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Lunes congelées

2023/12/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

Les missions sur la Lune éveillent toujours la curiosité des gens. La preuve en est l'attente générée par la mission indienne de Chandrayaan-3. Cependant, le satellite de la Terre n'est pas la lune la plus intéressante du système solaire, du moins si l'on considère que d'autres ont des caractéristiques qui permettent la vie. Ce sont des lunes gelées et les chercheurs du Groupe des sciences planétaires de l'UPV/EHU Arrate Antuñano Martín, Agustín Sánchez Lavega et Ricardo Hueso Alonso tentent de découvrir leurs secrets.

Dans cette représentation de la mission Juice apparaît en premier plan le navire et en second plan la planète Jupiter et ses quatre lunes: Ganymède, Io, Calisto et Europe. - Ed.

Arrate Antuñano Martín enquête Saturne et Jupiter sur l'orbite des lunes gelées. Antuñano ne doute pas: « Notre Lune est intéressante, comme elle ne pouvait en être autrement, parce qu’elle orbite notre planète, mais d’autre part, nous savons qu’aujourd’hui elle ne remplit pas certaines conditions d’existence. Au contraire, les lunes congelées semblent remplir les conditions minimales qui permettent la vie. C’est pourquoi nous sommes tellement intéressés ».

Il se distingue deux lunes de Jupiter et une de Saturne: Europe et Ganymède, et Celado, respectivement. « Ces lunes ont des conditions pour adopter le type de vie que nous connaissons sur Terre : l’eau liquide, une source de chaleur et, bien sûr, certains éléments comme le carbone et l’oxygène ».

Ils sont appelés lunes congelées parce qu'elles sont recouvertes d'une couche de glace. « Comme nous l’avons vu jusqu’à présent, nous pensons que l’Europe, Ganymède et Entzelado – et peut-être aussi Calisto – ont des océans d’eau liquide sous la couche superficielle. De plus, nous pensons que cette eau est salée, donc une raison supplémentaire pour l’assimiler aux conditions de la Terre », a déclaré Antuñano.

Océans liquides et salés

Les missions Voyager ont déjà montré que les lunes de Jupiter ne ressemblaient pas à celles de la Terre. En effet, en 1979, en passant avec Jupiter, les astronomes ont eu l'occasion d'observer l'Europe. Sur sa surface, ils espéraient voir des cratères produites par des montagnes et des collisions d'astéroïdes ou de comètes, tout en étant complètement lisse. Il s'ensuit que, à la suite d'un phénomène, la peau se renouvelle et n'a donc aucune trace de choc. « Ils pensaient qu’il y aurait une couche liquide qui interviendrait avec la couche supérieure et qui permettrait le renouvellement de la peau », explique-t-il.

De gauche à droite: Agustín Sánchez Lavega, Ricardo Hueso et Arrate Antuñano Martín. Ed. UPV / EHU

Par la suite, les missions Galileo et Juno dans le cas de Jupiter et Cassini à Saturne ont obtenu des données importantes sur les lunes: « Par exemple, à Encielado, les génies ont été observées et Cassini a eu la chance de passer par l’un d’eux. Grâce à cela, et à travers les ustensiles qui portaient la sonde, on a appris que dans ces jets que la lune émettait, il y avait de la glace d’eau salée, entre autres éléments ».

En Europe et à Ganymède, des champs magnétiques ont été signalés: « Le champ magnétique de Jupiter interagit avec les lunes et produit des distorsions. Par exemple, à Ganimedes, en analysant les caractéristiques de ces distorsions, ils ont conclu qu'il devait y avoir un matériau conducteur sous la glace. Finalement, mission et données, nous avons progressivement confirmé la présence d’océans liquides et salés sous la glace. »

Outre les similitudes des lunes, Antuñano note les différences: « La couche de glace de l’Europe a 10-15 km d’épaisseur, tandis que celle de Ganimedes a 150 km. Bien sûr, ce n'est pas la même chose d'être à une distance de la peau qu'à une autre. Pour sa part, Ganymède est beaucoup plus grand que l'Europe, en fait c'est la plus grande lune du système solaire et est plus grand que Mercure lui-même. De plus, nous pensons que Ganymède n’a pas une seule couche d’eau sous la couche de glace superficielle, mais qu’il a plus d’une couche de glace et qu’il y a parmi elles des océans ».

