Astronomies

L’eau sur Europe et Encelade

Présence d’eau dans les couches de glace d’Europe et d’Encelade

Encelade et Europe présentent des signes d’activité endogène associés à un fort échauffement des marées. Sur Europe, le couplage entre la dissipation des marées et la convection thermique est également capable de produire de l’eau à des profondeurs relativement faibles. Nous montrons, cependant, que l’accumulation d’eau dans la coquille de glace est limitée par l’efficacité de la percolation de l’eau vers le bas. Sur Encelade, d’énormes volumes d’eau devraient s’accumuler à la base de la coquille de glace pendant les périodes d’excentricité orbitale élevée. La fonte épisodique de la coquille de glace peut déclencher le resurfaçage du terrain polaire sud.

Encelade et Europe présentent tous les deux des preuves d’échanges actifs avec leurs intérieurs riches en eau. La découverte de panaches de vapeur d’eau et de particules de glaces salés par Cassini au dessus du pôle sud d’Encelade en constitue la preuve la plus flagrante. Sur Europe, la détection de sels associés à des terrains jeunes témoigne également de processus d’échange avec un océan sous-jacent. À cela se rajoute la très récente détection d’un panache de vapeur au dessus de son pôle sud, comme sur Encelade. Afin de quantifier le mode et la vigueur des échanges au travers des couches de glace sur ces lunes,nous avons développé, dans le cadre du projet ERC EXOWATER, différent outils numériques simulant la dynamique des couches de glace.Sur Europe, la présence d’eau liquide à faible profondeur est couramment invoquée pour expliquer la morphologie de certaines structures de surface. Afin de déterminer les conditions dans lesquelles l’eau liquide peut être générée à faible profondeur et transportée au sein de la couche de glace, nous avons développé,dans le cadre de la thèse en-cotutelle de K. Kalousova, un modèle numérique unidimensionnel résolvant les équations pour un mélange biphasique de glace et d’eau liquide

Nous montrons que, contrairement au scénario proposé auparavant pour expliquer la formation de zones chaotiques sur Europe, il est impossible d’accumuler de grandes quantités d’eau à faible profondeur au-dessus d’un panache de glace chaude et que l’eau produite est extraite en moins de 100 000 ans de la couche de glace vers l’océan sous-jacent.Nos calculs indiquent qu’une fraction non négligeable d’eau ne pourrait s’accumuler que temporairement dans des zones relativement froides, soumises brièvement à de fortes frictions de marée. De nouveaux développements sont actuellement encours pour quantifier les processus de transfert dans ces contextes froids.L’intense activité au pôle sud d’Encelade suggère la présence d’un réservoir interne d’eau. Cependant, il n’existe pour e moment aucune preuve directe d’untel réservoir et sa persistance sur des échelles de temps géologiques demeure problématique en raison de la très petite taille d’Encelade (R=252 km). Afin de modéliser l’étonnante activité thermique d’Encelade, nous avons développé en étroite collaboration avec nos collègues de l’Université Charles de Prague un outil tridimensionnel en géométrie sphérique permettant de résoudre simultanément les processus de dissipation de marée,de convection thermique dans la couche de glace et de fusion de la glace. À l’aide de ce modèle numérique, nous montrons que d’énormes volumes d’eau peuvent être produits dans la couche de glace et accumulés à sa base au niveau de pôle sud, dès lors que l’excentricité orbitale atteint des valeurs 3 à5 fois supérieures à la valeur actuelle. Encelade aurait pu atteindre un tel état il y a quelques millions d’années. En outre, nous montrons que les variations de volume associées aux processus de fusion et de cristallisation entraînent une importante concentration des contraintes dans la région polaire, fournissant ainsi une explication pour le déclenchement de l’activité tectonique. Nous prédisons que l’activité d’Encelade serait associée à des épisodes cycliques de fusion. De nouveaux développements sont en cours pour modéliser le champ de contraintes de marée au niveau des sources de jetset comprendre leur variabilité.

Europe est l’une des lunes galiléennes de Jupiter, avec Io, Ganymède et Callisto. L’astronome Galileo Galilei a le mérite d’avoir découvert ces lunes, parmi les plus grandes du système solaire. Europe est le plus petit des quatre, mais c’est l’un des satellites les plus intrigants.

La surface de l’Europe est gelée, couverte d’une couche de glace, mais les scientifiques pensent qu’il y a un océan sous la surface. La surface glacée fait aussi de la lune l’une des plus réfléchissantes du système solaire.

