Si quelqu’un vous demandait de dessiner une autre planète que la nôtre, vous dessineriez probablement Saturne, et ce à cause de ses anneaux. Mais pendant la majeure partie de l’histoire, les êtres humains ne pouvaient pas voir les anneaux. Pas les astronomes de l’Inde, de l’Égypte, de Babylone ou du monde islamique. Ni Ptolémée, ni les gréco-romains, qui ont tout de même remarqué que Saturne était plus éloigné de la Terre que Mercure ou Vénus. Ni Nicolas Copernic, qui a montré que la Terre n’était qu’une autre planète en orbite autour du Soleil. Et pas même Tycho Brahe, le noble et alchimiste danois, qui a tenté de calculer le diamètre de Saturne (il s’est largement trompé).

C’est Galilée qui, le premier, a repéré quelque chose là-bas. Son télescope primitif ne lui donnait qu’une vue légèrement meilleure des cieux que ne le faisait l’œil nu, et en 1610, il a cru voir deux corps non découverts flanquant Saturne, un de chaque côté. « Le fait est que la planète Saturne n’est pas unique », écrit-il à un conseiller du grand duc de Toscane, « mais qu’elle est composée de trois. » Deux ans plus tard, cependant, alors que les anneaux sont inclinés de côté vers le Soleil et pratiquement invisibles depuis la Terre, Galilée est étonné de constater que les deux mystérieux compagnons ont disparu. « Que dire d’une si étrange métamorphose ? » s’interrogea-t-il.

Les meilleurs esprits du XVIIe siècle échafaudèrent toutes sortes de théories : Saturne était ellipsoïdale, ou entourée de vapeurs, ou en fait un sphéroïde avec deux taches sombres, ou avait une couronne qui tournait avec la planète. Puis, en 1659, l’astronome néerlandais Christiaan Huygens a suggéré pour la première fois que Saturne était entourée d’un « anneau mince et plat, ne se touchant nulle part et incliné par rapport à l’écliptique ». L’astronome italo-français Giovanni Cassini est allé un peu plus loin en 1675 lorsqu’il a remarqué un curieux espace mince et sombre presque au milieu de l’anneau. Ce qui semblait être un seul anneau s’est avéré être encore plus complexe. Les astronomes savent maintenant que cet « anneau » est en fait composé de huit anneaux principaux et de milliers d’autres anneaux et divisions. Certains des anneaux ont des lunes complètes qui se promènent en leur sein.

Il fallut encore Cassini et Huygens pour effectuer les premières mesures directes des anneaux. Pas les hommes, mais la mission Cassini-Huygens de la NASA, d’un coût de 4 milliards de dollars, qui a été lancée en 1997 et a tourné autour de Saturne et de ses lunes jusqu’en 2017. (Cet été, la NASA a annoncé une nouvelle mission, baptisée Dragonfly, vers Titan, la plus grande lune de Saturne). Le vaisseau spatial a confirmé que les anneaux sont principalement constitués de morceaux de glace d’eau dont la taille varie de particules submicroscopiques à des blocs de plusieurs dizaines de mètres de large. Ils restent en orbite autour de Saturne pour la même raison que la Lune reste en orbite autour de la Terre : Leur vitesse est suffisamment élevée pour contrebalancer tout juste la force gravitationnelle de la planète, ce qui les maintient à distance. Les particules de glace tombent en forme d’anneau car chacune d’entre elles suit une trajectoire orbitale similaire. Les particules des anneaux intérieurs se déplacent plus rapidement que celles des anneaux extérieurs, car elles luttent contre une attraction gravitationnelle plus forte.

Les anneaux ont une largeur telle que leur circonférence la plus extérieure est supérieure à la distance de la Terre à la Lune. Mais ils sont si fins que pendant les équinoxes de Saturne, lorsque la lumière du Soleil frappe les anneaux de plein fouet, ils disparaissent presque complètement vus de la Terre. On pense que l’épaisseur moyenne des anneaux principaux ne dépasse pas 30 pieds. Une étude récente a montré que certaines parties de l’anneau B – l’anneau le plus brillant de tous – n’ont que trois à dix pieds d’épaisseur.

