La sonde Cassini a livré de nouvelles informations sur les lunes de Saturne. Dans l’océan sous-glaciaire d’Encelade, la lune de Saturne, de nombreux composés organiques impliqués dans la synthèse des protéines et de l’ADN ont été découverts. Ceci est très similaire à la «soupe primordiale» qui existait sur Terre il y a des milliards d’années. Il pourrait y avoir de la vie dans un monde lointain et glacé, aux confins du système solaire. Saturne compte 146 lunes, le plus grand nombre du système solaire. Le plus grand, Titan, a longtemps été considéré comme le plus intéressant. L’atterrisseur Huygens y a été envoyé dans le cadre de la mission Cassini en 2005. Derrière l’atmosphère dense, la sonde a vu un monde froid et sans vie, enveloppé de smog, avec des mers et des lacs de méthane. Certaines preuves suggèrent qu’il existe un océan sous la surface.
Encelade
Encelade reflète bien la lumière du soleil, ce qui signifie qu’elle est recouverte de glace. Son diamètre est d’environ cinq cents kilomètres. On croyait que les entrailles du satellite s’étaient refroidies depuis longtemps – il n’y avait ni volcans ni mouvement de plaques tectoniques. Cependant, les estimations de l’âge de la surface étaient confuses: moins d’un million d’années, trop jeune. En s’approchant du satellite, la sonde Cassini a enregistré de puissants geysers dans la zone du pôle sud, tirant à des dizaines de kilomètres de hauteur. Cela a fait sensation. De la vapeur d’eau, des grains de glace et des hydrocarbures ont été trouvés dans les émissions. D’où ils ont conclu: en dessous il y a un océan liquide. Et les profondeurs ne se sont pas refroidies.
Il s’avère qu’Encelade est la plus grande source d’eau du système Saturne. Des geysers formaient son anneau extérieur E. La ceinture de cristaux de glace autour de la planète a été étudiée dans la gamme submillimétrique par l’observatoire spatial Herschel. Des observations récentes avec le spectromètre proche infrarouge du télescope James Webb ont permis de cartographier le panache d’eau gazeuse d’Encelade. Le taux de libération est de 300 kilogrammes de substance par seconde. Comme le satellite tourne très rapidement autour de la planète (un tour tous les 1,37 jours terrestres), un panache de vapeur d’eau reste en orbite, se refermant en anneau. On estime qu’il représente jusqu’à 32 pour cent des émissions de H2O. Le reste, pensent les chercheurs, est réparti dans tout le système de Saturne.
À l’extérieur, Encelade est recouverte d’une coquille de glace de 30 kilomètres d’épaisseur à l’équateur et de dix kilomètres d’épaisseur au pôle sud. La glace est plus épaisse dans l’hémisphère nord. Cela indique son écoulement des pôles vers l’équateur. Sous la coquille de glace se trouve un océan mondial de 40 kilomètres de profondeur, entourant un noyau de silicate solide. On suppose qu’il est poreux, ce qui explique la faible densité d’Encelade. Là où l’océan entre en contact avec le noyau, il y a une activité hydrothermale, les roches réagissant avec l’eau salée. La même chose se produit sur Terre, dans les parties profondes de l’océan mondial, le long des dorsales médio-océaniques.
La chaleur est également générée par la libration, c’est-à-dire l’oscillation du satellite due à la résonance orbitale. Peut-être que le noyau lui-même, son noyau, y contribue également. La façon dont l’énergie thermique est redistribuée entre les coquilles d’Encelade n’est pas claire. Parmi les principaux facteurs figure la salinité de l’eau. On pense qu’il est petit, de deux à quarante grammes par kilogramme d’eau. À titre de comparaison, il y en a environ 33 dans les océans de la Terre. Selon la modélisation, le réchauffement est déterminé par la topographie et la salinité des glaciers.
