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Titan, satellite de Saturne - partie 2
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L'apport scientifique de la mission Cassini-Huygens
L'atmosphère : Un laboratoire de chimie organique
| Huygens a affiné nos connaissances sur la composition atmosphérique de Titan. |
L’importante présence de matière organique sur Titan en fait une particularité du satellite. Les hydrocarbures sont produits à grande échelle, notamment sous forme de pluie de méthane.
Etant très froide (-180°c, 94°k), la température de surface permet en effet la liquéfaction des hydrocarbures. La température atteint même son minimum à une altitude de 40 kilomètres, dans la tropopause : - 201°c (72°k).
Dans la haute atmosphère, un survol de la sonde Cassini a également révélé la présence d’hydrocarbures complexes. Le spectromètre de masse de la sonde a montré toute la diversité des éléments, faisant de Titan un vrai laboratoire, une usine à molécules organiques. On a notamment trouvé des mélanges moléculaires à base de carbone comprenant 7 atomes carbonés ! Ce qui est également le cas pour toutes les bases azotées servant de briques à l’ADN et l’ARN !
L’importante présence de méthane dans l’atmosphère (jusqu’à 10%) de Titan intrigue les astronomes. Ce méthane (CH4) est très volatile et monte en effet dans les hautes couches de l’atmosphère, où il est soumis au rayonnement solaire. Ce dernier transformant ce même méthane en un radical méthyl CH3 qui retombe à la surface, libérant un atome d’hydrogène qui lui s’échappe dans l’espace. L’hydrogène qui s’évade de Titan forme un énorme tore autour de Saturne.
Du méthane liquide en surface
Le méthane est donc en constante destruction dans l’atmosphère de Titan, et il devrait en théorie ne plus être présent à l’heure qu’il est. Il est donc manifeste qu’un réservoir existe en surface, alimentant l’atmosphère en quantité suffisante pour qu’il soit présent en permanence. Ainsi, l’hypothèse selon laquelle Titan possédait des océans de méthane liquide est née, dans les années 70. Sans ce réservoir de méthane, l’atmosphère aurait du entièrement se détruire en 50 millions d’années, ce qui est très rapide …
La réelle origine de cette alimentation de l’atmosphère en méthane reste toujours un mystère, et plusieurs réponses sont possibles : évaporation des étendues liquides, infiltration souterraine, cryovolcanisme … Le champ d’investigation est si large qu’on n’exclue même pas la présence d’une activité biologique de micro-organismes profonds libérant du méthane !
Quoiqu’il en soit, il y a donc réellement une chimie de la haute atmosphère sur Titan, créant des molécules organiques complexes à base de méthane. On est donc tenté de faire le parallèle entre l’atmosphère de Titan et celle que possédait la Terre au début de son existence : Dans les deux cas, la complexification de la matière organique s’est faite au moyen d’un même cycle, impliquant des échanges entre surface, atmosphère et rayonnement solaire. Ces similitudes font de Titan un objet de convoitises pour les exobiologistes.
Pourtant, au moyen des observations de la sonde Huygens, l’existence d’un ou de plusieurs océans d’hydrocarbures n’a pas été établie.
Titan, une Terre avortée ?
Après avoir observé dans plusieurs longueurs d’onde (infra rouge et radio notamment), Huygens a même réfuté l’hypothèse selon laquelle il existerait un océan global à la surface du satellite ! Mais la présence de lacs ou de mers n’est pas exclue pour autant, et l’existence de chenaux d’écoulements liquide a bien été démontrée, preuve cette fois-ci que du liquide a bien coulé à la surface de Titan, résultant des pluies de méthane. Il reste toutefois à confirmer que cette pluie est bien le fruit d’un cycle « météorologique » du méthane (en analogie avec le cycle de l’eau sur Terre) et non uniquement d’un cryovolcanisme comme il en existe sur certains satellites de Jupiter …
On se plait à penser que Titan aurait pu être une Terre en devenir. La température très froide du sol, liquéfiant des gaz et emprisonnant les composés organiques complexes, aurait gelé tout espoir de voir la matière organique évoluer vers l’apparition de la vie, comme on congèle sur Terre des embryons dans l’azote liquide ...
L'influence gravitationnelle de Saturne
Champ magnétique ...
Titan interagit également avec Saturne au niveau magnétique. Le satellite ne possède pas de champ magnétique propre, mais il est influencé par la magnétosphère de Saturne, qu’il traverse périodiquement. Lorsque c’est le cas, la magnétosphère de la géante gazeuse érode partiellement (et faiblement) la couche atmosphérique de son satellite. Inversement, Titan modifie localement la magnétosphère de Saturne : Titan circule sur son orbite dans le même sens que la magnétosphère de Saturne, pourtant, les vitesses étant différentes, une onde de choc est produite lors de la « collision », modifiant ainsi la structure du champ magnétique saturnien.
Ces interactions influencent l’épaisse atmosphère de Titan, et engendre une source d’énergie, en plus des rayons solaires, favorisant les réactions chimiques atmosphériques.