Les astronomes se sont longtemps interrogés sur les origines des anneaux de Saturne. Certains pensaient qu’ils étaient apparus lorsque la planète s’est regroupée pour la première fois, il y a environ 4,5 milliards d’années. D’autres pensaient qu’ils avaient été formés par la collision de lunes, d’astéroïdes, de comètes ou même de restes de planètes naines, peut-être aussi récemment qu’il y a dix millions d’années. Mais la question de leur durée de vie ne semblait pas susciter un grand intérêt. La plupart des anneaux de Saturne se situent à l’intérieur de ce que l’on appelle la limite de Roche, c’est-à-dire la distance à laquelle un satellite peut graviter autour d’un grand objet sans que la force de marée de la planète ne l’emporte sur la gravité de l’objet et ne le déchire. (Les anneaux de Saturne qui se trouvent en dehors de la limite de Roche restent ensemble grâce à l’influence gravitationnelle d’autres satellites, comme les lunes). Si les anneaux étaient restés intacts jusqu’à présent, la plupart des gens ont raisonné, il semblait peu probable qu’ils commencent soudainement à se désintégrer.

Alors, à l’été 2012, un doctorant de 26 ans nommé James O’Donoghue était assis dans un laboratoire anodin de l’Université de Leicester en Angleterre. Il avait été chargé d’étudier les aurores de Saturne, c’est-à-dire les jeux de lumière autour de ses pôles. Il se concentrait en particulier sur une forme d’hydrogène appelée H3+, un ion hautement réactif composé de trois protons et de deux électrons. H3+ joue un rôle dans un large éventail de réactions chimiques, de la création de l’eau et du carbone à la formation des étoiles. Comme le dit O’Donoghue, « chaque fois que nous regardons H3+, cela nous aide à découvrir une physique cool et folle. »

O’Donoghue aimait travailler tard, assis là dans son jean et son T-shirt quand tout le monde était rentré chez soi pour la nuit. Il se levait de temps en temps pour se faire une autre tasse de thé, puis s’asseyait à nouveau et fixait les images spectrales en noir et blanc sur son écran, qu’il décrivait comme ressemblant « à un bruit blanc ».

Il n’avait pas prévu d’analyser des régions autres que les pôles, puisque personne ne s’attendait à ce que les H3+ fassent quelque chose d’intéressant ailleurs sur la planète. Mais pour le plaisir de le faire, O’Donoghue a décidé d’examiner de près d’autres latitudes, loin des pôles. À sa grande surprise, il a vu des bandes distinctes de H3+, et non pas l’uniformité à laquelle il s’attendait. « Perplexe, et ne croyant certainement pas encore au résultat », se souvient O’Donoghue, « j’ai passé les quelques jours suivants à essayer de confirmer que le motif en bandes était réel et non une erreur de codage informatique. »

Quelques jours plus tard, O’Donoghue était au bureau vers minuit quand il a réalisé que ce qu’il avait vu était réel. « C’est une expérience contre nature que d’être assis seul dans son bureau tranquille et de sentir tout à coup son cœur s’emballer d’une manière que seul le sprint pourrait expliquer, et tout cela sur un ensemble de points de données à l’aspect flou ! » m’a-t-il dit. « J’ai pensé qu’il pouvait s’agir d’une nouvelle bande d’aurore qui n’avait jamais été vue auparavant ou de quelque chose d’entièrement nouveau. C’étaient les deux options maintenant, et les deux étaient étonnantes. »

O’Donoghue s’est demandé si cela pouvait être une sorte de phénomène météorologique. Mais cela semblait peu probable, voire impossible, puisque les bandes se trouvaient à des centaines de kilomètres au-dessus de la cime des nuages de Saturne. « Le temps ne va pas vraiment si haut de cette façon », a-t-il dit. Le scénario le plus probable était que quelque chose se déplaçait des anneaux vers l’atmosphère. Et comme les anneaux sont principalement constitués de glace d’eau, cela signifiait que de l’eau tombait très probablement sur Saturne. L’implication était surprenante : Un jour, plus tôt que prévu, les anneaux pourraient disparaître.

