La quête des océans cachés dans le Système solaire

Alors que la sonde européenne Juice est déjà en route, la NASA se prépare à lancer en octobre son propre engin, Europa Clipper. Ces deux missions ont pour objectif de caractériser les océans intérieurs des lunes de Jupiter, notamment Europe, et de Saturne. Et de tenter d’établir si elles pourraient constituer des environnements favorables au maintien d’une forme de vie…

Portrait d’Europe, une des lunes de Jupiter, assemblé à partir d’images obtenues, en 1995 et en 1998, par la sonde Galileo (NASA). Le rendu des couleurs est très proche de ce que nous verrions à l’œil nu. Les teintes brunâtres qui rehaussent les fractures de la croûte de glace proviennent de matériaux divers qui se sont déposés sur la glace à la suite de remontées de glace plus chaude, d’eau liquide ou de vapeur. SETI INSTITUTE/JPL-CALTECH/NASA

C’est un phénomène géophysique qui fait rêver les scénaristes de science-fiction, gamberger les astrophysiciens et turbiner les agences spatiales. Certains satellites naturels de Jupiter et de Saturne maintiennent sous leur surface de glace des océans, aux volumes surpassant, parfois de plus du double, celui… de toutes les eaux terrestres réunies !

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Encelade, la lune de Saturne, est la principale cible de l'ESA

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.

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Anneaux de Saturne : de la glace d'eau pure et cristalline

Des planétologues ont utilisé le télescope Webb pour analyser la composition des anneaux de Saturne, ainsi que quatre de ses petites lunes (Épiméthée, Pandora, Télesto et Pallène). Les spectres dans le proche infra-rouge obtenus avec NIRSpec et MIRI révèlent une composition quasi pure en glace d'eau cristalline.

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Le passage des étoiles a modifié l'évolution orbitale de la Terre et d'autres planètes, selon les astronomes

Les étoiles qui passent à côté de notre système solaire ont modifié l’évolution orbitale à long terme des planètes, dont la Terre, et, par extension, modifié notre climat.

Illustration de l'incertitude de l'orbite terrestre il y a 56 millions d'années en raison d'un éventuel passage passé de l'étoile semblable au Soleil HD7977 il y a 2,8 millions d'années. La distance de chaque point au centre correspond au degré d'ellipticité de l'orbite terrestre, et l'angle correspond à la direction pointant vers le périhélie terrestre, ou la distance d'approche la plus proche du Soleil. 100 simulations différentes (chacune avec une couleur unique) sont échantillonnées tous les 1 000 ans pendant 600 000 ans pour construire cette figure. Chaque simulation est cohérente avec les conditions du système solaire moderne, et les différences dans les prévisions orbitales sont principalement dues au chaos orbital et à la rencontre passée avec HD 7977. Crédit : N. Kaib/PSI.

"Les perturbations (une déviation mineure de la trajectoire d'un corps céleste, provoquée par l'attraction gravitationnelle d'un corps voisin) dues au passage des étoiles modifient l'évolution orbitale à long terme des planètes du soleil, y compris la Terre", a déclaré Nathan A. Kaib, senior Scientifique au Planetary Science Institute. Sean Raymond du Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux a également contribué à ces travaux.

 "L'une des raisons pour lesquelles cela est important est que les enregistrements géologiques montrent que les changements dans l'excentricité orbitale de la Terre accompagnent les fluctuations du climat terrestre. Si nous voulons rechercher au mieux les causes des anomalies climatiques anciennes, il est important d'avoir une idée de l'orbite pendant ces épisodes", a déclaré Kaib.

Des simulations (à rebours) sont utilisées pour prédire l'évolution orbitale passée de la Terre et des autres planètes solaires. Semblable aux prévisions météorologiques, cette technique devient de moins en moins précise à mesure qu’on l’étend sur des périodes plus longues en raison de la croissance exponentielle des incertitudes. Auparavant, les effets du passage des étoiles à proximité du soleil n'étaient pas pris en compte dans ces « prévisions rétrospectives ».

Crédit : Institut des sciences planétaires

Lorsque le Soleil et les autres étoiles gravitent autour du centre de la Voie lactée, ils peuvent inévitablement se croiser, parfois à quelques dizaines de milliers d'ua, 1 ua étant la distance entre la Terre et le soleil. Ces événements sont appelés rencontres stellaires. Par exemple, une étoile passe à moins de 50 000 ua du soleil tous les 1 million d'années en moyenne, et une étoile passe à moins de 10 000 ua du soleil tous les 20 millions d'années en moyenne. Les simulations de cette étude incluent ces types d’événements, contrairement à la plupart des simulations similaires antérieures.

L’une des principales raisons pour lesquelles l’excentricité orbitale de la Terre fluctue au fil du temps est qu’elle reçoit régulièrement des perturbations de la part des planètes géantes de notre système solaire (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune). En passant à proximité de notre système solaire, les étoiles perturbent les orbites de la planète géante, ce qui modifie alors la trajectoire orbitale de la Terre. Ainsi, les planètes géantes servent de lien entre la Terre et les étoiles qui passent.