Les échantillons directs de Cassini et d’autres méthodes, y compris les observations lors d’éclipses et d’occultations, ont montré que les geysers du pôle sud d’Encelade éclatent à des altitudes de 15 à 40 kilomètres. À des débits élevés, la matière organique complexe est détruite. Mais récemment, des scientifiques américains ont démontré expérimentalement que les acides aminés sont préservés même à une vitesse de 4,2 kilomètres par seconde. Dans les échantillons et les spectres du geyser, plusieurs composés organiques et molécules simples, mais nécessaires à la synthèse de la vie, comme l’azote, le carbone, l’azote, ont été identifiés.
© Jonah S. Peter Tom A. Nordheim Kevin P. Hand
Des geysers de plusieurs dizaines de kilomètres de hauteur jaillissent des fissures du pôle sud d’Encelade. Une grande variété de composés organiques y ont été trouvés. Bombarder la surface avec des électrons facilite la synthèse d’agents oxydants et de matières premières pour les prébiotiques.
Une équipe internationale de scientifiques a analysé les données sur les grains de glace collectés par Cassini lors de son vol à travers l’anneau E. Dans les particules de glace du troisième type, avec une teneur plus élevée en sels de sodium et de potassium, ils ont trouvé des phosphates – nécessaires à la synthèse de macromolécules biologiques comme l’ADN, l’ARN, les protéines. C’est inattendu ; cela n’a jamais été découvert dans des océans extraterrestres auparavant. Les découvertes étonnantes ne se sont pas arrêtées là. Récemment, un article a été publié dans Nature Astronomy, dont les auteurs tentaient de déterminer les substances contenues dans l’océan.
Sur la base des données du survol à basse altitude de Cassini en 2011-2012 et des observations récemment publiées de l’instrument INMS – un spectromètre de masse ionique et neutre – une bibliothèque de spectres de composés organiques a été compilée. Nous avons ajouté les résultats d’expériences en laboratoire pour simuler des mondes glacés avec des océans. Et ils ont scanné des dizaines de milliards de modèles possibles de composition de geysers. Il s’est avéré que la composition de 10 à 15 composés est optimale. En plus des H2O, CO2, CH4 et NH3 précédemment connus, il contient de manière fiable HCN, C2H2, C3H6, CO et très probablement C2H6 (éthane). Les alcools et l’oxygène moléculaire, l’argon-40 sont possibles. 43 fragments n’ont pas pu être identifiés.
© NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
Schéma de la formation des geysers d’Encelade. Ils ressemblent beaucoup aux hydrothermes de l’océan mondial. L’énergie thermique provient des forces de marée
Cela indique la riche diversité chimique de l’océan d’Encelade, indiquant que les conditions s’y sont formées pour la synthèse de matière organique complexe, y compris les éléments constitutifs de la matière vivante. Pour l’évolution chimique conduisant à l’émergence de la vie, la composition des fonds marins est extrêmement importante, sur laquelle les informations ne sont pas encore disponibles. Mais les faits déjà établis suffisent pour qu’Encelade devienne une cible prioritaire pour les astrobiologistes.
Il s’est avéré qu’Encelade possède un noyau de silicate – une source de chaleur due à l’influence gravitationnelle de la planète lorsque le satellite se déplace en orbite, alimentant l’activité hydrothermale de l’océan. De l’hydrogène moléculaire a été trouvé dans les geysers, jouant le rôle de fournisseur d’énergie pour le système géochimique. Cet océan a un pendant terrestre: le lac Mono, extrêmement salé, en Californie, où les conditions sont très dures, mais où vivent encore certaines bactéries.
Ainsi, trois conditions propices à l’émergence de la vie ont convergé de manière inattendue vers Encelade: de l’eau liquide, une composition chimique diversifiée de l’océan avec de la matière organique et des sources d’énergie – de l’hydrogène moléculaire et des sources hydrothermales à la surface du noyau du satellite. Cependant, le développement de la vie telle que nous la connaissons nécessite du temps et de la stabilité de l’ensemble du système.
