Une croûte fraîche et glacée cache un océan profond et énigmatique. Des panaches d’eau éclatent à travers les fissures de la glace et se projettent dans l’espace. Un atterrisseur intrépide collecte des échantillons et les analyse à la recherche d'indices de vie.
L'ESA a commencé à transformer cette scène en réalité, en concevant une mission visant à étudier un monde océanique autour de Jupiter ou de Saturne. Mais quelle lune choisir ? Que doit faire exactement la mission ? Une équipe de scientifiques experts a livré ses conclusions.
La mission suivrait Juice, LISA et NewAthena en tant que première mission « de grande classe » de Voyage 2050, le plan à long terme de l'ESA pour les activités scientifiques spatiales. Son thème principal – « les lunes des planètes géantes du système solaire » – a été choisi en 2021 . Pour traduire ce thème en concepts de mission plus concrets, l'ESA a sélectionné un comité composé de scientifiques planétaires de haut niveau pour mettre en commun leurs connaissances et leur expertise.
Leur tâche ? Analyser les mérites scientifiques de la visite de différentes lunes de Jupiter ou de Saturne et aider l'ESA à tracer la voie vers des solutions techniques innovantes qui rendraient une telle mission possible.
Des priorités scientifiques ont été fixées dans le cadre des recommandations de Voyage 2050 : la mission devrait se concentrer sur l'habitabilité d'un monde océanique en étudiant les liens entre son intérieur et son environnement, mais aussi en recherchant des signes de vie passée ou présente, et en cherchant à identifier la chimie vitale à la surface.
"Les concepts de mission que nous avons recommandés apporteraient un énorme retour scientifique, faisant progresser nos connaissances, et seraient fondamentaux pour la détection réussie des biosignatures sur les lunes glacées", déclare le Dr Zita Martins, astrobiologiste à l'Instituto Superior Técnico, qui a présidé l'équipe de planétologues.
« Je suis très heureux d’avoir participé à ce processus et d’avoir pu constater par moi-même les premières étapes qui pourraient conduire à l’étude des lunes des planètes géantes par l’ESA. La recherche de conditions habitables et de signatures de vie dans le système solaire est un défi d’un point de vue scientifique et technologique, mais très excitante !
Ambitieux mais réalisable. Toujours.
Bien entendu, les grands rêves doivent toujours rester dans les limites de ce qui est techniquement réalisable et financièrement abordable. Alors que l'équipe du Dr Martin se concentrait sur la science, les équipes d'ingénieurs du Concurrent Design Facility ( CDF ) de l'ESA ont analysé quel type de mission serait réaliste compte tenu des technologies que nous prévoyons de développer au cours des deux prochaines décennies.
« Nous avons commandé trois études CDF axées sur les lunes les plus prometteuses : Europe de Jupiter et Encelade et Titan de Saturne », précise le Dr Frédéric Safa, chef du département Missions futures de l'ESA. « L'équipe de scientifiques a travaillé en étroite collaboration avec les ingénieurs du CDF sur les objectifs de chaque étude. Les résultats ont permis de déterminer ce qui peut être fait avec les ressources dont nous disposerons dans les années 2040. »
Les résultats sont dans…
Dans le but d'une science transformationnelle, en tenant compte des caractéristiques de chaque lune et des futures missions prévues vers les mondes océaniques de Jupiter et de Saturne, les scientifiques ont identifié la lune de Saturne, Encelade, comme la cible la plus intéressante, suivie par la lune de Saturne, Titan, puis par la lune de Jupiter, Europe.
Aucune agence spatiale n'a jamais atterri sur la petite Encelade . Et pourtant, elle recèle un énorme potentiel pour de nouvelles sciences, notamment dans le domaine de l’habitabilité. Il est généralement admis qu'il existe trois conditions pour qu'un « environnement habitable » puisse potentiellement soutenir la vie telle que nous la connaissons : la présence d'eau liquide, une source d'énergie et un ensemble spécifique d'éléments chimiques.
