Janus (lune)

Janus Saturne X
Janus vu par Cassini le 25 septembre 2006, au-dessus des nuages de Saturne.
Type	Satellite naturel de Saturne
Caractéristiques orbitales (Époque J2000.0)
Demi-grand axe	151 500 km
Excentricité	0,007 3
Période de révolution	0,695 d
Inclinaison	0,165°
Caractéristiques physiques
Dimensions	194 × 190 × 154 km
Masse	1,92 × 1018 kg
Masse volumique moyenne	0,66 × 103 kg/m3
Gravité à la surface	0,015 m/s2
Période de rotation	- d (synchrone)
Magnitude apparente	14,4 (à l'opposition)
Albédo moyen	0,6
Température de surface	? K
Caractéristiques de l'atmosphère
Pression atmosphérique	Pas d'atmosphère
Découverte
Découvreur	Audouin Dollfus
Date de la découverte	15 décembre 1966
Désignation(s)
Désignation(s) provisoire(s)	S/1966 S 2

Janus (S X Janus) est un satellite naturel de Saturne. Parce que Janus et Épiméthée partagent pratiquement la même orbite, la confusion régna longtemps sur leurs caractéristiques orbitales ; il est évidemment impossible de réconcilier les observations de deux corps distincts en une seule orbite.

Découverte

La découverte de Janus est attribuée au premier observateur : Audouin Dollfus, le 15 décembre 1966 (désignation temporaire S/1966 S 2). Auparavant, Jean Texereau avait photographié Janus le 29 octobre 1966 sans s'en apercevoir (IAUC 1995). Le 18 décembre, Richard L. Walker fit une observation similaire qui est maintenant attribuée à Épiméthée. Douze ans plus tard, en octobre 1978, Stephen M. Larson et John W. Fountain ont réalisé que les observations de 1966 correspondaient à deux objets distincts (Janus et Épiméthée) partageant la même orbite. Janus fut également observé par la sonde Pioneer 11 lors de son passage saturnien le 1^er septembre 1979 : trois compteurs de particules énergétiques observèrent son « ombre » (S/1979 S 2, Tom Gehrels et James A. van Allen, IAUC 3417). Janus fut observé par Dan Pascu le 19 février 1980 (S/1980 S 1, IAUC 3454), puis par John W. Fountain, Stephen M. Larson, Harold J. Reitsema et Bradford A. Smith le 23 (S/1980 S 2, IAUC 3456). La sonde Voyager 1 confirma définitivement son existence le 1^er mars 1980. Toutes ces personnes partagent donc, à des degrés divers, le titre de découvreur de Janus.

Orbite variable

Le rayon orbital indiqué pour Janus était valide le 1^er juillet 1981.

Janus partage la même orbite avec Épiméthée, constituant ensemble des satellites "co-orbitaux". Épiméthée et Janus pourraient provenir d'un même objet qui se serait scindé en deux, mais cette séparation serait alors très ancienne. En fait, les orbites de Janus et d'Épiméthée ne sont distantes que d'environ 50 km. C'est le seul exemple connu de lunes co-orbitales dans le système solaire.

Les lois de la mécanique céleste veulent que plus un satellite (d'orbite quasi-circulaire) est éloigné de son corps central, plus il a d'énergie globale (énergie cinétique plus énergie gravitationnelle), mais moins il va vite (c'est pourquoi la lune tourne autour de la Terre en un mois, alors que les satellites artificiels le font en quelques heures). Ici, le satellite situé plus près de Saturne « tourne » plus vite que l'autre, et finit fatalement par le rattraper, donc par derrière et par dessous. La différence d'orbite de 50 km est faible, et ils ne se rapprochent que très progressivement l'un de l'autre. Tous les quatre ans environ, ils se retrouvent en position de croisement. Mais mécaniquement ils ne peuvent pas se croiser, vu leurs dimensions, excédant les 100 km de large, ils ne pourraient donc passer l'un à côté de l'autre sans se heurter.