La Lune de Saturne, enfermée, a également ses particularités. Il est relativement petit. « Jusqu’à l’arrivée de Cassini, on ne pensait pas qu’il avait quelque chose d’intéressant, mais il a observé des génies semblables à celles d’Europe et de Ganimedes, et depuis lors nous lui avons accordé beaucoup d’attention »

L'opportunité de la vie

Les missions précédentes n'étaient pas spécifiquement conçues pour étudier les lunes gelées. Cependant, le télescope spatial James Webb (JWST) a déjà prévu des heures d'observation pour eux et a commencé à faire rapport. Par exemple, il a observé l'Europe et, sur la base de la cartographie du dioxyde de carbone et des caractéristiques spectrales, ils ont déduit que l'origine du carbone est l'océan sous-jacent.

La lune Europe à travers la sonde Galileo. Ed. QUAI

Pourquoi cela est-il significatif? Antuñano répond: « Le dioxyde de carbone est principalement observé dans un endroit donné. En fait, le dioxyde de carbone ne durerait pas longtemps sur la surface, il se décomposerait. Et on savait déjà qu'il y a là des échanges de matériaux entre la glace de surface et l'océan sous-jacent. Il s'ensuit que le carbone vient en dessous. Et, comme sur Terre, si l’océan a du dioxyde de carbone, on renforce la possibilité qu’il y ait un type de vie que nous connaissons sur Terre ».

À Ganimedes, le JWST a détecté du peroxyde d'hydrogène. Concentré sur les pôles, selon Antuñano est très intéressant: « Les particules chargées de Jupiter se heurtent à la surface glacée de Ganymède et canalise les champs magnétiques de la lune vers les pôles ». Cela montre que, en plus de la lune elle-même, son interaction avec les planètes est très significative.

En fait, JWST analysera également les planètes et, au sein du Groupe des sciences planétaires, ils ont programmé des heures pour l'observation de Jupiter sous la direction de Ricardo Os Alonso. « Nous ne pouvons pas savoir ce que JWST apportera, mais je suis sûr que nous obtiendrons des informations précieuses et que nous connaîtrons dans les lunes glacées et dans leurs planètes ce que nous ne pouvons pas imaginer maintenant. »

Photo de Encelador prise par la sonde Cassini en 2008. Derrière apparaissent les anneaux de Saturne. Ed. NASA/JPL/Space Science Institute/Domaine public.

Bien qu'il ne soit pas astrobiologiste, il est difficile de trouver une vie extraterrestre: « En découvrant aussi la moindre trace de la vie, à la fois astronomique et à proximité, on ne peut douter de l’existence de la vie quelque part dans l’univers. »

Mission JUICE en cours

Cette hypothèse a conduit la mission JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer). Lancé en avril 2023, Sánchez Lavega et Os participent à l'équipe de recherche d'un instrument, notamment dans les groupes de recherche des instruments MAJIS et JANUS, respectivement.

Sánchez Lavega affirme que MAJIS (Moons And Jupiter Imaging Spectrometer) est l'un des instruments les plus complexes de JUICE : « Il va capturer des images et des spectres à la fois et à deux niveaux spectraux, visible et infrarouge proche et moyen infrarouge. »

Il a précisé que le Groupe des Sciences Panéthères, aussi bien avec MAJIS qu'avec d'autres instruments, vise à enquêter sur l'atmosphère de Jupiter, sa dynamique, les nuages et les brumes et sa composition chimique. « Cependant, la contribution du MAJIS à l’étude de Ganymède, d’Europe et de Calisto devrait être déterminante pour la connaissance des océans de ces lunes. Il peut parfois atteindre une résolution d'environ 100 m sur la surface. Il étudiera la chimie des surfaces et des atmosphères légères et recherchera des molécules organiques d’un grand intérêt astrobiologique et liées à l’eau ».