Il a fallu à O’Donoghue une dizaine de jours pour convaincre son conseiller que les observations pointaient vers quelque chose d’important. « Les revendications extraordinaires nécessitent des preuves extraordinaires », m’a dit O’Donoghue, en récitant le vieil adage scientifique. « Et j’étais un débutant. » Cette nuit dans le laboratoire de Leicester n’était donc que le début. Au cours des sept années suivantes, le monde allait apprendre que ce jeune astronome britannique inconnu, qui était entré par hasard dans la science universitaire après une enfance désespérée, venait de faire l’une des plus grandes découvertes planétaires de l’histoire récente.

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J’ai rencontré O’Donoghue à quelques kilomètres de Washington, D.C., au Goddard Space Flight Center de la NASA. Nous avons traversé le campus de Goddard en voiture jusqu’au bâtiment 34 – également connu sous le nom de bâtiment des sciences de l’exploration – et nous nous sommes installés dans une petite salle de conférence. Sur le tableau blanc derrière nous, il y avait le dessin coloré d’une planète anthropomorphe portant des lunettes de protection et, à côté, un avertissement : « Pas à n’importe quelle échelle. » À côté, quelqu’un avait écrit : « Wow ! Science ! »

O’Donoghue, aujourd’hui âgé de 33 ans, a passé du temps à observer chaque planète du système solaire – plus la lune, les étoiles, les galaxies et les supernovas – mais il se concentre surtout sur les atmosphères supérieures de Jupiter et de Saturne, les deux géantes gazeuses. Comparée aux planètes plus proches, Saturne a longtemps été insaisissable, même pour les scientifiques. « Saturne ne donne pas beaucoup d’indices », a-t-il déclaré. Les scientifiques en savent déjà beaucoup sur la surface cratérisée de Mars, son atmosphère dominée par le dioxyde de carbone et la poussière d’oxyde de fer qui lui donne sa couleur rougeâtre. Même Jupiter possède des bandes, des taches et des couleurs d’aspect presque anatomique, qui révèlent les forces et les éléments en jeu ; par exemple, les zones claires de Jupiter sont plus froides que ses ceintures sombres, et sa grande tache rouge est une tempête qui tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. En revanche, explique O’Donoghue, « Saturne est beaucoup plus froide, et ces éléments sont littéralement gelés. Les structures en bandes que vous voyez sur Jupiter disparaissent en quelque sorte sur Saturne. C’est juste une couleur jaune d’or. » Il a fait une pause. « C’est bien de dire ‘doré’. » Il serait plus exact de qualifier Saturne de brun jaunâtre terne.

Une fois qu’O’Donoghue et son conseiller, Tom Stallard, professeur associé d’astronomie planétaire à Leicester, ont convenu qu’ils voyaient des bandes distinctes de H3+ à six latitudes inattendues sur Saturne, l’étape suivante a été de comprendre ce qui les provoquait. Les lignes du champ magnétique de Saturne ont fourni un indice. Imaginez l’expérience que votre professeur de physique au lycée vous a montrée. Elle a placé un aimant rectangulaire sous une feuille de papier blanc et a versé des copeaux de fer par-dessus. Les copeaux formaient deux lignes en forme de fleur qui se rejoignaient en un motif arrondi à partir de chaque extrémité, ou pôle, de l’aimant. Comme la plupart des planètes, Saturne agit comme une version géante de cette expérience. Ses lignes de champ magnétique s’écoulent de l’intérieur d’un hémisphère de la planète, vers l’espace, et s’arrondissent pour revenir dans l’autre hémisphère.

Les lignes du champ magnétique de Saturne ont également une bizarrerie particulière : elles se déplacent significativement vers le nord. Les bandes lumineuses qu’O’Donoghue avait remarquées cartographiaient presque précisément l’endroit où les lignes de champ magnétique de Saturne traversaient trois de ses anneaux, et elles avaient un décalage vers le nord – ce qui signifiait qu’elles devaient être liées aux lignes de champ. Le scénario le plus probable est que la lumière du soleil, ainsi que les nuages de plasma provenant de petites collisions avec des météorites, chargeaient les particules de poussière glacée à l’intérieur des anneaux, permettant aux champs magnétiques de les saisir. Alors que les particules rebondissaient et se tordaient le long des lignes, certaines d’entre elles se rapprochaient suffisamment de la planète pour que sa gravité les entraîne dans l’atmosphère.

