Astronomie

Nous portons maintenant notre attention sur les petits mondes dans les parties plus éloignées du système solaire. Titan, la grande lune de Saturne, s’avère être un cousin bizarre de la Terre, avec de nombreuses similitudes malgré des températures glaciales. Les observations de Titan par Cassini ont fourni certaines des découvertes récentes les plus passionnantes de la science planétaire. La lune de Neptune, Triton, présente également des caractéristiques inhabituelles et ressemble à Pluton, ce dont nous parlerons dans la section suivante.

Titan, une lune avec une atmosphère et des lacs d’hydrocarbures

Titan, vu pour la première fois en 1655 par l’astronome néerlandais Christiaan Huygens, a été la première lune découverte après que Galilée ait vu les quatre grandes lunes de Jupiter. Titan a à peu près le même diamètre, la même masse et la même densité que Callisto ou Ganymède. On peut supposer qu’il a également une composition similaire – environ une moitié de glace et une moitié de roche. Cependant, Titan est unique parmi les lunes, avec une atmosphère épaisse et des lacs, des rivières et de la pluie tombante (bien que ceux-ci ne soient pas composés d’eau mais d’hydrocarbures tels que l’éthane et le méthane, qui peuvent rester liquides aux températures glaciales de Titan).

Le survol de Titan par Voyager en 1980 a permis de déterminer que la densité de surface de son atmosphère est quatre fois supérieure à celle de la Terre. La pression atmosphérique sur cette lune est de 1,6 bars, plus élevée que celle de toute autre lune et, remarquablement, encore plus élevée que celle des planètes terrestres Mars et Terre. La composition de l’atmosphère est principalement constituée d’azote, une manière importante par laquelle l’atmosphère de Titan ressemble à celle de la Terre.

On a également détecté dans l’atmosphère de Titan du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures (composés d’hydrogène et de carbone) tels que le méthane (CH4), l’éthane (C2H6) et le propane (C3H8), et des composés azotés tels que le cyanure d’hydrogène (HCN), le cyanogène (C2N2) et le cyanoacétylène (HC3N). Leur présence indique une chimie active dans laquelle la lumière solaire interagit avec l’azote et le méthane atmosphériques pour créer un riche mélange de molécules organiques. Il existe également de multiples couches de brume et de nuages d’hydrocarbures dans l’atmosphère, comme l’illustre la figure 1.

Ces découvertes de Voyager ont motivé un programme d’exploration beaucoup plus ambitieux faisant appel à l’orbiteur Cassini Saturn de la NASA et à une sonde destinée à atterrir sur Titan, appelée Huygens, construite par l’Agence spatiale européenne. L’orbiteur, qui comprenait plusieurs caméras, des spectromètres et un système d’imagerie radar, a effectué des dizaines de survols rapprochés de Titan entre 2004 et 2015, produisant à chaque fois des images radar et infrarouges de portions de la surface (voir Exploration des planètes extérieures). La sonde Huygens a réussi une descente en parachute à travers l’atmosphère, photographiant la surface sous les nuages et se posant le 14 janvier 2005. C’était le premier (et jusqu’à présent le seul) engin spatial à se poser sur une lune du système solaire externe.

A la fin de sa descente en parachute, la sonde Huygens de 319 kilos a touché le sol en toute sécurité, a glissé sur une courte distance et a commencé à envoyer des données vers la Terre, notamment des photos et des analyses de l’atmosphère. Elle semblait avoir atterri sur une plaine plate, parsemée de blocs rocheux, mais la surface et les blocs rocheux étaient composés de glace d’eau, qui est aussi dure que la roche à la température de Titan (voir la figure 2).

Les photos prises pendant la descente ont montré une variété de caractéristiques, y compris des canaux de drainage, suggérant que Huygens avait atterri sur la rive d’un ancien lac d’hydrocarbures. Le ciel était d’un orange profond, et la luminosité du Soleil était mille fois inférieure à celle du soleil sur Terre (mais toujours plus de cent fois plus brillante que sous la pleine lune sur Terre). La température de la surface de Titan était de 94 K (-179 °C). Le vaisseau spatial, plus chaud, a chauffé suffisamment la glace où il s’est posé pour que ses instruments puissent mesurer les hydrocarbures gazeux libérés. Les mesures à la surface ont continué pendant plus d’une heure avant que la sonde ne succombe à la température glaciale.