... et effets de marée
Ce n’est pas tout : Saturne influence également grandement son satellite par son attraction gravitationnelle L’effet de marée induit par cette influence gravitationnelle sur Titan est 400 fois plus intense que celui provoqué par la Lune sur notre planète.
Comme pour la Lune, notre satellite, l’importante force gravitationnelle de Saturne impose une rotation synchrone de Titan par rapport à sa planète : Il présente toujours la même face à sa planète.
La force gravitationnelle de Saturne modifie et gouverne aussi et surtout la dynamique des vents sur Titan. Dans la haute atmosphère, les vents peuvent atteindre plus de 400 km/h, même si la moyenne est de l’ordre de 100 à 150 km/h. En descendant à 80 km d’altitude, c’est avec étonnement qu’on se rend compte que les vents s’annulent … pour reprendre de façon plus modérée en surface …
Heureusement, la force d’attraction de Saturne étant bien plus faible que celle de Jupiter, elle a épargnée l’atmosphère de Titan. Les pauvres satellites de Jupiter n’ont pas eu cette chance (les 4 satellites galiléens n’en possède plus qu’une couche résiduelle) …
On pensait jusqu’à présent que le puissant effet de marée occasionné par Saturne engendrait de violentes tempêtes dans les océans de Titan. Mais il a été depuis démontré que ces océans n’existaient pas … Des chercheurs utilisant les données radar de Cassini ont effectivement conclu que les secteurs sombres repérés dans les régions équatoriales de Titan sont des dunes de sable semblables à celles trouvées en Arabie ou en Namibie. Ces dunes de 100 mètres de hauteur, parallèles les unes aux autres et s'étendant sur plusieurs centaines de kilomètres sur l'équateur, seraient créées par les vents de marée de Saturne, plutôt que par les vents d'énergie solaires. À la différence de la Terre, les sables ne seraient pas composés de grains des silicates mais plutôt d'un certain mélange des matériaux organiques et/ou de grains de glace. Les "mers" de Titan sont donc finalement faites de sable …
Une surface gelée
La dense atmosphère titanesque a longtemps caché aux hommes la nature de la surface du satellite, alimentant tous les phantasmes …
Dans les années 90, le satellite spatial Hubble réussit à nous dévoiler la présence d’une grande étendue sombre plus élevée que le reste, faisant penser à un continent.
Mais ce n’est que le 14 Janvier 2005 que la petite sonde Huygens nous révéla pour la toute première fois les paysages de Titan !
Grâce à la multitude des clichés pris lors de la descente, à différentes altitudes, les astronomes ont affinés leurs connaissances sur ce sol énigmatique …
On sait que la densité de Titan est de 1.88, ce qui semble confirmer la présence de silicates en plus de la présence de glace. Les « cailloux » photographiés par Huygens sont en effet des blocs de glace (probablement mélange d’eau, de méthane, d’ammoniac …), et non de roches. Il est donc probable que sous la couche de glace se trouve un manteau de silicates mélangé à de la glace. Nous ne savons pas encore si la structure interne est différenciée par couches, ou indifférenciée.
L’intérieur de Titan semble actif, cette activité nous ayant été révélée par la présence de cryovolcans, lesquels volcans expliqueraient en théorie la présence continue de méthane dans l’atmosphère. Comme nous l’avons déjà vu, ce méthane retomberait en pluie, formant des étendues de méthane liquide en surface. Les caméras de Huygens ont pu montrer des structures ressemblant à des réseaux de drainage et des lacs asséchés.
Ces liquides de surface érodent le relief, notamment des dépôts atmosphériques et des impacts cométaires récents. L’activité chimique atmosphérique dépose sur le sol de la tholine, une structure complexes de molécules organiques.
Du fait de l’épaisseur de la couche atmosphérique, la lumière arrivant en surface est relativement faible : Seule 1/1000ème de la lumière frappant le satellite arrive en surface. Il est aussi fort probable que les vents balaient les sédiments organiques de surface, créant des brouillards.
Un relief peu prononcé
Le relief sur Titan est, comme pour les satellites galiléens de Jupiter, très peu prononcé : une nouvelle conséquence de l’effet de marée de Saturne. En effet, la sonde Cassini a révélé au moyen d’un balayage radar d’une zone longue de 400km un relief ne dépassant pas les 150m de hauteur. De même, la sonde Huygens n’aurait rien repéré dans son périmètre d’atterrissage dépassant la centaine de mètres de hauteur.
Titan serait recouvert d’une couche sédimentaire de quelques mètres, un peu comme le régolite de la Lune. Les reliefs les plus prononcés seraient tout de même compris entre 3 et 7 km. Ces chaînes de montagnes seraient vraisemblablement le fruit d’une activité tectonique.
La sonde Cassini étudiera encore pendant plusieurs années le système de Saturne, nous avons encore donc de belles années de découvertes devant nous, probablement riches en émotions et en surprises ...
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