Selon une version, l’océan d’Encelade aurait plus de quatre milliards d’années. La chaleur est fournie par le sous-sol, qui est encore actif en raison de la désintégration radioactive. Le problème est que le corps est petit, il aurait dû refroidir et geler assez rapidement. Il faudrait un événement catastrophique, comme une collision avec un gros astéroïde, pour le réactiver. Si cela s’était produit il y a longtemps, la vie aurait pu avoir le temps de surgir.
Hypothèse catastrophique sur l’origine de l’océan sur Encelade
Amanda R. Hendrix du Planetary Science Institute des États-Unis et Christopher H. House de l’Université d’État de Pennsylvanie ont décidé d’évaluer les effets de l’exposition de molécules organiques à la surface d’Encelade au rayonnement ultraviolet et aux particules chargées d’énergies variables provenant de la magnétosphère de Saturne. Ceci est important pour planifier de futurs véhicules de recherche qui pourraient prélever des échantillons de matière d’Encelade pour évaluer sa composition, y compris celle de l’océan, puisque les particules des panaches éjectés se déposent à la surface du satellite. Les scientifiques ont utilisé les données d’observation de la station Cassini et du télescope Hubble.
Les molécules organiques peuvent être détruites par photolyse ; en particulier, dans le cas des acides aminés, les principales voies de dégradation sont la décarboxylation et la désamination. Les chercheurs ont conclu que dans le cas de l’équateur d’Encelade, la demi-vie de la glycine serait d’environ 10 ans et celle de la phénylalanine de moins de 4 ans. Cependant, de nombreuses molécules prébiotiques et biologiques importantes sont nettement plus résistantes à la lumière ultraviolette que les acides aminés, comme les purines et l’urée.
anneau
Dans le cas des régions équatoriales d’Encelade, le bombardement électronique des premiers centimètres de la surface jouera un rôle important, même si le niveau des flux sera inférieur à celui de la lune Europa de Jupiter ou de la lune Mimas de Saturne. Aux latitudes plus élevées, notamment au sud, ces effets seront plus faibles.
Les chercheurs ont conclu que dans les régions du sud, où il y a un dépôt actif de particules d’éjecta à la surface d’Encelade, les grains précédemment tombés seront enfouis sous une couche de nouvelles particules, en conséquence, le rayonnement ultraviolet du Soleil interagira avec un couche d’une centaine de micromètres d’épaisseur. Pour les régions où les taux de dépôt de particules sont plus faibles (environ 10 à 4 millimètres par an), l’âge effectif de la surface peut être supérieur à mille ans, et pour les régions situées aux latitudes au sud de 40 degrés sud, l’âge sera inférieur à cent ans. Ainsi, sous les latitudes tempérées méridionales, il est possible de collecter des échantillons de régolithes contenant de la matière organique primordiale provenant de l’océan.
© Фото : NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini
Les «rayures de tigre» à la surface de la lune de Saturne, Encelade, la rendent différente de tout autre corps planétaire du système solaire.
Mimas
Les planétologues européens et chinois ont trouvé dans les données de la sonde Cassini la preuve qu’il existe un océan sous-glaciaire à une profondeur de 20 à 30 km sous la surface glacée de Mimas, la lune la plus proche de Saturne. Les traces de son existence sont encore absentes à la surface de cette lune du fait que cet océan s’est formé il y a moins de 25 millions d’années, écrivent les scientifiques dans un article de la revue Nature.
«La principale découverte est la découverte de conditions habitables sur un objet du système solaire dans lesquelles nous ne nous attendrions jamais, au grand jamais, à avoir de l’eau liquide. C’est vraiment incroyable. » Les astronomes ont découvert que la petite lune de Saturne appelée Mimas pourrait contenir un océan liquide caché sous son épaisse coquille glacée et pourrait donc avoir des conditions habitables.