Ce que O’Donoghue ne savait pas alors, c’est que des années plus tôt, en 1984, l’astrophysicien Jack Connerney avait inventé le terme « pluie d’anneaux ». À l’aide des données recueillies par les sondes spatiales Pioneer et Voyager entre 1979 et 1981, Connerney a décrit une brume de particules à des endroits spécifiques, suggérant que de la matière descendait des anneaux. (H3+ n’avait pas encore été détecté dans l’espace.)

Son idée n’a pas eu beaucoup de succès à l’époque. Mais lorsque O’Donoghue et Stallard ont soumis leur article à la revue Nature en 2013, les rédacteurs ont envoyé le manuscrit à Connerney pour obtenir son avis d’expert. « J’ai reçu ce papier à réviser de la part du jeune homme. Je ne savais pas qui il était », a déclaré Connerney lorsque je l’ai rencontré à Goddard. Connerney, qui avait alors passé des années à travailler sur la mission Juno vers Jupiter et la mission Maven vers Mars, a parlé à O’Donoghue de son article essentiellement oublié.

« Nous n’avions jamais entendu parler de la « pluie d’anneaux » auparavant », a déclaré O’Donoghue, se souvenant de sa surprise. « Il avait été enterré depuis les années 80. »

Lorsque l’article d’O’Donoghue a été publié dans Nature, il a été étonné par la rapidité avec laquelle sa vie a changé. Les journalistes du monde entier l’ont bombardé de demandes d’interview. Des centres d’astronomie prestigieux le courtisaient. C’était un changement assez enivrant pour un gars qui, seulement quelques années auparavant, travaillait dans un entrepôt à transporter des caisses, ne sachant pas encore comment échapper à l’attraction gravitationnelle descendante de sa propre éducation morose.

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« Je n’ai pas une de ces histoires normales où je regardais dans un télescope quand j’étais enfant », m’a dit O’Donoghue. Il envie les collègues qui ont ce genre d’histoires – celles qui ressemblent à celles de Jodie Foster dans le film Contact. Un ciel sombre, une lune brillante, un père inspirant qui leur dit de viser les étoiles et de ne jamais abandonner.

Le père de O’Donoghue a quitté sa vie lorsqu’il avait 18 mois et ne l’a plus jamais contacté. « Pas même une carte d’anniversaire », m’a dit O’Donoghue. Jusqu’à l’âge de presque 10 ans, il a vécu avec sa mère à Shrewsbury, en Angleterre, une ville pittoresque sur la rivière Severn où Charles Darwin est né. Une grande colline, dont certains pensent qu’elle a inspiré la Montagne Solitaire de J.R.R. Tolkien – le repaire du dragon Smaug – se trouve à l’est. Ce n’était pas un conte de fées pour le jeune James. Le petit ami toxicomane de sa mère est devenu violent, et elle s’est réfugiée avec son fils dans un foyer pour victimes de violences domestiques au Pays de Galles.  » Tous ceux que j’ai connus avant l’âge de 101/2 ans environ ont été supprimés « , dit-il.

O’Donoghue était loin d’être un étudiant vedette, et la physique était sa pire matière. À mi-chemin des A-levels – les deux années de cours nécessaires pour entrer dans une université britannique – il a abandonné et s’est inscrit dans une école professionnelle. Il a fait un apprentissage dans une usine qui fabriquait des circuits imprimés pour les moteurs d’ascenseur. Pour se protéger de l’électricité statique, il doit parfois travailler dans une cage métallique. « Et c’est ce que serait ma future carrière », a-t-il dit. « Rester dans une cage et réparer des circuits imprimés pour toujours. » Il est parti et a trouvé un emploi dans un entrepôt, où il déchargeait des conteneurs de 40 pieds. Il a travaillé dans le réfrigérateur d’une laiterie et a fini par vivre dans un petit studio sans chauffage et dont le plafond était, selon ses souvenirs, « illégalement fin ». »

