mondes habités dans SS Athena Cosutenis conf SAF 12 oct 2018

Mise à jour 19 Octobre 2018 rajout lien vidéo Janv 2019

CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
« LES MONDES HABITABLES DANS LE SYSTÈME SOLAIRE EXTERNE.»

Par Athena COUSTENIS

Astrophysicienne au LESIA Observatoire de Paris-Meudon

À TelecomParisTech 46 rue Barrault Paris 13.

Le Vendredi 12 Oct 2018 à 19H00 Amphi Thévenin

Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.

La conférencière a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et se nomme : SystSolexterne_habitable_2018_fr - SAF.pdf, qui se trouve dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2018-2019.

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV, merci à Laurent Dongé) et est accessible sur Internet

On la trouve à cette adresse https://www.youtube.com/playlist?list=PL1ZHG2CIuv2eLeFEDHcrg9xSC6KJQTkg1

Athena Coustenis est astrophysicienne à Paris Meudon, elle est Directrice de recherches au CNRS.

Elle a été diplômée de Paris 6 et a passé sa thèse sur l’atmosphère de Titan à partir des données de la sonde Voyager.

De plus elle est Présidente du comité des sciences de l’espace de la fondation européenne des sciences. (European Science Foundation).

Elle est impliquée dans de nombreux projets spatiaux avec l’ESA et la NASA.

Nombreuses publications à son actif.

Elle nous parle ce soir de possibles mondes habitables dans notre Système Solaire externe en faisant remarquer la différence qu’il faut noter entre habitabilité et habité !!

D’où la question de ce qui est nécessaire pour avoir une « habitabilité ».

Il faut 4 conditions nécessaires :

· De l’eau

· Des éléments essentiels les fameux CHNOPS , symboles des principaux éléments chimiques indispensables.

· Une certaine forme d’énergie, par exemple chimique

· Un environnement stable, en effet sur Terre c’est une longue évolution qui a abouti à la vie. Une période trop courte ou de nombreuses instabilités sont néfastes.

On peut se poser la question de savoir quels corps dans notre Système Solaire pourraient présenter des caractères d’habitabilité.

On sait que Mars a été dans le passé chaude et humide et avait probablement eu les mêmes chances que la Terre.

Mais elle s’est refroidie et a perdu son champ magnétique protecteur et son atmosphère. Le sort en était jeté.

Mais plus loin dans le Système Solaire y-a-t-il d’autres corps pouvant abriter la vie ?

On le voit sur la slide ci-contre.

Ce sont certains satellites glacés de Jupiter et Saturne.

Ils pourraient présenter des habitats en profondeur.

En fait les mondes « à eau » ne sont pas si courants dans notre environnement.

Soit le contenu de ces corps en % de masse d’eau (sans la glace) par rapport à la masse du corps.

Par ordre croissant en % d’eau :

· Encelade 14%

· Titan 11%

· Europe 6,4%

· Ganymède 5,4%

· La Terre 0,02%

· Mars dans le passé : 0,01%

La Terre a en fait proportionnellement très peu d’eau.

JUPITER ET SES SATELLITES.

Les sondes Voyager, Galileo et maintenant Juno ont étudié les satellites galiléens de Jupiter.

Il semble bien qu’au moins deux, Ganymède et Europe soient intéressants au point de vue possibilités d’habitabilité.

Les satellites galiléens à partir de Jupiter (hors de l’image à gauche) : Io, Europe, Ganymède et Callisto (NASA)

Ganymède.

Ganymède est le plus gros satellite du Système Solaire (5270km de diamètre), il est encore si près de Jupiter qu’il en subit un champ magnétique induit. Nombreux cratères à sa surface.

C’est le meilleur exemple d’un environnement d’eau liquide piégée entre deux couches de glace.

On peut se demande comment on peut avoir de l’eau liquide entre deux couches de glace ? C’est par ce que les couches de glace sont de types différents. En s’enfonçant vers le centre, on aurait de la glace de type I puis l’eau liquide et ensuite de la glace de type III, glaces de plus en plus denses et plus salées au fur et à mesure que l’on descend. Il pourrait y avoir plusieurs couches d’eau liquide aussi.