« Nous avons utilisé les données de Cassini pour analyser en détail comment Mimas se déplace sur son orbite. Ces calculs ont montré que sous la surface cratérisée de cette lune de Saturne, à une profondeur de 20 à 30 km, se trouve un océan sous-glaciaire global. Il s’est formé relativement récemment. , il y a moins de 25 millions d’années, c’est pourquoi il n’y a encore aucune trace de son existence à la surface de Mimas», indique l’étude.
Cette découverte change radicalement les idées sur ce que pourrait être une lune océanique et pourrait à terme redéfinir la recherche de vie extraterrestre sur les lunes du système solaire. Mimas a été surnommée «l’étoile de la mort» parce que son grand cratère (le cratère géant Herschel de 140 kilomètres) ressemble à la station spatiale impériale de Star Wars, mais ne ressemble pas au type de corps sur lequel les scientifiques s’attendraient à trouver un océan. On a toujours cru qu’il n’était pas du tout capable de résister à une telle quantité de liquide.
Un groupe d’astronomes européens et chinois dirigé par Valérie Laini, chercheuse à l’Université de Paris (France), a conclu à la présence d’un océan sous-glaciaire en étudiant les données sur le mouvement des lunes de Saturne, collectées par la station interplanétaire Cassini de 2004 à 2017. Les scientifiques se sont intéressés aux soi-disant librations de Mimas, aux décélérations et accélérations périodiques de sa rotation, ainsi qu’aux changements de position de son orbite.
Comme l’expliquent les planétologues, la force et le fait même de la présence de tels changements dans la nature de la rotation et la position de l’orbite reflètent la structure interne des planètes, y compris le caractère inégal de la répartition de la matière dans leurs profondeurs et la présence de réservoirs cachés de matière liquide en eux. Sur la base de cette considération, les scientifiques ont utilisé les données de Cassini pour évaluer la faisabilité de différents modèles de la structure de l’intérieur de Mimas.
Ces calculs ont montré qu’à l’intérieur de Mimas, à de très grandes profondeurs, se trouve un océan sous-glaciaire global qui s’est formé il y a quelques instants en termes cosmiques, il y a moins de 25 millions d’années. Il continue de croître et de changer de propriétés – sa limite supérieure se déplace progressivement vers le haut et ce n’est que très récemment, il y a environ 2 à 3 millions d’années, qu’elle a atteint 20 à 30 km de la surface de Mimas.
Cette dernière, comme l’expliquent les scientifiques, explique pourquoi la surface de Mimas ne présente pas les plis, fissures et traces caractéristiques de l’existence de geysers que l’on trouve sur Europe et Encelade. Ces structures n’ont tout simplement pas encore eu le temps de se former sur le satellite le plus proche de Saturne, car son océan sous-glaciaire existe depuis peu de temps et, en même temps, il n’a atteint que récemment les dépôts de glace proches de la surface, ont conclu les scientifiques.
En 2014, les astronomes ont remarqué que Mimas tournait différemment d’une petite planète entièrement constituée de matière solide. Cela a donné lieu à de nombreuses controverses quant à la présence ou non d’un océan sous-glaciaire dans ses profondeurs. Dans le passé, la plupart des scientifiques en doutaient, car la présence d’une telle masse d’eau dans les entrailles de cette lune de Saturne entraînerait la formation de failles et de plis visibles à sa surface, semblables à ceux que l’on retrouve à la surface d’Europe, une lune de Jupiter.
Un bref aperçu des satellites les plus intéressants de Saturne
Parmi les planètes du système solaire, Saturne possède le plus de satellites – 82. Jupiter en a 79, Uranus et Neptune en ont des dizaines, ils ont été découverts par le vaisseau spatial Voyager. Ce ne sont pas des résultats définitifs ; ils augmenteront à mesure que les techniques d’observation s’amélioreront. Chacune des lunes de Saturne possède des propriétés très inhabituelles. Par exemple, sur Mimas se trouve un immense cratère mesurant 139 kilomètres, alors que le diamètre du satellite lui-même n’est que de 400 kilomètres.