Des chercheurs utilisant le télescope spatial Hubble ont repéré un éventuel jet de panache d’eau à partir de la région polaire sud de l’Europe en 2012. Une équipe de recherche différente, après plusieurs tentatives répétées pour confirmer les observations, a vu des panaches apparents en 2014 et 2016. Les chercheurs ont averti que les panaches n’ont pas encore été entièrement confirmés, mais ils suggèrent qu’il y a de l’eau dans l’océan d’Europe qui remonte à la surface.

Plusieurs engins spatiaux ont effectué des survols d’Europe (dont les Pionniers 10 et 11 et les Voyagers 1 et 2 dans les années 1970). Le vaisseau spatial Galileo a effectué une mission à long terme à Jupiter et ses lunes entre 1995 et 2003. La NASA et l’Agence spatiale européenne planifient toutes deux des missions vers l’Europe et d’autres lunes qui quitteraient la Terre dans les années 2020.

Faits et chiffres sur Europe

Âge : On estime qu’Europe a environ 4,5 milliards d’années, soit à peu près le même âge que Jupiter.

Distance du soleil : En moyenne, la distance d’Europe par rapport au soleil est d’environ 780 millions de kilomètres (485 millions de miles).

Distance de Jupiter : Europe est le sixième satellite de Jupiter. Sa distance orbitale de Jupiter est de 670 900 km (414 000 milles). Il faut trois jours et demi à Europe pour orbiter autour de Jupiter. L’Europe est verrouillée à marée haute, de sorte que le même côté fait face à Jupiter à tout moment.

Taille : Le diamètre de l’Europe est de 3 100 km, ce qui la rend plus petite que la lune de la Terre, mais plus grande que Pluton. C’est la plus petite des lunes galiléennes.

Température : La température de surface de l’Europe à l’équateur ne dépasse jamais moins 260 degrés Fahrenheit (moins 160 degrés Celsius). Aux pôles de la lune, la température ne dépasse jamais moins 370 F (moins 220 C).

Liste des missions en Europe

Pioneer 10 (1973 survol du système de Jupiter). Cela s’est passé trop loin d’Europe pour obtenir une image détaillée, mais la mission a noté quelques variations de l’albédo (luminosité) à la surface de la lune.
Pionnier 11 (1974 survol du système de Jupiter). L’engin spatial a survolé Europe à près de 600 000 km (375 000 milles) de distance, ne lui permettant de voir qu’une certaine variation à la surface.
Voyager 1 (1979 survol du système de Jupiter). Il a fait un survol lointain d’Europe et a également permis de mieux comprendre comment la gravité d’une lune dans le système de Jupiter influence la gravité des autres. Par exemple, le volcanisme de Io a été attribué en partie à l’interaction de Io avec les lunes, ainsi qu’avec Jupiter massif.
Voyager 2 (1979 survol du système de Jupiter). L’une de ses découvertes majeures a été la confirmation des bandes brunes à la surface de l’Europe, suggérant des fissures dans la surface glacée.
Galilée (en orbite autour de Jupiter entre 1995 et 2003). Sa découverte la plus célèbre à Europe a été de trouver des preuves solides d’un océan sous la croûte de glace à la surface de la lune.
Europe Clipper (proposé pour les années 2020). Il passera des douzaines de fois par l’Europe. L’un de ses principaux objectifs est de trouver des preuves des panaches apparents que les chercheurs de Hubble ont repérés à plusieurs reprises.
JUpiter Icy Moons Explorer (JUICE) (proposé pour les années 2020). Chercheront des molécules, comme les molécules organiques, qui sont associées aux processus qui donnent la vie. (Les matières organiques sont courantes dans le système solaire, mais les molécules elles-mêmes n’indiquent pas toujours la vie.)

Caractéristiques d’Europe

Une caractéristique importante d’Europe est son haut degré de réflectivité. La croûte glacée d’Europe lui donne une albédo – réflectivité de la lumière – de 0,64, l’une des plus élevées de toutes les lunes du système solaire entier.

Les scientifiques estiment que la surface de l’Europe est âgée de 20 à 180 millions d’années, ce qui la rend assez jeune.

Les images et les données de l’engin spatial Galileo suggèrent que l’Europe est faite de roche silicate, et qu’elle possède un noyau de fer et un manteau rocheux, un peu comme la Terre. Contrairement à l’intérieur de la Terre, cependant, l’intérieur rocheux de l’Europe est entouré d’une couche d’eau et/ou de glace d’une épaisseur comprise entre 80 et 170 km (80 et 105 milles), selon la NASA.

D’après les fluctuations du champ magnétique de l’Europe qui suggèrent la présence d’un conducteur, les scientifiques pensent aussi qu’il y a un océan profond sous la surface de la lune. Cet océan pourrait contenir une forme de vie. Cette possibilité de vie extraterrestre est l’une des raisons pour lesquelles l’intérêt pour l’Europe reste élevé. En fait, des études récentes ont donné une nouvelle vie à la théorie selon laquelle l’Europe peut soutenir la vie.

