Dans cet article publié dans Nature, les observations radio ont été effectuées par l’expérience RPWS (Radio and Plasma Wave Science) de Cassini, et les observations UV par l’imageur STIS du télescope spatial Hubble, lors d’une campagne conjointe en janvier 2004, 5 mois avant la mise en orbite autour de Saturne.

Figure 1 :

L’équipe d’astronomes a montré que les variations des aurores UV et radio sont bien corrélées entre elles et aux fluctuations (de pression, notamment) du vent solaire au niveau de Saturne (cf Figure 2). Notamment la radiosource aurorale sud a été identifiée à un arc UV brillant (noté " A " sur la Figure 3).

Correspondance des aurores radio et UV terrestres : l’expérience radio du satellite "Dynamic Explorer 1" permettait de déterminer la direction d’origine des émissions radio aurorales terrestres. En suivant vers l’atmosphère les lignes de champ magnétique passant par la radiosource instantanée, on aboutit généralement dans un point brillant UV de l’ovale auroral [adapté de Huff et al, 1988, JGR 93, 11445]. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Pourtant, contrairement aux aurores terrestres, les aurores de Saturne ne sont pas strictement fixes en temps local, mais simplement restreintes à l’intérieur d’un secteur de quelques heures de Temps Local, à l’intérieur duquel elles sont en corotation partielle avec la planète. L’émission radio (à la fréquence cyclotron électronique locale), très anisotrope, est maximale à 55-70° du champ magnétique dans la source (ce qui explique la difficulté d’effectuer des corrélations UV-radio à petite échelle temporelle). Ces chiffres sont voisins des valeurs terrestre et jovienne, et confirment l’hypothèse (étayée par d’autres arguments) d’un mécanisme microscopique de génération commun.

Figure 2 :

Pour obtenir les corrélations présentées ici, un " filtrage en polarisation " des données a été développé au LESIA (où a été conçu et réalisé le récepteur HFR, sous-ensemble principal de RPWS). Ce filtrage permet d’isoler l’émission radio aurorale de Saturne des autres émissions qui lui sont superposées (cf Figure 4).

Corrélation entre le flux d’énergie précipité dans les régions aurorales de Saturne sous forme d’électrons énergétiques (déduit des observations UV de HST) et le flux radio émis (mesuré par Cassini-RPWS) : en haut, comparaison directe des variations temporelles (intégrées sur 1 rotation planétaire, 10h40 min) ; en bas, diagramme de dispersion ; au milieu, comparaison à la pression du vent solaire au niveau de Saturne. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Notons enfin que nombre " d’énigmes magnéto-plasmiques " autour de Saturne subsistent, sur lesquelles Cassini devrait progressivement lever le voile. Citons en 2 importantes : l’émission radio aurorale est fortement modulée par la rotation planétaire (contrairement àson homologue terrestre) bien que les sources soient limitées àun secteur de temps local et que le champ magnétique mesuré par les sondes Pioneer et Voyager soit parfaitement axisymétrique. L’explication de ce paradoxe est probablement liée àune anomalie magnétique localisée près de la surface ? (voir Galopeau et al. 1991, JGR 96, 14129 et Galopeau & Zarka 1992, JGR 97, 12291) ; la période radio de Saturne (utilisée, comme pour toutes les planètes géantes comme période de rotation sidérale " vraie " ? fluctue de 1% àl’échelle de quelques mois ! Cette énigme soulevée par Galopeau & Lecacheux (2000, JGR 105, 13089) est en passe d’être résolue...

Référence An Earth-like correspondence between Saturn’s auroral features and radio emission W. S. Kurth(1), D. A. Gurnett(1), J. T. Clarke(2), P. Zarka(3), M. D. Desch(4), M. L. Kaiser(4), B. Cecconi(1), A. Lecacheux(3), W. M. Farrell(4), P. Galopeau(5), J.-C. Gerard(6), D. Grodent(6), R. Prangé(3), M. K. Dougherty(7) & F. J. Crary(8) Nature, published 17 February, 2005 (1) The University of Iowa, USA — (2) Boston University, USA — (3) Observatoire de Paris, France — (4) NASA/Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA — (5) CETP/UVSQ, Velizy, France — (6) Université de Liège, Belgium — (7) Blackett Laboratory, London, UK — (8) San Antonio, Texas, USA

Contact Philippe Zarka (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 22 février 2013

In this article published in Nature, the radio observations were carried out by the RPWS (Radio and Plasma Wave Science) experiment onboard Cassini, and the UV observations by the STIS camera of the Hubble Space Telescope, during a joint campaign in January 2004, 5 months before Cassini entered in orbit around Saturn.