Le jour de son 21e anniversaire, O’Donoghue et quelques copains ont décidé de faire la fête à Aberystwyth, une ville universitaire sur la côte ouest du Pays de Galles. C’était la « semaine des nouveaux étudiants », le début de l’année scolaire. « Tout le monde était si amical », dit-il. « C’était le meilleur moment que j’ai eu dans ma vie ». Le lendemain, il s’est rendu sur Internet pour savoir comment s’inscrire à l’université du Pays de Galles, à Aberystwyth. Il se trouve qu’un programme en sciences planétaires et spatiales recherchait des étudiants aux parcours non conventionnels – des étudiants plus âgés comme O’Donoghue.

À Aberystwyth, O’Donoghue a découvert qu’il aimait la recherche, qu’il aimait regarder dans les télescopes de dix pouces sur le campus. Il pouvait les contrôler à distance depuis son ordinateur à la maison, les pointant sur la face ombragée de la lune, et restait debout tard à la recherche de frappes de météores. « Je suis tombé amoureux de cette idée de prendre une tasse de thé et de m’asseoir dans un observatoire toute la nuit. »

Il s’est retrouvé à faire la même chose quelques années plus tard, une fois admis au programme d’études supérieures en astronomie à Leicester. Après avoir obtenu son doctorat, il est allé à l’université de Boston, où il a collaboré avec Luke Moore, du Centre de physique spatiale. Moore a aidé O’Donoghue à déterminer la quantité d’eau que les anneaux perdaient : entre 952 et 6 327 livres par seconde. Le milieu de cette fourchette serait suffisant pour remplir une piscine olympique toutes les demi-heures.

En 2017, O’Donoghue a déménagé dans le Maryland pour travailler à Goddard, juste au moment où le vaisseau spatial Cassini a pris les toutes premières mesures directes de la matière quittant les anneaux de Saturne. Cassini était équipée d’un analyseur de poussière cosmique, qui a détecté de la glace d’eau dans la zone située entre les anneaux et l’atmosphère de Saturne. Alors que le vaisseau spatial traversait les anneaux à plus de 75 000 miles par heure au cours d’un grand final épique – 22 plongées à travers l’espace de 1 200 miles de large entre la planète et son anneau le plus interne (anneau D) – l’analyseur de poussière cosmique a détecté la composition, la vitesse, la taille et la direction des particules qui sont entrées en contact avec l’instrument. Hsiang-Wen Hsu, membre de l’équipe de l’analyseur de poussière cosmique de Cassini, a constaté que la quantité d’eau quittant les anneaux correspondait bien aux chiffres de O’Donoghue et Moore. Les anneaux pleuvaient en effet.

Les voisins immédiats de Saturne – Jupiter, Uranus et Neptune – ont également des anneaux, mais ils sont éclipsés par ceux de Saturne en termes de diamètre, de masse et de luminosité. « Nous ne comprenons pas vraiment pourquoi Saturne possède ce système d’anneaux massif alors que les autres planètes géantes n’en ont pas », a déclaré M. Moore. En fait, les chercheurs se demandent maintenant si les autres planètes extérieures qui n’ont pas d’anneaux géants aujourd’hui pourraient en avoir possédé il y a longtemps, mais les avoir finalement perdus. Cette toute nouvelle façon d’envisager l’évolution planétaire n’est que l’une des implications les plus spectaculaires de la découverte d’O’Donoghue. Une autre est que les anneaux de Saturne, l’élément le plus séduisant du système solaire au-delà de la Terre, pourraient n’avoir que dix millions d’années, soit des millions, voire des milliards d’années de moins que ce que l’on croyait auparavant. Si les premiers ancêtres communs des singes et des humains avaient pu regarder le ciel nocturne à l’aide de télescopes modernes, ils n’auraient peut-être pas vu les anneaux autour de Saturne.