La couche la plus basse pourrait être en contact avec le manteau rocheux (silicates), facteur important pour une transition vers une certaine forme de vie.

Le champ magnétique de Jupiter induit avec une couche d’eau conductrice (eau salée) un champ interne.

Bref, un environnement favorable à la vie !

Europe.

Ce satellite est le plus près de Jupiter après Io, il a 3120km de diamètre moyen.

Il possède une croute de glace qui évolue. Phénomène dû certainement à une forme de tectonique de plaques active.

Il y a, comme en Arctique, des radeaux de glace qui dérivent sur un océan liquide interne.

Les forces de marée sont très actives sur Europe, ce qui est probablement la cause de l’existence de cet océan d’eau liquide.

Il est en contact avec les silicates du manteau.

Hubble a détecté récemment des geysers d’eau.

Les nouvelles données (effectuées en UV) indiquent la découverte de geysers de vapeur d’eau salée (« plumes of saline water » en anglais) montant jusqu’à 200km d’altitude et se redéposant sur la surface gelée de ce satellite, créant ainsi ce terrain de type très chaotique.

En fouillant les archives de Galileo, on a montré que la sonde avait bien survolé la zone des geysers.

Cette découverte fait de Europe la deuxième lune du système solaire à avoir des jets de vapeur d’eau, l’autre étant bien sûr Encelade.

Les radiations de Jupiter sont encore très fortes au niveau d’Europe et tuent tout ce qui pourrait se trouver à sa surface.

Effet des radiations sur les molécules ramenées à la surface par les geysers d’Europe. Ces radiations brisent les molécules et changent leur composition chimique, détruisant très probablement leurs caractéristiques biochimiques. Dessin : NASA)

Mais dans l’océan, tout est possible même des cheminées géothermales comme dans le fond de nos océans, et sur Terre, cet environnement grouille de vie !

Europe est donc aussi bien un monde habitable.

L’exploration du monde de Jupiter.

Des missions sont en cours ou prévues pour inspecter plus avant le monde jovien.

En cours : la sonde JUNO de la NASA est en orbite autour de la planète géante depuis 2016.

Voir le dossier sur cette sonde sur votre site préféré.

L’Europe est très active avec la mission JUICE, acronyme de JUpiter Icy moons Explorer, soit exploration des lunes glacées de Jupiter.

Elle doit être lancée en 2022 de Kourou par une Ariane 5.

Après un voyage de 7 ans et demi, elle atteindra sa cible en 2030.

Ce devrait être une mission de 11 ans à laquelle la France participera activement.

La sonde se mettra en orbite autour de Jupiter et explorera ses principaux satellites.

Les cibles principales de ce voyage :

· L’atmosphère de Jupiter sa magnétosphère et ses aurores

· Io et ses volcans

· Europe et Ganymède (les cibles principales) avec leurs probables océans d’eau salée situés sous la couche de glace

· Callisto la plus éloignée, glacée aussi.

Europe devrait être survolée deux fois et ensuite une mise en orbite autour de Ganymède sur laquelle elle s’écrasera ensuite.

Cette mission comporte de nombreux instruments

On en trouve le détail sur le site Juice de l’ESA.

Juice : le trajet et les phases importantes.

Détails des opérations sur le site ESA

Olivier Witasse qui participe à la mission viendra nous en parler en conférence mensuelle de la SAF le 14 Décembre 2018.

La NASA ne devrait pas être en reste et propose aussi une mission vers Jupiter axée sur Europe : Europa Clipper qui aurait l’avantage si les lanceurs SLS sont prêts, d’atteindre Jupiter au bout de 2 ans de voyage au lieu de 7 ans pour Juice.

Elle arriverait ainsi avant Juice !

De nombreux survols d’Europe (45) sont prévus à différentes altitudes.

LE MONDE DE SATURNE.

Saturne possède un gros satellite, Titan, que nous avons exploré grâce à Huygens embarqué sur la mission Cassini.

Cassini a parcouru 3 milliards de km en 7 ans pour arriver dans le monde de Saturne.

Huygens s’est posé sur Titan et a survécu quelques heures.

Voir arrivée en direct et compte rendu de la mission Huygens.