La surface de l’Europe est couverte de fissures. Beaucoup croient que ces fissures sont le résultat des forces des marées sur l’océan sous la surface. Il est possible que, lorsque l’orbite d’Europe la rapproche de Jupiter, la marée de la mer sous la glace monte plus haut que la normale. Si tel est le cas, la montée et la descente constantes de la mer ont causé bon nombre des fissures observées à la surface de la lune.

L’obtention d’échantillons de l’océan peut ne pas nécessiter de forer dans la croûte de glace, si les observations répétées de panaches possibles se révèlent être de véritables jets d’eau. Alors que les chercheurs ont repéré des preuves en 2012, 2014 et 2016, la véritable nature des panaches – et pourquoi ils apparaissent sporadiquement – exige plus d’observations.

En 2014, les scientifiques ont découvert que l’Europe pourrait accueillir une forme de tectonique des plaques. Auparavant, la Terre était le seul corps connu dans le système solaire avec une croûte dynamique, ce qui est considéré comme utile dans l’évolution de la vie sur la planète.

Europe : Où la vie peut-elle évoluer ?

La présence d’eau sous la croûte gelée de la lune incite les scientifiques à la classer parmi les meilleurs endroits du système solaire où la vie peut évoluer.

On pense que les profondeurs glaciales des lunes contiennent des évents vers le manteau comme le font les océans sur Terre. Ces évents pourraient fournir l’environnement thermique nécessaire pour aider la vie à évoluer.

Si la vie existe sur la lune, c’est peut-être à cause des dépôts des comètes. Au début de la vie du système solaire, les corps glacés peuvent avoir livré de la matière organique à la lune.

En 2016, une étude suggère que l’Europe produit 10 fois plus d’oxygène que l’hydrogène, qui est similaire à la Terre. Cela pourrait rendre l’océan probablement plus amical pour la vie – et la lune n’aura peut-être pas besoin de compter sur le réchauffement des marées pour produire suffisamment d’énergie. Au lieu de cela, des réactions chimiques suffiraient à alimenter le cycle.

Exploration future d’Europe
En 2013, le U.S. National Research Council’s Planetary Science Decadal Review a publié sa recommandation décennale concernant le programme d’exploration planétaire de la NASA. L’exploration d’Europe a été classée comme la mission la plus prioritaire. Depuis, la NASA travaille à une mission sur la lune glacée de Jupiter. En 2017, la mission a été officiellement baptisée Europe Clipper après plusieurs années d’utilisation informelle du surnom par les chercheurs et les médias.

Selon la NASA, cette mission – qui partira dans les années 2020, peut-être vers la fin de la décennie – effectuera 40 à 45 survols d’Europe avec un vaisseau spatial en orbite autour de Jupiter. Neuf instruments scientifiques seront à bord, dont des caméras, un radar pour observer sous la glace et tenter de déterminer son épaisseur, un magnétomètre pour mesurer le champ magnétique (et par extension, la salinité de l’océan) et un instrument thermique pour rechercher les signes d’éruption. L’altitude des survols varie entre 25 km (16 milles) et 2 700 km (1 700 milles). Ceci amène les survols jusqu’à la zone de l’Europe où les radiations sont importantes, ce qui est difficile pour un vaisseau spatial de survivre. L’entrée et la sortie de l’engin spatial de la zone prolongeront sa durée de vie et faciliteront la transmission des données vers la Terre.

L’une des priorités d’Europe Clipper sera d’assurer le suivi des observations de Hubble sur les panaches. « Si l’existence des panaches est confirmée et qu’ils sont liés à un océan souterrain, l’étude de leur composition aiderait les scientifiques à étudier la composition chimique de l’environnement potentiellement habitable de l’Europe tout en réduisant au minimum la nécessité de forer à travers les couches de glace « , a déclaré la NASA dans un communiqué.

L’Agence spatiale européenne prévoit également une mission vers l’Europe et deux autres lunes appelées JUICE, ou JUpiter ICy moons Explorer. La mission devrait être lancée en 2022 et arriver dans le quartier de Jupiter en 2029 pour une mission d’au moins trois ans. Une fois arrivée en Europe, la mission se penchera sur les molécules organiques et d’autres composants qui pourraient rendre la lune favorable à la vie. De plus, l’engin spatial sondera l’épaisseur de la croûte terrestre, en particulier dans les régions actives qu’il trouvera.

David SCHMIDT

Journaliste reporter sur Davidschmidt.fr. Chroniqueur radio sur Form.fr.

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