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Le 17 décembre 2018, la NASA a publié un communiqué de presse sur le nouvel article d’O’Donoghue et Moore, intégrant les données de Cassini. Avec la valeur d’une piscine de matériaux quittant les anneaux toutes les 30 minutes, O’Donoghue et Moore ont estimé que les anneaux pourraient disparaître dans environ 300 millions d’années (à peu près). Pour ne rien arranger, l’orbiteur Cassini a également découvert que les matériaux des anneaux s’écoulaient dans l’atmosphère encore plus rapidement au niveau de l’équateur de la planète – de manière plus rectiligne, à un rythme de 22 000 livres ou plus par seconde. C’est l’estimation la plus élevée, mais s’il s’agit d’un épuisement constant – et on ne sait pas si c’est le cas – la combinaison des estimations de la pluie des anneaux avec le drain équatorial donne aux anneaux une durée de vie future de moins de 100 millions d’années.

Par coïncidence, le jour où la NASA a publié le communiqué de presse était aussi le premier jour des Saturnales, un festival antique au cours duquel les Romains faisaient des sacrifices au temple de Saturne. Quelques jours plus tard, O’Donoghue dit avoir vu une vidéo sur YouTube, qui comptait déjà des milliers de vues, reliant la pluie d’anneaux de Saturne aux extraterrestres, aux armes nucléaires, au réchauffement climatique, aux chemtrails et aux Rothschild. « C’est comme si, wow ! Ça a vite dégénéré », a déclaré O’Donoghue. « Regardez bien Saturne avant qu’il ne soit trop tard », avertit effrontément le magazine Time, « car elle est en train de perdre ses anneaux ».

O’Donoghue pense que les révélations sur les anneaux sont suffisamment impressionnantes sans avoir recours à l’hyperbole. Il note que l’étude des autres planètes est un excellent moyen d’apprendre les lois de la nature que nous ne pouvons pas observer aussi facilement sur Terre. « Ce sont comme des laboratoires dans l’espace », a-t-il déclaré. « Comprendre les interactions extrêmes qui se produisent ailleurs nous permet de vérifier notre physique sur cette planète ». Si nous n’avons pas réalisé jusqu’à présent que l’élément le plus emblématique de l’astronomie planétaire est en train de disparaître, alors que ne savons-nous pas d’autre sur les planètes ? Qu’est-ce que nous ne savons pas d’autre sur les nôtres ?

De plus, des découvertes pratiques pourraient découler d’une meilleure compréhension des champs magnétiques – peut-être de nouvelles avancées en imagerie médicale qui vont bien au-delà de l’imagerie par résonance magnétique, ou des développements à l’échelle des smartphones ou des panneaux solaires. « C’est juste un énorme treillis d’informations », a déclaré O’Donoghue. « Vous ne savez pas encore comment quelque chose deviendra pertinent. »

Pour autant, il est difficile de nier que les humains sont fascinés par Saturne pour des raisons qui n’ont rien à voir avec des découvertes pratiques. « Je soutiendrai que les anneaux de Saturne sont l’une des structures les plus fantastiques que l’on puisse voir dans le système solaire », a déclaré Hsiang-Wen Hsu, de l’équipe de l’analyseur de poussière cosmique. « C’est comme si vous trouviez une pyramide, elle semble si grande, si spectaculaire. Vous voulez savoir qui l’a construite, comment elle a été construite et pourquoi elle a été construite. Il en va de même pour les anneaux de Saturne. »

En début d’année, O’Donoghue et sa femme, Jordyn, ont déménagé à Tokyo pour qu’il puisse commencer une bourse de recherche à l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale. Pendant son temps libre, il crée des vidéos d’astronomie animées, qui ont été vues plus de deux millions de fois sur YouTube. Elles montrent tout, de l’inclinaison et de la rotation des planètes au temps réel que met un rayon de lumière pour aller du Soleil à chaque planète. L’une de ses animations dure cinq heures et demie. Pour M. O’Donoghue, le simple fait de susciter un sentiment de « Wow ! Science ! » est significatif. « Je pense que les humains ont toujours été des explorateurs », réfléchit-il. « Même si c’était juste pour se divertir, cela en vaudrait la peine. »