Titan est un monde intéressant où le méthane liquide a remplacé l’eau (il y a même des lacs de méthane) et la glace a remplacé les rochers. L’atmosphère est principalement de l’Azote (comme sur Terre) et la pression y est de 1,5 bars.

Sa structure atmosphérique est aussi très intéressante.

On y découvre très peu de cratères et des dunes, en plus des lacs. Il y a manifestement une activité volcanique.

Par contre le jour de Titan est de 16 jours terrestres et l’année de 29,5 ans. Elle est inclinée de 26° à peu près comme la Terre (23°). On pense aussi que Titan possèderait un océan d’eau liquide sous la surface.

C’est un milieu favorable à une chimie prébiotique.

On voit ici la formation de Tholins dans la haute atmosphère, ces Tholins sont des molécules organiques complexes fondamentales à la chimie prébiotique

Voir cet article sur la chimie prébiotique sur Titan.

Titan est le seul endroit avec la Terre à avoir des surfaces liquides exposées.

On voit sur cette image, les liens entre atmosphère et surface et la connexion avec le cycle du méthane.

Le méthane est relâché dans l’atmosphère de l’intérieur de Titan (dégazage de volcans) et s’évapore aussi des lacs principalement de méthane mais aussi d’éthane. Ce méthane est converti dans l’atmosphère en éthane. Divers organiques complexes ainsi que H2 et N2 s’échappent dans l’espace.

CH4 et C2H6 se condensent partiellement formant des nuages et des brouillards qui précipitent, retournant dans les lacs.

Tous ces éléments sont basés sur les résultats de la mission Cassini.

Il semble bien que Titan soit un objet unique dans le Système Solaire.

Il faut y retourner !!

De nombreux projets sont dans les cartons, comme :

· TSSM Titan Saturn System Mission propose par le LESIA et notamment par A Coustenis, Titan serait exploré par trois éléments : un orbiteur et deux éléments in situ : un ballon qui fera le tour de l’équateur et une sonde qui se poserait sur un lac

· Dragonfly (libellule en français) du JHUAPL, sorte d’hélicoptère se déplaçant de place en place.

· TIME (Titan Mare Explorer) comprend un atterrisseur devant se poser sur un lac. Projet du LPI (Lunar and Planetary Institute)

Encelade.

Évidemment la lune glacée la plus intéressante est Encelade.

En effet, Cassini y a découvert des phénomènes intéressants. Le pôle Sud est marqué par ce que l’on a appelé des griffures de tigre (tiger stripes en anglais). Par ces griffures des geysers d’eau salée s’échappent dans l’espace.

Cassini est passé plusieurs fois dans ce panache et en a déduit sa composition que vous voyez sur la slide ci-contre. Elle est similaire à celle des comètes d’après les spécialistes.

C’est l’instrument INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer) de la sonde qui a effectué les mesures.

Le graphique montre les différentes proportions en %, les crochets blancs indiquent les proportions dans les comètes. On a mis au jour notamment des molécules organiques complexes.

C’est la première détection directe de tels organiques complexes sur un monde extraterrestre !

Illustration : activité hydrothermale au niveau du noyau et la montée des bulles.

À gauche l’intérieur d’Encelade avec une couche de glace plus fine dans la région du pôle Sud (encadré). Sous celle-ci un océan d’eau liquide.

L’eau, en contact avec le noyau rocheux se réchauffe, car le noyau est chauffé par effet de marée avec Saturne. Des cheminées hydrothermales se forment laissant ainsi pénétrer l’eau chaude dans l’océan. (Image centrale). Des molécules organiques complexes emprisonnées dans des bulles sont entrainées vers la surface. Arrivées en surface, ces bulles éclatent (image de droite) et dispersent les molécules qui se couvrent de glace. Celles-ci sont détectées par les instruments de Cassini. Crédits : ESA; F. Postberg et al (2018)

On a même trouvé de l’Hydrogène moléculaire dans les geysers d’Encelade. Ce serait un signe que l’eau contenue à l’intérieur réagirait avec le manteau rocheux, comme sur Terre.

Un monde aussi définitivement habitable.

EN CONCLUSION.