Un océan découvert sous la surface de Mimas, petit satellite de Saturne

Un long travail d’analyse a permis de démontrer l’existence d’un océan souterrain, apparu il y a moins de vingt-cinq millions d’années, sous la croûte gelée de l’astre, relate une étude, parue dans « Nature », mercredi 7 février.

Mimas, avec son grand cratère Herschel, devant les nuages jaunes de Saturne, photographié par la sonde Cassini. © Nasa/JPL.

Cachée sous la surface fortement cratérisée de Mimas, l'une des plus petites lunes de Saturne cache un secret : un océan mondial d'eau liquide. Cette étonnante découverte, dirigée par le Dr Valéry Lainey de l'Observatoire de Paris-PSL et publiée dans la revue Nature, révèle un « jeune » océan formé il y a seulement 5 à 15 millions d'années, faisant de Mimas une cible privilégiée pour étudier les origines de la vie dans notre système solaire.

Mesures Mimas et modèles océaniques. L'amplitude de libration en longitude ϕ s et la variation de dérive du périastre Δ ϖ pour différents modèles de structure interne avec un océan. Les couleurs représentent l'épaisseur de la croûte de glace h s . Les zones grises correspondent à l’amplitude de libration mesurée et à la variation de longitude du périhélie. La dispersion représente la sensibilité aux aplatissements polaires et équatoriaux de la croûte (voir tests supplémentaires dans Méthodes). Crédit : Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-023-06975-9

"Mimas est une petite lune , d'environ 400 kilomètres de diamètre seulement, et sa surface fortement cratérisée ne laissait aucune trace de l'océan caché en dessous", explique le Dr Nick Cooper, co-auteur de l'étude et chercheur honoraire à l'unité d'astronomie. de l'École des sciences physiques et chimiques de l'Université Queen Mary de Londres.

"Cette découverte ajoute Mimas à un club exclusif de lunes dotées d'océans internes, dont Encelade et Europe, mais avec une différence unique : son océan est remarquablement jeune, estimé à seulement 5 à 15 millions d'années."

Ce jeune âge, déterminé grâce à une analyse détaillée des interactions de marée de Mimas avec Saturne, suggère que l'océan s'est formé récemment, suite à la découverte d'une irrégularité inattendue dans son orbite. En conséquence, Mimas offre une fenêtre unique sur les premiers stades de la formation des océans et sur le potentiel d’émergence de la vie.

"L'existence d'un océan d'eau liquide récemment formé fait de Mimas un candidat de choix pour les chercheurs étudiant l'origine de la vie", explique le Dr Cooper. La découverte a été rendue possible grâce à l'analyse des données de la sonde spatiale Cassini de la NASA, qui a étudié méticuleusement Saturne et ses lunes pendant plus d'une décennie. En examinant de près les changements subtils survenus dans l'orbite de Mimas, les chercheurs ont pu déduire la présence d'un océan caché et estimer sa taille et sa profondeur.

Le Dr Cooper poursuit : « Cela a été un formidable effort d'équipe, avec des collègues de cinq institutions différentes et de trois pays différents se réunissant sous la direction du Dr Valéry Lainey pour découvrir une autre caractéristique fascinante et inattendue du système Saturne, en utilisant les données du système Saturne. Mission Cassini."

La découverte du jeune océan de Mimas a des implications significatives pour la compréhension du potentiel de vie au-delà de la Terre. Cela suggère que même de petites lunes apparemment inactives peuvent abriter des océans cachés capables de supporter des conditions essentielles à la vie. Cela ouvre de nouvelles voies passionnantes pour l’exploration future, nous rapprochant potentiellement de la réponse à la question séculaire : sommes-nous seuls dans l’univers ?

Plus d'informations : Valery Lainey, Un océan récemment formé à l'intérieur de la lune de Saturne Mimas, Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-023-06975-9. www.nature.com/articles/s41586-023-06975-9
Informations sur la revue : Nature

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Le télescope James-Webb fait aussi des découvertes dans le Système solaire externe

Outre les tréfonds de l’Univers, le télescope spatial James-Webb se concentre également sur tout ce qui se trouve au-delà de l’orbite martienne : Uranus, Neptune, Jupiter et Saturne, et en rapporte une belle moisson d’observations.

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Climat changeant sur Saturne à l'approche de l'automne

 Article de ca-se-passe-la-haut.fr

Une équipe de planétologues a découvert grâce au télescope Webb que la fin de l'été boréal de Saturne subit un refroidissement important. D'énormes flux de gaz à l'échelle planétaire ont visiblement inversé leur direction à l'approche de l'automne saturnien. Ce sont aussi les dernières images du pôle Nord de Saturne avant plusieurs années... L'étude est parue dans Journal of Geophysical Research.

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