Image du champ magnétique de Ganimedes via le télescope Hubble. Ed. QUAI/ESA/J. Saur (Université de Cologne)

En outre, il localisera le focus sur les zones les plus actives, en identifiant les candidats pour les futures explorations sur place.

JANUS, pour sa part, est l'acronyme de Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator, qui, selon Os, est chargé de capturer les images de la mission JUICE à haute résolution.

En fait, cette caméra peut prendre des images de la vue à l'infrarouge proche. Grâce à cela, il est capable de capturer des images de Jupiter et de ses lunes dans sa couleur naturelle, ainsi que de certains phénomènes qui peuvent être observés dans d'autres longueurs d'onde, comme les volcans d'Io ou les rayons de Jupiter. « Parmi tous les instruments de JUICE, JANUS est l’un des plus polyvalents », déclare Hueso.

Os coordonnera la conception et l'analyse des observations de JANUS dans l'atmosphère de Jupiter. Avancez que vous obtiendrez des images de résolution de 10 km et des cartes de résolution de 30-40 km. Pour comprendre la résolution, il faut garder à l'esprit que le rayon de Jupiter est 11 fois plus grand que celui de la Terre. « Cela nous permettra d’étudier l’atmosphère de Jupiter et la structure des nuages, comme il ne l’a pas fait. »

Image prise sur Terre par la première caméra de surveillance de JUICE lors de la recherche de Jupiter et des lunes gelées, le 14 avril 2023. Ed. ESA/Juice/JMC/ CC BY-SA 3.0.

Os ajoute qu'en passant par l'Europe et Calisto, JANUS observera ses surfaces et prendra des images de résolution de quelques mètres de l'orbite de Ganymède. « Nous pourrons analyser les détails les plus fins de la géologie des lunes glacées de Jupiter », a-t-il confirmé.

Outre ces instruments, il dispose d'autres instruments pour l'étude des lunes congelées et de leurs océans, ainsi que pour la recherche et la recherche d'éventuelles conditions permettant la vie. « En dehors de la question de la vie, JUICE fournira de précieuses informations sur l’évolution géologique et la genèse des lunes et leur interaction avec Jupiter », résume Antuñano.

Vers l'avenir

Plus tard, à la fin des années 2030, une nouvelle mission est prévue, comme l’a rappelé Antuñano : Enceladus orbilander. Son objectif est d'orbiter l'Encelé, puis de placer une sonde sur sa surface. « Compte tenu de l’intérêt porté aux océans de ces Lunes, il est presque indispensable de concevoir des missions pour y aller. Parce que les informations que vous pouvez obtenir de la Terre sont très limitées. C’est pourquoi des missions sont faites pour explorer de première main, même si elles sont difficiles et complexes, et coûteuses, comment pas. »

Jupiter et Europe (à gauche de la planète) à travers le télescope Hubble. Ed. QUAI, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) et M. H. Wong (Université de Californie, Berkeley) et OPALtaldea/CC BY 4.0.

Comme l'explique Antuñano, l'orbiteur, en plus d'observer la surface d'Entzeladoren, aidera à décider où éclairer la sonde. « L’idée est de percer la couche de glace et de prendre un échantillon pour la ramener un jour sur Terre. Ce n'est pas facile : comme la lune a très peu de gravité, il est difficile qu'une sonde soit correctement reportée sur la peau, faire un trou, prendre un échantillon… Mais le développement de la technologie le permet aujourd'hui. Des échantillons d'astéroïdes ont été obtenus. Ce n'est donc pas si déformé. Et bien que beaucoup de gens aient l’impression que la fin 2030 est loin, pour nous, c’est demain, parce que la préparation de ces missions a au moins 30 ans. Par conséquent, dans 15 ans, pour nous, il est immédiat ».

« Et si cela est accompli, pourquoi ne pas envoyer une autre mission un peu plus loin ? » Antuñano demande pour finir. La curiosité des astrophysiciens est insatiable.