En réalité, quand deux lunes se rapprochent ainsi, l'attraction gravitationnelle entre les deux prévient toute collision. Pour la lune qui se retrouve devant, l'attraction gravitationnelle est contraire au sens du mouvement : elle est « décélérée » dans le sens où elle perd de l'énergie ; mais cette perte d'énergie se traduit par une « chute » sur une orbite plus basse, où la vitesse sera en réalité plus élevée, la poussant vers une vitesse orbitale plus élevée. Inversement, pour la lune qui est derrière, le transfert d'énergie est théoriquement une « accélération », qui augmente l'énergie, mais qui transfert sur une orbite plus élevée, où la vitesse orbitale sera plus basse, ce qui l'éloigne de la collision.

Quand Épiméthée est plus basse que Janus, Épiméthée la lune intérieure, plus rapide, rattrape Janus la lune extérieure par derrière. L'attraction gravitationnelle de l'une sur l'autre fournit alors une énergie supplémentaire à Épiméthée, qui gagne en moment cinétique aux dépens de Janus, qui en perd autant. Janus (19 × 10¹⁷ kg) est presque quatre fois plus massif qu'Épiméthée (5,4 × 10¹⁷ kg), si bien que ce transfert de moment cinétique a un effet plus sensible sur Épiméthée que sur Janus. Épiméthée gagne en énergie et « monte » donc sur une orbite supérieure, tout en étant toujours derrière Janus ; passant alors au-dessus de Janus, elle perd en vitesse orbitale et commence à se laisser distancer. De son côté, Janus, perdant de l'énergie, « tombe » sur une orbite légèrement inférieure à la précédente, gagne en vitesse orbitale, et prend de l'avance sur Épiméthée.

Après que la lune intérieure ait fait un tour de plus que l'extérieure, un nouveau croisement se produit avec les mêmes effets. Après à peu près quatre ans, Janus aura pris un tour d'avance, et se rapproche à nouveau d'Épiméthée. Mais cette fois, Janus est la lune inférieure plus rapide qui rattrape par derrière Épiméthée, la lune extérieure. Le même échange d'énergie cinétique prend place, mais en sens inverse : Épiméthée perd son moment cinétique, abaisse son orbite et se met à accélérer, et Janus récupère du moment cinétique, monte (à un moindre niveau) en orbite, et se met à décélérer.

Ce processus d'échange de moment cinétique fait qu'en réalité Janus et Épiméthée ne s'approchent jamais à moins de 15 000 km environ l'un de l'autre. L'échange d'orbite survenu en janvier 2006 a été photographié par la sonde Cassini. On peut dire que les deux lunes « échangent » ainsi leurs orbites, dans le sens où le plus intérieur devient le plus extérieur, et inversement. Mais la différence de masse fait que c'est plutôt Épiméthée qui se fait balader par Janus de part et d'autre de son orbite, renvoyée tantôt en avance et tantôt en retard.

• 
  Relation orbitale entre les deux lunes co-orbitales de Saturne, Janus et Épiméthée.
• 
  Échange orbital de 2006. Les deux lunes ont l'air proches, mais sont éloignées de 40 000 km.
• 
  Janus et Prométhée au-dessus et au-dessous des anneaux de Saturne (29 avril 2006).

Surface

La surface de Janus est couverte de cratères dont plusieurs de plus de 30 kilomètres de diamètre, mais présente peu d'autres structures de surface. Si on la compare avec ses voisines, sa surface semble plus ancienne que celle de Prométhée mais plus récente que celle de Pandore. Étant donné sa densité très faible et son albédo très élevé, la plupart des observateurs supposent qu'il s'agit d'un corps très poreux comportant beaucoup de glace d'eau.

Anneau

La sonde Cassini a mis en évidence en 2006 la présence d'un très faible anneau de poussières au voisinage des orbites de Janus et d'Épiméthée, dont l'extension radiale serait de 5 000 km environ. Ces particules proviendraient des impacts de météores entrant en collision avec la surface des deux petits corps.

Topologie

Cratères

Les cratères de Janus (comme ceux d'Épiméthée) font référence à la légende de Castor et Pollux :

Cratères	Nommé d'après :
Castor	Castor
Idas	Idas
Lynceus	Lyncée
Phoibe	Phœbé (fille de Leucippe)

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Janus (moon) » (voir la liste des auteurs).

Liens externes

• « Janus », sur lasam.ca via Internet Archive (consulté le 8 février 2024)