du disque qu’à l’ouest. Harding, à qui ce fait fut communiqué, le trouva exact ; il en fit part à M. Struve, qui entreprit de déterminer la différence des deux espaces obscurs à l’aide de la grande lunette de Dorpat, armée d’un bon micromètre à fil. Il trouva qu’à la distance moyenne de Saturne à la Terre, l’espace oriental était plus grand que l’espace occidental de 0″,21.
MM. South et John Herschel obtinrent par leurs mesures une différence dans le même sens, mais plus petite que celle déduite des observations de M. Struve.
Cassini remarquait en 1675, à l’aide d’une lunette de 11 mètres, la bande obscure qui partage la largeur de l’anneau en deux parties d’une intensité dissemblable. « La partie intérieure, disait le grand observateur, est fort claire, et l’extérieure un peu obscure, la différence de teinte étant celle de l’argent mat à l’argent bruni. » (Mémoires de l’Académie des sciences, t. x, p. 583.)
Rappelons qu’antérieurement, le 29 juin 1666, Hooke annonçait déjà que l’anneau en masse (il ne parle pas de la bande obscure) était plus lumineux que la planète. (Transactions philosophiques, t. ier, p. 247.)
Aux observations de Cassini sur les intensités inégales des lumières de l’anneau extérieur et de l’anneau intérieur, ajoutons qu’Herschel fit la remarque que l’anneau intérieur n’est pas également intense dans toute sa largeur. « À partir du milieu, dit l’habile astronome, il change de couleur et d’intensité ; de sorte que par un affaiblissement graduel, il ne conserve plus guère vers sa limite circulaire intérieure que l’intensité et la teinte des bandes obscures du disque. »
Nous consignerons ici l’extrait d’un Mémoire de M. de Vico, présenté à l’Académie des sciences, en 1842 : « Un soir que la lunette de Cauchoix était braquée sur Saturne, l’anneau se montra dans sa plus éclatante splendeur, pendant que le corps de la planète avait non-seulement perdu de sa lumière habituelle, mais s’était revêtu d’une couleur cendrée si foncée, qu’elle avait quelque chose de sinistre. Le ciel était très-pur et le phénomène dura tout le temps que Saturne resta au-dessus de l’horizon. À partir de cette époque, les astronomes romains n’ont pas perdu Saturne de vue et ils ont pu constater que l’éclat et la couleur du corps de la planète sont très-variables relativement à l’éclat lumineux de l’anneau. »
Dans la Vie de Clarke, Whiston dit que celui-ci vit un jour une étoile dans l’intervalle noir compris entre le bord intérieur de l’anneau et le bord le plus voisin de la planète. Si cette observation était certaine, elle prouverait mathématiquement que cet intervalle obscur est dépourvu de toute matière opaque. (Voyez Optique de Smith, édition française du père Pezenas, p. 440)
Comment peut-on démontrer que les bandes noires qui divisent l’anneau sont des vides et non des bandes semblables à celles de Jupiter, mais plus noires ?
Il ne faut évidemment pas attendre, pour résoudre cette question, le cas où les bandes se projetteraient sur des étoiles, car cette rencontre très-rare durerait très-peu de temps ; mais le passage de Saturne dans la Voie lactée fournira des indications suffisantes à ce sujet. On verra alors si, lorsque les bandes se dessinent sur les taches blanches dont cette région du ciel abonde, leurs lueurs ont un peu éclairci la teinte d’un noir absolu que ces bandes présentent ordinairement. L’observation déjà faite par Cassini et surtout par Maraldi, que la bande existe sur les deux faces de l’anneau à la même distance du bord extérieur, n’est évidemment pas démonstrative, car la cause physique inconnue de laquelle les bandes dépendent doit agir de la même manière dans les deux cas.
Il n’est peut-être pas superflu de rappeler à cette occasion que la découverte de cette bande noire extérieure partageant l’anneau en deux parties est attribuée par erreur à Herschel ; les deux membres de l’Académie des sciences que je viens de citer, l’avaient précédé de près d’un siècle. C’est donc à tort que quelques astronomes ont pris l’habitude d’appeler bande herschelienne la bande qui sépare les deux anneaux de Saturne. En 1789, Herschel ne semblait pas encore parfaitement certain que la bande noire qui règne tout autour de l’anneau fût une séparation entre deux anneaux concentriques ; suivant lui on pouvait douter que cette bande accusât un vide. Les observations de 1792 firent reconnaître que la bande se voit sur les deux faces de l’anneau et à égale distance de l’anneau extérieur ; qu’elle conserve constamment la même largeur ; que son contour est parfaitement tranché ; que dans une atmosphère favorable elle paraît tout aussi noire que l’espace obscur compris entre l’anneau et la planète. D’après l’ensemble de ces circonstances, Herschel ne douta plus qu’il n’y eût là séparation réelle entre deux zones concentriques du grand anneau.