Il est clair que le satellite est entré en collision avec un gros astéroïde. Dioné pourrait avoir un océan souterrain à une profondeur de 100 kilomètres, ce qui en ferait le troisième monde possédant un océan dans le système de Saturne. Rhéa, la deuxième plus grande lune, pourrait avoir son propre système d’anneaux. Contrairement à Jupiter, qui possède quatre grandes lunes intérieures, Saturne n’en possède qu’une seule: Titan. Les autres sont plusieurs fois plus petits. En composition, ce sont des blocs de roche glacés.
Saturne a deux types de satellites: réguliers et irréguliers. Le premier s’est formé avec la planète de la partie saturnienne de la nébuleuse protosolaire. Il y en a plus d’une vingtaine, ils tournent sur des orbites circulaires, beaucoup sont de forme sphérique. Leur substance a franchi le stade de la différenciation et les éléments lourds sont descendus jusqu’au noyau. Ceux-ci ont des milliards d’années, ces satellites ont donc le même âge que la planète. Les satellites irréguliers orbitent sur des orbites hautement elliptiques. Ce sont en fait de petits corps de forme irrégulière – des astéroïdes, capturés à différents moments par le champ gravitationnel de Saturne. Le diamètre ne dépasse généralement pas dix kilomètres.
© NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Paolo Sartorio
Orbites des vingt nouveaux satellites de Saturne. Certains d’entre eux sont rétrogrades, c’est-à-dire qu’ils se déplacent dans le sens contraire du mouvement de la planète.
Saturne est située à neuf unités astronomiques de la Terre, ce qui représente une distance énorme. Il est assez difficile de voir de petits corps à la périphérie de son système, même avec les télescopes actuels. Vingt nouvelles lunes, dont la découverte a été annoncée par des scientifiques de l’Université Carnegie (États-Unis) le 8 octobre, ne mesurent que cinq kilomètres de diamètre. Ils achèvent une révolution autour de la planète en deux à trois ans. Saturne est 95 fois plus lourde que la Terre et est si énorme que ses lunes combinées ne représentent qu’une goutte d’eau dans le seau. Des anneaux incroyables d’un diamètre de 250 000 kilomètres se sont également révélés non massifs. Selon les estimations les plus récentes, sa masse est légèrement inférieure à la moitié de celle du satellite régulier le plus proche de la planète, Mimas.
Le satellite le plus intéressant de Saturne est Titan. Le deuxième plus grand du système solaire et le seul à posséder une atmosphère épaisse. Il est une fois et demie plus dense que sur Terre et est également constitué d’azote moléculaire. Titan est enveloppé d’une brume photochimique constante, essentiellement du smog, ce qui rend difficile son étude avec des télescopes. La mission Cassini y a donc livré l’atterrisseur Huygens, et nous avons vu pour la première fois sa surface et mesuré les paramètres atmosphériques. Le radar du vaisseau spatial Cassini, qui scannait le relief et les propriétés physiques de la surface à travers les nuages, a joué un rôle important dans l’étude de Titan. Soudain, il s’est avéré qu’il y avait des mers et des lacs dans la région du pôle Nord. Seulement, ils sont constitués de méthane.
Titan est la plus grande lune de Saturne. Le deuxième corps cosmique après la Terre avec une atmosphère dense et des structures liquides en surface
Le système Saturne reçoit cent fois moins d’énergie du Soleil que la Terre. C’est pourquoi tous ses mondes sont glacés. À la surface de Titan, il fait environ moins de 170 degrés Celsius ; il n’y a que des hydrocarbures à l’état liquide. Les scientifiques ont découvert que sous la coquille glacée de Titan, à une profondeur d’environ une centaine de kilomètres, se trouve un océan d’eau liquide. Ceci est indiqué par certaines caractéristiques des oscillations du satellite lors de son mouvement orbital.