Published 2016 | Version v1
Journal article

New constraints on Saturn's interior from Cassini astrometric data

Others:
Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Systèmes de Référence Temps Espace (SYRTE) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (IMCCE) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jet Propulsion Laboratory (JPL) ; NASA-California Institute of Technology (CALTECH)
Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (IMCCE) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Lille-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Queen Mary University of London (QMUL)
Institut Polytechnique des Sciences Avancées (IPSA)
Laboratoire de Planétologie et Géodynamique [UMR 6112] (LPG) ; Université d'Angers (UA)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST) ; Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Laboratoire Univers et Théories (LUTH (UMR_8102)) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Shanghai Astronomical Observatory [Shanghai] (SHAO) ; Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)
Royal Observatory of Belgium [Brussels] (ROB)
Institut d'Astronomie et de Géophysique Georges Lemaître (UCL-ASTR) ; Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL)
Retraité
Systèmes de Référence Temps Espace (SYRTE) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Description

Using astrometric observations spanning more than a century and including a large set of Cassini data, we determine Saturn's tidal parameters through their current effects on the orbits of the eight main and four coorbital Moons. We have used the latter to make the first determination of Saturn's Love number from observations, k2=0.390 ± 0.024, a value larger than the commonly used theoretical value of 0.341 (Gavrilov & Zharkov, 1977), but compatible with more recent models (Helled & Guillot, 2013) for which the static k2 ranges from 0.355 to 0.382. Depending on the assumed spin for Saturn's interior, the new constraint can lead to a significant reduction in the number of potential models, offering great opportunities to probe the planet's interior. In addition, significant tidal dissipation within Saturn is confirmed (Lainey et al., 2012) corresponding to a high present-day tidal ratio k2/Q=(1.59 ± 0.74) × 10−4 and implying fast orbital expansions of the Moons. This high dissipation, with no obvious variations for tidal frequencies corresponding to those of Enceladus and Dione, may be explained by viscous friction in a solid core, implying a core viscosity typically ranging between 1014 and 1016 Pa.s (Remus et al., 2012). However, a dissipation increase by one order of magnitude at Rhea's frequency could suggest the existence of an additional, frequency-dependent, dissipation process, possibly from turbulent friction acting on tidal waves in the fluid envelope of Saturn (Ogilvie & Lin, 2004; Fuller et al. 2016).

Abstract

International audience

Additional details

Created:
February 28, 2023
Modified:
November 29, 2023