Comme la Terre et les géantes gazeuses du système solaire, Saturne possède un champ magnétique intense responsable de l’existence d’une magnétosphère. Des électrons circulant le long des lignes de champ magnétique planétaire sont responsables d’un rayonnement radio intense observé aux longueurs d’onde kilométriques. Le rayonnement kilométrique de Saturne (en anglais SKR pour Saturn Kilometric Radiation) est émis dans des régions situées à quelques rayons kroniens au dessus des pôles le long de lignes de champ de haute latitude reliées aux ovales auroraux.
Le SKR a été découvert dans les années 1980 par les sondes Voyager 1 & 2 qui, lors d’un survol de la planète permirent d’établir ses premières caractéristiques. Mais depuis l’entrée de la sonde Cassini dans la magnétosphère kronienne en juillet 2004, le SKR est observé de façon quasi-continue. La variété d’orbites de la sonde autour de la planète a permis de couvrir une large gamme de positions avec des distances s’approchant à 1.3 rayons kroniens de la planète, couvrant tous les temps locaux (repère dans lequel le soleil est fixe à la position midi) et des latitudes allant de -60 à 60° (voir figure 1). La réduction automatisée des données enregistrées par le récepteur haute fréquence (HFR pour High Frequency Receiver, fabriqué au LESIA) de l’instrument radio embarqué sur Cassini (RPWS pour Radio Plasma and Wave Science) est présenté en détail dans l’article. Ce traitement a ainsi permis d’extraire des séries temporelles calibrées et normalisées de flux, de puissance et de degré de polarisation du SKR sur une période d’environ 3 ans. Cet article analyse statistiquement ces résultats pour en déduire les propriétés du SKR.
Il confirme et étend les résultats déduits des survols Voyager : le SKR est émis sur une gamme de fréquence s’étendant de quelques kHz à plus de 1200kHz, à des fréquences voisines de la gyrofréquence électronique locale, sur le mode extraordinaire (i.e. polarisé circulairement gauche pour les sources situées dans l’hémisphère sud et droit pour l’hémisphère nord). Nous montrons que le degré de polarisation circulaire est voisin de 100%.
Les résultats observés indiquent des sources radio situées préférentiellement entre 6h et 9h (côté matin) en temps local sur des lignes de champ dont la latitude invariante à la surface de la planète est supérieure à 70°.
L’émission kilométrique, de la même façon que les rayonnements radio similaires émis par la Terre ou Jupiter, a la particularité d’être fortement anisotrope. Pour une source ponctuelle donnée, le SKR est émis le long d’un feuillet conique dont l’axe fait avec la ligne de champ magnétique locale un angle voisin de 90°. Une conséquence directe de cette anisotropie est une forte variation de la visibilité de l’émission en fonction de la position de l’observateur. Nous montrons ici pour la première fois l’existence de zones d’ombre équatoriales (voir figure 2) ainsi qu’une disparition systématique du signal à haute latitude dont l’origine plus mystérieuse est le sujet d’une autre étude (basée sur la modélisation précise de l’anisotropie de l’émission).
Cassini a également permis d’obtenir de nouveaux résultats dont certains inattendus : la puissance des émissions polarisées circulairement gauche et droite (donc provenant des hémisphères sud et nord) varie de façon quasi identique jusqu’à des échelles de temps aussi petites que 30 min. De plus ces deux composantes du SKR varient similairement avec la latitude et le temps local de Cassini. Cette conjugaison a été utilisée pour extraire des variations systématiques du SKR en fonction de la localisation de la sonde.
Nous avons dit que le mode d’émission dominant du SKR était le mode extraordinaire. Nous montrons que le mode ordinaire est également détecté. Enfin nous avons découvert une nouvelle émission observée à haute latitude entre 10 et 40kHz, baptisée pour l’occasion n-SKR (narrowband SKR).
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| Figure 1
Ephémérides de la sonde Cassini autour de Saturne de mi-2004 au premier quart de l’année 2007. Les panneaux (a) et (b) indiquent les orbites de la sonde dans le référentiel équatorial planétaire solaire : les x positifs pointent le soleil et l’axe z est aligné avec l’axe de rotation de la planète). Les panneaux (c) et (d) indiquent la distance à Saturne et la latitude par rapport au plan des anneaux en fonction du temps (ici exprimé en jours à partir du 1er janvier 2004). |
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Figure 2 Représentation schématique d’une zone d’ombre équatoriale créée par des sources radio (les étoiles) le long d’un ligne de champ magnétique de haute latitude. Les composantes polarisées circulairement droite et gauche (hémisphère nord et sud) sont dénommées RH et LH. Deux sources radio sont représentées pour deux fréquences f1 et f2 dans l’hémisphère nord. L’émission est anisotrope : elle est quasi-perpendiculaire à la ligne de champ locale (les flèches indiquent le sens de propagation). A l’équateur et pour des distances suffisamment faibles, le signal n’est plus observé. Ceci a été observé par Cassini. |
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