L’imagerie radar et infrarouge de Titan par l’orbiteur Cassini a progressivement construit l’image d’une surface remarquablement active sur cette lune, complexe et géologiquement jeune (figure 3). Il y a de grands lacs de méthane près des régions polaires qui interagissent avec le méthane dans l’atmosphère, un peu comme les océans d’eau de la Terre interagissent avec la vapeur d’eau dans notre atmosphère. La présence de nombreuses caractéristiques d’érosion indique que le méthane atmosphérique peut se condenser et tomber sous forme de pluie, puis s’écouler dans les vallées jusqu’aux grands lacs. Ainsi, Titan possède un équivalent à basse température du cycle de l’eau sur Terre, avec du liquide à la surface qui s’évapore, forme des nuages, puis se condense pour tomber en pluie – mais sur Titan, le liquide est une combinaison de méthane, d’éthane et d’une trace d’autres hydrocarbures. C’est un paysage étrangement familier et pourtant totalement étranger.

Ces découvertes soulèvent la question de savoir s’il pourrait y avoir de la vie sur Titan. Les hydrocarbures sont fondamentaux pour la formation des grandes molécules de carbone qui sont essentielles à la vie sur notre planète. Cependant, la température sur Titan est bien trop basse pour de l’eau liquide ou pour de nombreux processus chimiques essentiels à la vie telle que nous la connaissons. Il reste cependant une possibilité intrigante que Titan ait pu développer une forme différente de vie à base de carbone à basse température qui pourrait fonctionner avec des hydrocarbures liquides jouant le rôle de l’eau. La découverte d’une telle « vie telle que nous ne la connaissons pas » pourrait être encore plus excitante que celle d’une vie comme la nôtre sur Mars. Si une telle vie véritablement extraterrestre est présente sur Titan, son existence élargirait considérablement notre compréhension de la nature de la vie et des environnements habitables.

Triton et ses volcans

Triton, la plus grande lune de Neptune (ne confondez pas son nom avec celui de Titan), a un diamètre de 2720 kilomètres et une densité de 2,1 g/cm3, ce qui indique qu’elle est probablement composée d’environ 75% de roche mélangée à 25% de glace d’eau. Les mesures indiquent que la surface de Triton a la température la plus froide de tous les mondes que nos représentants robots ont visités. Comme sa réflectivité est très élevée (environ 80 %), Triton reflète la majeure partie de l’énergie solaire qui lui tombe dessus, ce qui entraîne une température de surface comprise entre 35 et 40 K.

Le matériau de surface de Triton est composé d’eau gelée, d’azote, de méthane et de monoxyde de carbone. Le méthane et l’azote existent sous forme de gaz dans la majeure partie du système solaire, mais ils sont gelés aux températures de Triton. Seule une petite quantité de vapeur d’azote persiste pour former une atmosphère. Bien que la pression de surface de cette atmosphère ne soit que de 16 millionièmes de bar, cela est suffisant pour soutenir de fines couches de brume ou de nuages.

La surface de Triton, comme celle de nombreuses autres lunes du système solaire externe, révèle une longue histoire d’évolution géologique (figure 4). Bien que l’on trouve quelques cratères d’impact, de nombreuses régions ont été inondées assez récemment par la version locale de la « lave » (peut-être de l’eau ou des mélanges eau-ammoniac). Il y a aussi de mystérieuses régions de terrains enchevêtrés ou montagneux.

Le survol de Triton par Voyager a eu lieu à un moment où le pôle sud de la lune était incliné vers le Soleil, permettant à cette partie de la surface de bénéficier d’une période de chaleur relative. (Rappelez-vous que « chaud » sur Triton est toujours outrageusement plus froid que tout ce que nous connaissons sur Terre). Une calotte polaire couvre une grande partie de l’hémisphère sud de Triton, s’évaporant apparemment le long du bord nord. Cette calotte polaire peut être constituée d’azote gelé qui s’est déposé au cours de l’hiver précédent.

De façon remarquable, les images de Voyager ont montré que l’évaporation de la calotte polaire de Triton génère des geysers ou des panaches volcaniques d’azote gazeux (voir figure 5). (Des fontaines de ce gaz s’élevaient à environ 10 kilomètres de haut, visibles dans l’atmosphère ténue car la poussière de la surface s’élevait avec elles et les colorait en sombre). Ces panaches diffèrent des panaches volcaniques de Io par leur composition et aussi par le fait qu’ils tirent leur énergie de la lumière solaire qui réchauffe la surface plutôt que de la chaleur interne.