Figure 1 :

The team of astronomers showed that the variations of UV and radio aurorae are well correlated to each other and to the fluctuations (of pressure, in particular) of the solar wind at Saturn level (cf Figure 2). In particular the southern auroral radiosource was identified with a bright UV arc (noted "A" on Figure 3).

Correspondance des aurores radio et UV terrestres : l’expérience radio du satellite "Dynamic Explorer 1" permettait de déterminer la direction d’origine des émissions radio aurorales terrestres. En suivant vers l’atmosphère les lignes de champ magnétique passant par la radiosource instantanée, on aboutit généralement dans un point brillant UV de l’ovale auroral [adapté de Huff et al, 1988, JGR 93, 11445]. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

However, contrary to the aurorae on Earth, the Saturn aurorae are not strictly fixed in local time, but simply restricted inside an interval of a few hours of Local Time, inside which they are in partial corotation with the planet. The radio emission (at the local electronic cyclotron frequency), very anisotropic, is maximum at 55-70° of the magnetic field in the source (which explains the difficulty to find out UV-Radio correlations on a small temporal scale). These figures are close to the values on Earth and Jupiter, and confirm the assumption (supported by other arguments) of a common microscopic generation mechanism.

Figure 2 :

To obtain the correlations presented here, a "polarization filtering" of the data was developed at LESIA (where was designed and built the receiver HFR, principal subset of RPWS). This filtering allows to isolate the auroral radio emission of Saturn from the other emissions which are superimposed to it (cf Figure 4).

Corrélation entre le flux d’énergie précipité dans les régions aurorales de Saturne sous forme d’électrons énergétiques (déduit des observations UV de HST) et le flux radio émis (mesuré par Cassini-RPWS) : en haut, comparaison directe des variations temporelles (intégrées sur 1 rotation planétaire, 10h40 min) ; en bas, diagramme de dispersion ; au milieu, comparaison à la pression du vent solaire au niveau de Saturne. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Finally let us note that several "magneto-plasma enigmas" still exist at Saturn, that Cassini should gradually unveil. Two important issues are : the strong modulation of Saturn’s auroral radio emission by planetary rotation (contrary to its terrestrial counterpart) although the sources are limited to a local time sector and although the magnetic field measured by the probes Pioneer and Voyager is perfectly axisymmetric. The explanation of this paradox is probably related to a localised magnetic anomaly close to the surface... (see Galopeau et al.. 1991, JGR 96, 14129 and Galopeau & Zarka 1992, JGR 97, 12291) ; the radio period of Saturn (considered, as for all giant planets, as true sideral rotation period of the planet) fluctuates by 1% on a few months scale ! This enigma raised by Galopeau & Lecacheux (2000, JGR 105, 13089) is about to be solved ...

Reference An Earth-like correspondence between Saturn’s auroral features and radio emission W. S. Kurth(1), D. A. Gurnett(1), J. T. Clarke(2), P. Zarka(3), M. D. Desch(4), M. L. Kaiser(4), B. Cecconi(1), A. Lecacheux(3), W. M. Farrell(4), P. Galopeau(5), J.-C. Gerard(6), D. Grodent(6), R. Prangé(3), M. K. Dougherty(7) & F. J. Crary(8) Nature, published 17 February, 2005 (1) The University of Iowa, USA — (2) Boston University, USA — (3) Observatoire de Paris, France — (4) NASA/Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA — (5) CETP/UVSQ, Velizy, France — (6) Université de Liège, Belgium — (7) Blackett Laboratory, London, UK — (8) San Antonio, Texas, USA

Contact Philippe Zarka (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 4 mars 2013