Encelade coche les trois cases. Les panaches qui jaillissent de sa croûte glacée sont riches en composés organiques, dont certains sont essentiels à la vie. L’océan semble également contenir une puissante source d’énergie chimique qui pourrait alimenter les organismes vivants.
L’impact d’une telle mission pourrait être énorme. Elle offrirait – une fois de plus – à l’Europe une place unique dans la science du système solaire. « Une enquête sur les signes de vie passée ou présente autour de Saturne n’a jamais été réalisée auparavant. Cela garantirait à l'ESA le leadership en matière de science planétaire pour les décennies à venir », a déclaré la directrice scientifique de l'ESA, le professeur Carole Mundell .
Debout sur les épaules de géants
S'appuyant sur Jupiter Icy Moons Explorer ( Juice ) de l'ESA et sur la mission NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens visant à visiter Saturne et à atterrir sur Titan, cette nouvelle mission transporterait des instruments de nouvelle génération capables de révéler les secrets inimaginables d'un monde océanique tel qu'Encelade. . L'ESA pourrait lancer une telle mission au début des années 2040 avec Ariane 6 , qui arriverait à destination environ une décennie plus tard. Dans le style de Juice et Cassini-Huygens, la mission – si elle était ciblée sur Encelade ou Titan – pourrait effectuer un tour fantastique dans le système de Saturne, englobant des survols d'autres lunes déroutantes, avant une enquête finale en gros plan sur la cible choisie.
Pour faire progresser de manière significative les ambitions européennes en matière de science planétaire, l’équipe a estimé que la nouvelle mission devait collecter un échantillon du monde océanique, soit à l’aide d’un atterrisseur, soit en volant près de la surface pour balayer les matériaux éjectés par les panaches. Une mission vers Encelade atterrirait au pôle sud de la Lune, à fine croûte, pour collecter les matériaux océaniques éjectés, tandis qu'une mission vers Titan devrait se concentrer sur les sédiments lacustres. Dans les deux cas, un laboratoire embarqué équipé d’instruments miniaturisés et hautement sensibles percerait les secrets biochimiques du matériel collecté.
À l'instar de Juice et Cassini-Huygens, notre mission vers les « lunes des planètes géantes du système solaire » mobilisera les plus grandes capacités d'ingénierie et industrielles d'Europe pour faire face à d'énormes défis, notamment une énergie solaire limitée, des températures très variables et des communications sur d'énormes distances. L’ESA surmonte déjà des défis similaires avec Juice.
La nouvelle mission renforcera les compétences européennes dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques, notamment l'assemblage en orbite, les opérations dans des environnements extrêmes, les technologies d'atterrissage et les nouvelles instruments scientifiques. Toutes ces technologies révolutionnaires auront un large éventail d'applications, bien au-delà du programme scientifique spatial de l'ESA.
Les sciences spatiales à l'ESA
L'ESA a lancé environ une mission de grande envergure par décennie, les exemples actuels et précédents étant Juice, Rosetta , XMM-Newton et Herschel . Chacune a représenté une entreprise extrêmement difficile, nécessitant le déploiement de technologies complètement nouvelles et mobilisant les efforts de milliers de scientifiques et d’ingénieurs de premier plan. Un programme scientifique spatial solide et stable garantit l’excellence européenne en matière de science et de technologie ; l’impact sociétal significatif génère la croissance multidisciplinaire que l’ESA est appelée à apporter à ses États membres.
Cette nouvelle mission de grande classe vers les « lunes des planètes géantes » est la première d'une série de trois prévues pour le programme Voyage 2050 de l'ESA , qui sera complétée par une sélection de missions de classe moyenne et rapide. Ensemble, ces éléments apporteront diversité et agilité au cours des deux prochaines décennies, répondant ainsi à l’ambition des communautés scientifiques européennes. « En planifiant soigneusement Voyage 2050, nous veillons à ce que le programme scientifique spatial de l'ESA garantisse un ensemble de missions tournées vers l'avenir de classe mondiale pour les générations futures », conclut le professeur Mundell.
Lire le rapport complet du comité d'experts pour la mission de grande classe du plan Voyage 2050 de l'ESA couvrant le thème scientifique « Lunes des planètes géantes ».
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