Les anneaux des planètes géantes

Jusqu'en 1977, les seuls anneaux connus autour d'une planète étaient ceux qui entourent Saturne. Il est apparu depuis que les quatre planètes géantes du Système solaire possèdent des anneaux. (En 2013, l'observation de l'occultation d'une étoile par la naine de glace Chariklo a aussi révélé l'existence surprise d'anneaux autour de ce petit objet).

Les anneaux sont composés de milliards de petits corps (poussières ou blocs de roches plus gros) recouverts de glace, et circulant sur un même plan. 
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	Jupiter - Les anneaux de Jupiter ont été découverts en 1979, grâce à la sonde Voyager 1 et sont très difficiles à déceler depuis la Terre. Immergées dans un halo aux contours indécis, les particules qui les constituent, forment des structures, nettement dessinées, mais sont bien plus dispersées que celles formant les anneaux de Saturne. Ces anneaux en frôlent presque les nuages.
	Saturne - Parfaitement visibles depuis la Terre, certains des anneaux de Saturne ont d'abord été notés par Galilée en 1610, qui les avait pris pour des satellites. Ils n'ont été reconnus comme tels qu'en 1654 par Huygens. On distingue traditionnellement sept anneaux concentriques principaux, mais les sondes Voyager en ont révélé de milliers.
	Uranus - Découverts depuis la Terre en 1977 grâce à l'occultation d'une étoile, les anneaux d'Uranus constituent le premier système annulaire connu depuis la découverte de celui de Saturne. La sonde Voyager 2, en 1986, a permis d'en dénombrer 11. Très sombres et étroits, ils semblent pauvres en poussières. Ils sont de forme elliptique plutôt que circulaire.
	Neptune. - On connaît, depuis le passage dans leur voisinage en 1989 de la sonde Voyager 2, quatre anneaux très sombres autour de Neptune. Ils sont étroits comme ceux d'Uranus, et très écartés. L'anneau externe est serti de plusieurs quatre arcs brillants, dont trois avait été détectés en 1984 et 1985 depuis la Terre. On leur a donné les noms de : Courage, Liberté, Égalité et Fraternité.

Selon un premier scénario, ces structures se seraient formées à partir de la matière résiduelle qui entourait les planètes géantes à leur naissance. Cela rappelle l'hypothèse de Laplace : 

Une ancienne hypothèse. - Laplace, dans son Exposition du système du monde, a décrit comment une nébuleuse, en se condensant par ses couches extérieures, pourrait sous l'influence de la force centrifuge, donner naissance à un anneau animé à peu près du même mouvement de rotation que la nébuleuse elle-même; et comment cet anneau pourrait se diviser plus tard en fragments qui seraient devenus des planètes ou des satellites. Cela a incité les astronomes, à la suite de Laplace, à voir dans les anneaux de Saturne un exemple de ce mode de formation, pris ainsi sur le fait.

Une autre possibilité est la projection de poussières et de petits blocs, arrachés à Encelade par le bombardement de météorites. Depuis 1999, on envisage en tout cas un processus de ce type pour expliquer les anneaux de Jupiter. Cette fois, les anneaux sont supposés être alimentés grâce à l'impact de météorites sur les trois des lunes internes de la planète géante (Adrastée, Amalthée et Thébé). 
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Un troisième scénario recours à l'hypothèse d'une dislocation d'un ancien satellite par l'action des effets de marée de sa planète tutélaire. La formation des anneaux de Saturne, dont la masse totale est celle d'un petit satellite de glace, pourrait dans une large mesure entrer dans ce cadre. Pareille situation se rencontrera peut-être d'ici une centaine de millions d'années autour de Saturne. On attend en effet que Triton, son principal satellite, dont l'orbite se resserre lentement, soit alors disloqué par le mécanisme des marées.

Les anneaux des autres corps

La méthode observationnelle qui a permis toutes ces découvertes est l'occultation stellaire. Ce corps de petite taille, situé à grande distance et trop peu lumineux pour être résolu directement par les télescopes, passe devant une étoile d'arrière-plan ; la baisse de luminosité enregistrée par un réseau de télescopes au sol permet de reconstruire le profil du corps occultant. Lorsque des chutes de luminosité secondaires, symétriques et de courte durée, encadrent l'occultation principale, elles trahissent la présence de matériau annulaire en orbite autour de l'objet. C'est précisément ce protocole, mis en œuvre notamment dans le cadre du projet européen Lucky Star dirigé par Bruno Sicardy, qui a permis la caractérisation de plusieurs de ces systèmes.

