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Titan, lune de Saturne, ressemble curieusement au lointain nuage de Oort

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Titan, cette grande lune de Saturne, se serait formée voici 4,6 milliards d'années à partir des constituants qui, aujourd'hui encore, composent le nuage de Oort, aux confins du Système solaire. C'est ce que déduit une équipe de chercheurs franco-américains des mesures du rapport isotopique de l'azote dans son atmosphère.

Portrait de Titan, plus grande lune de Saturne, capturée par la sonde spatiale Cassini à environ 190.000 km de distance le 30 janvier 2012. Épaisse de plus de 600 km, son atmosphère abonde en azote dont le rapport isotopique suggère une origine commune aux éléments qui peuplent le lointain nuage de Oort. © Nasa, JPL-Caltech, Space Science Institute

C'est connu, les planètes sont les « enfants du Soleil » (dixit André Brahic) et il est couramment admis qu'à leur tour, les satellites naturels se sont formés après le corps massif autour duquel ils gravitent. Le premier cas qui vient à l'esprit est bien sûr notre Lune, laquelle, à priori, est née de la collision de Theia (planétoïde de la taille de Mars) avec la Terre primitive voici plus de 4,5 milliards d'années. Plus récemment, on peut citer le cas inattendu d'un embryon lunaire observé en direct dans le giron de Saturne, en marge de ses célèbres anneaux... Une découverte que les astronomes doivent à la mission Cassini, laquelle fêtera ce 30 juin 2014 ses 10 ans d'exploration de la planète géante !

Aussi, très intéressée par les origines de Titan (5.150 km de diamètre) — le plus grand des satellites naturels de Saturne, généralement qualifié de « terre primitive mise au congélateur » — une équipe de chercheurs qui a mené l'enquête (publiée dans The Astrophysical Journal Letters) considère désormais que sa formation fut en réalité indépendante de sa planète parente...

Pour en arriver à cette conclusion, Kathleen Mandt (Institut de recherche du Sud-Ouest à San Antonio, Texas) et son équipe (Olivier Mousis et Daniel Gautier, du CNRS) ont recherché des traces des constituants primaires de Titan — susceptibles de témoigner des conditions qui régnaient lors de sa formation voici environ 4,6 milliards d'années — dans son épaisse atmosphère. Leur enquête les a conduits à s'intéresser principalement à l'azote qui y abonde (environ 99 % pour Titan et 78 % dans l'atmosphère terrestre) et le rapport isotopique entre l'azote-14 (constitué de 7 protons et de 7 neutrons) et l'azote-15 (7 protons et 8 neutrons).

Sur les images radar prises par Cassini le 20 juillet 2013, une île est mystérieusement apparue à la surface de Ligeia Mare, la deuxième plus grande étendue de méthane liquide de Titan. Disparue par la suite, elle fut surnommée l’« île magique » et pourraient être le produit de perturbations saisonnières, selon l’équipe d’astronomes qui mène l’enquête. © Nasa, JPL-Caltech, Asi, Cornell University, Ian O’Neill

Des origines communes avec le nuage de Oort

À leur grande surprise, ce rapport n'a pas vraiment eu le temps de changer depuis les origines. « L'atmosphère de Titan contient tellement d'azote qu'aucun processus ne peut modifier significativement ce traceur sur la période supérieure aux 4 milliards d'années qui couvrent l'histoire du Système solaire » a résumé l'auteure de l'étude.

En comparant les variations de ces deux formes de l'azote dans l'atmosphère de Titan avec celles connues d'autres corps du Système solaire, les scientifiques sont remontés jusqu'au nuage de Oort. Cette vaste nuée de poussières et de planétésimaux, jadis présents au cœur de la nébuleuse primitive qui vit naître notre Soleil, est aujourd'hui remisée aux confins du Système solaire. Des centaines de milliers de débris — autant de comètes (à longues périodes) potentielles — conservent quasiment intacte la mémoire du chaudron des origines. Le rapport isotopique permet aux chercheurs de faire la distinction avec les planètes et autres objets de la ceinture de Kuiper, plus proches de nous (entre 30 et 55 unités astronomiques), qui affichent d'autres valeurs. Ainsi, Titan n'aurait vraisemblablement pas accompagné la naissance de Saturne comme cela a pu être envisagé.

Cependant, pour les chercheurs, le meilleur moyen d'évaluer la pertinence de leurs mesures serait de les confronter au rapport isotopique d'une comète. Par bonheur, la sonde spatiale Rosetta a rendez-vous avant la fin de cette année avec la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, ce qui leur offre une belle opportunité pour recueillir in situ de précieuses informations sur nos origines. Si leur scénario est correct, cette comète issue de la ceinture de Kuiper devrait posséder un rapport moindre entre deux isotopes de l'hydrogène que la valeur mesurée pour Titan. Si cela se vérifie, la parenté de la lune de Saturne avec les blocs de glace errant dans le nuage de Oort serait renforcée.

Enfin, l'équipe rappelle que ces recherches concernent également notre planète pour laquelle les scientifiques peinent à déterminer les sources de l'azote. « Certains ont suggéré que les météorites avaient apporté l'azote sur Terre ou encore que l'azote fut directement prélevé dans le disque de gaz qui a formé le Soleil. » La question n'est pas encore tranchée et cela représente « un puzzle intéressant pour de futures enquêtes ». Quoi qu'il en soit, ses origines ne sont pas les mêmes que pour Titan.