- Fig. 345. — Vue perspective de Saturne et de son anneau.
- Fig. 346. — Aspect de Saturne et de son double anneau pour un observateur placé sur le prolongement de l’axe de la Planète.
M. Hind a annoncé récemment, en 1852, que la découverte de la division extérieure de l’anneau fut faite en 1665 par le Dr Ball et M. W. Ball, demeurant à Minehead north Devonshire (Solar System, page 105). M. Hind ne dit pas où les observations de ses compatriotes se trouvent consignées.
Quand il s’agit d’objets d’une extrême délicatesse, on n’aperçoit généralement que ce qu’on cherche. Je crois donc pouvoir inviter les astronomes à examiner si l’ombre projetée par l’anneau sur la planète ne présenterait pas, en quelques circonstances, de très-minces filets lumineux formés par la lumière qui aurait passé à travers les intervalles obscurs ; alors la cause des bandes obscures, l’existence de séparations réelles entre les anneaux, se trouverait établie sur une preuve irrécusable.
L’annonce de bandes autres que celle signalée d’abord par Cassini, a été faite plusieurs fois ; mais comme ces bandes n’étaient pas continuellement visibles, on a pu s’arrêter à l’idée qu’elles étaient de la nature des bandes de Jupiter. La première observation de ce genre qui soit venue à ma connaissance, est due à Short qui, au dire de Lalande, vit plusieurs traits concentriques se dessiner sur la partie extérieure de l’anneau. Remarquons toutefois que Short n’a rien publié lui-même à ce sujet.
Herschel a vu, dans quatre occasions différentes, un léger trait noir tout près du bord intérieur de l’anse occidentale de l’anneau ; une première fois le 19 juin 1780 (télescope de 2m,27. ouverture 0m,16, grossissement 200) ; une seconde fois le 20 ; une troisième et quatrième fois, le 21 et le 26, avec un télescope de 6m,50, armé d’un grossissement de 200 fois. Il n’a jamais rien aperçu de semblable du côté de l’anse orientale.
Le petit trait qui se voyait le 26 juin avait totalement disparu le 29. Si ce trait était l’indice d’une seconde séparation, il faudrait supposer que les deux anneaux entre lesquels elle régnait étaient excentriques ; autrement la séparation aurait été également visible sur les deux anses.
M. Quetelet, en essayant une lunette de Cauchoix, à Paris, en décembre 1823, crut apercevoir que l’anneau extérieur de Saturne était double.
Le 17 décembre 1825, M. le capitaine Kater se servant d’un télescope newtonien, de 0m,16 d’ouverture et de 1 mètre de distance focale, vit sur l’anneau extérieur de nombreux traits noirs et très-rapprochés : rien de pareil ne paraissait sur l’anneau intérieur.
Ces observations furent répétées en janvier 1826, par le capitaine Kater, à l’aide d’un télescope de Dollond ; certains jours, les apparences de l’année précédente étaient visibles, d’autres fois on ne les apercevait pas ; d’où l’auteur tirait la conclusion qu’elles n’avaient rien de permanent.
Le 25 avril 1837, M. Encke, directeur de l’Observatoire de Berlin, reconnut à l’aide de la grande lunette de cet établissement, que l’anneau extérieur était partagé en deux par une ligne noire. Le 28 mai, le même astronome aperçut une seconde fois cette bande noire ; mais il reconnut de plus par des mesures, qu’elle ne divisait pas l’anneau extérieur en deux parties égales. Voici les résultats des mesures micrométriques de M. Encke rapportées à la distance moyenne de Saturne à la Terre :
Diamètre extérieur de l’anneau intérieur 40″,44 |
Diamètre de la nouvelle division 37 ,47 |
Diamètre intérieur de l’anneau extérieur 36 ,04 |
Il résulterait de là que la nouvelle division aperçue serait plus près de l’ancienne division que du bord extérieur de l’anneau. (Solar system, page 108.)