Chariklo, plus gros centaure connu avec un diamètre d'environ 250 km, orbite entre Saturne et Uranus. En juin 2013, une campagne d'occultation destinée à l'origine à étudier son atmosphère éventuelle a révélé deux anneaux étroits et denses, désignés C1R et C2R, situés respectivement à environ 391 et 405 km du centre du corps, séparés par une lacune d'environ 9 km. Ces anneaux, composés vraisemblablement de glace d'eau, se trouvent à l'intérieur de la limite de Roche du corps central, ce qui est cohérent avec un confinement collisionnel classique empêchant leur accrétion en un satellite.

Haumea, planète naine de la ceinture de Kuiper caractérisée par une forme fortement ellipsoïdale due à sa rotation rapide (période d'environ 3,9 heures) et par la présence de deux satellites connus (Hi'iaka et Namaka), s'est révélée pourvue d'un anneau en 2017, également par occultation stellaire. Cet anneau, situé à environ 2287 km du centre de Haumea, présente la particularité intéressante d'être proche de la résonance rotation-orbite 1:3 avec le corps central : les particules de l'anneau accomplissent une révolution orbitale pendant que Haumea effectue trois rotations sur elle-même.

Quaoar, autre objet transneptunien classique de grande taille (environ 1110 km de diamètre, ce qui en fait un candidat sérieux au statut de planète naine), possède un anneau découvert en 2023 à partir d'observations d'occultations menées entre 2018 et 2021. Sa particularité, qui a considérablement surpris la communauté scientifique, est sa distance au corps central : environ 7,4 rayons de Quaoar, ce qui le situe très largement au-delà de la limite de Roche théorique. Selon les modèles d'accrétion collisionnelle classiques, un tel anneau devrait s'agréger en satellite en quelques semaines seulement. Sa persistance interroge donc directement la validité de ces modèles dans le régime des faibles vitesses de collision caractéristique des confins du système solaire, où les coefficients de restitution énergétique lors des chocs entre particules glacées diffèrent probablement des hypothèses formulées par Édouard Roche en 1850. Là encore, l'anneau de Quaoar se trouve proche de la résonance rotation-orbite 1:3 avec le corps central, propriété partagée avec Chariklo et Haumea, ce qui suggère un rôle structurant de ce type de résonance dans le confinement azimutal du matériau annulaire autour des petits corps.

Le cas le plus récent, celui du centaure (2060) Chiron, se distingue nettement des précédents. Chiron, corps de petite taille présentant une activité cométaire sporadique (émission épisodique de poussière et de glace, comportement typique des centaures situés à la limite de sublimation des glaces), avait déjà montré des signes ambigus de matériau circumplanétaire dès 2011. Des observations d'occultation menées en 2023 depuis l'Observatoire Pico dos Dias au Brésil ont révélé une structure complexe : trois anneaux denses et distincts situés entre 273 et 438 km du centre de l'objet, noyés dans un halo diffus de matière plus étendu. La comparaison avec les données de 2011 indique une évolution temporelle de cette structure, contrairement aux anneaux stables observés autour de Chariklo. L'hypothèse privilégiée est que l'activité cométaire de Chiron alimente continûment un disque de matière éjectée, dont la masse du corps central, suffisante pour retenir gravitationnellement une partie de ce matériau, permettrait la formation rapide d'anneaux étroits, une fraction de la matière retombant par ailleurs à la surface. Chiron constitue ainsi le premier cas d'un système d'anneaux observé en cours de formation, offrant une fenêtre inédite sur les mécanismes dynamiques de mise en place de tels systèmes.

L'ensemble de ces découvertes, réalisées en l'espace d'une décennie, suggère que la présence d'anneaux n'est probablement pas un phénomène rare parmi les centaures et les objets transneptuniens, mais pourrait au contraire constituer une caractéristique relativement répandue de cette population de petits corps glacés, dont l'étude systématique par occultations stellaires reste un axe de recherche actif.