Le 29 mai 1838, le père Vico aperçut à Rome, avec la grande lunette de Cauchoix, non-seulement la nouvelle bande découverte sur l’anneau extérieur, mais encore deux bandes noires pareilles sur l’anneau intérieur.
Voici un extrait d’un Mémoire publié en 1842 par M. de Vico, directeur de l’Observatoire romain ; on y trouvera les indications les plus précises sur des bandes multiples de l’anneau.
1o En outre de la ligne obscure de Cassini, il en existe une seconde plus étroite sur la partie extérieure de l’anneau. Elle est parfaitement tranchée et, dans une atmosphère aussi favorable que celle de Rome, elle paraît aussi noire que l’espace obscur qui sépare la planète de l’anneau. On la voit indistinctement, quelquefois sur les deux anses orientale et occidentale de l’anneau, quelquefois sur une seule anse ; dans d’autres circonstances, elle est invisible. M. Schwabe, qui l’observe assidûment à Dessau, l’appelle la bande d’Encke. Mais quelle est la cause, quelles sont les lois de ces disparitions et de ces réapparitions ? Les observations n’ont encore rien révélé à ce sujet. Si ces deux bandes sont des divisions réelles, il s’ensuivra que l’anneau de Saturne est triple.
2o Sur la partie de l’anneau la plus voisine du corps de la planète, on aperçoit une troisième ligne, également noire, mais d’une ténuité extrême, qui présente les mêmes phénomènes que les premières. Elle est plus rarement visible et se montre plus souvent sur l’anse orientale que sur les deux anses à la fois. Avec cette nouvelle division, l’anneau serait quadruple.
3o Entre cette dernière bande et la bande de Cassini, on a vu plus de trente fois une quatrième ligne très-déliée, tantôt sur une des anses, tantôt sur les deux anses de l’anneau. Quand elle est invisible, on trouve à sa place et dans son voisinage une sorte d’ombre et d’obscurité qui fait mieux ressortir l’éclat des deux portions latérales de l’anneau, c’est-à-dire des portions qui avoisinent l’une le corps de la planète, l’autre la bande de Cassini. Si cette ligne constituait une séparation réelle, Saturne serait entouré de cinq anneaux visibles. Ces lignes se sont-elles montrées toutes à la fois ? Oui, et très-distinctement ; mais bien rarement et jamais entièrement sur les deux anses de l’anneau.
En 1843, MM. Lassell et Dawes confirmèrent, avec un télescope de 6 mètres, l’existence de la bande de Encke, à laquelle ils assignèrent un tiers de la largeur de la bande vue primitivement par Cassini. Ils placèrent cette bande nouvelle, différente en cela de ce qu’avait obtenu l’astronome de Berlin, plus près du bord extérieur que du bord intérieur de cet anneau.
En novembre 1850, MM. Dawes et Lassell virent quelques traces d’un mince trait noir qui était compris entre la bande de Cassini et le bord extérieur de l’anneau.
On peut décider si le trait noir aperçu par Cassini est une division réelle ou une bande semblable à celle de Jupiter, comme aussi si les deux anneaux que la bande sépare sont ou ne sont pas dans le même plan, par une observation très-délicate mais exécutable. Dans le cas de l’affirmative, la largeur de la bande obscure variera entre les extrémités des anses et le centre de la planète, comme la largeur de l’anneau lui-même ; la largeur de la bande étant 1 sur les anses, serait 1/2 près de la planète.
Si les deux anneaux sont dans des plans différents, la largeur de la bande variera suivant une autre loi.
Supposons maintenant que l’anneau soit dans sa plus grande ouverture, que la bande obscure ne se voie pas jusqu’au disque central avec un certain grossissement, et qu’un grossissement de moitié plus petit montre encore la bande sur les anses, alors il sera démontré que la largeur de la bande varie entre son extrémité et le centre suivant un autre rapport que celui de 2 à 1, ou, ce qui est la même chose, que les deux anneaux ne sont pas dans un plan unique.
Le procédé que je viens d’indiquer ici a pour but de dispenser de mesurer les inégalités d’une ligne dont la plus grande largeur peut à peine être déterminée par nos moyens micrométriques actuels.