Quelle peut bien être la composition de l'océan qui coule sous la glace d’Europe, le satellite naturel de Jupiter ? Depuis des années, les astronomes s'interrogent. Des chercheurs du Caltech (California Institute of Technology, États-Unis) ont mené une analyse spectrale inédite de la lumière visible renvoyée par cette lune. Et ils ont découvert que la couleur jaune que l'on observe sur certaines parties de la surface d'Europe est due à la présence de chlorure de sodium (NaCl). Du sel de table, en d'autres termes.

Les survols d'Europe par Voyager et Galileo avaient mené les chercheurs à conclure que la lune de Jupiter était couverte d'une couche de glace sous laquelle se dissimulait une couche d'eau liquide. Le spectromètre infrarouge de Galileo avait même laissé penser que cette eau devait être riche en sulfate de magnésium (MgSO₄), aussi appelé sel d'Epsom.

Cependant, des données plus précises issues de l'observatoire W.M. Keck (Mauna Kea, Hawaï) avaient ensuite mis à mal ces conclusions. Des spectres de grande qualité des régions concernées ne présentaient en effet aucune absorption caractéristique de ces sels. « Nous avons alors pensé au chlorure de sodium », explique Mike Brown, astronome. Mais le chlorure de sodium rend habituellement un spectre particulièrement lisse et difficile à qualifier. Difficile donc de conclure. À moins que...

Analyser le spectre en lumière visible

En 2015, des chercheurs de la Nasa avaient soumis du sel à des conditions d'irradiation semblables à celles que subit Europe. Des électrons s'étaient retrouvés piégés dans la structure cristalline du chlorure de sodium. Faisant passer le sel de sa couleur blanche que nous lui connaissons à une teinte jaune ressemblant fortement à celle que l'on observe à la surface du satellite de Jupiter. Toutefois, un rapprochement de couleur ne peut suffire à conclure quant à la composition d'un océan.

Jusqu'alors, les astronomes s'étaient toujours intéressés aux spectres infrarouges. Car c'est à ces longueurs d'onde que les molécules recherchées à la surface des planètes exposent leurs principales caractéristiques. Cette fois, les chercheurs ont donc analysé des images prises par le télescope spatial Hubble dans le visible et ont pu identifier une absorption caractéristique du sel de table irradié à 450 nanomètres.

Ce chlorure de sodium pourrait aussi bien provenir d'une stratification de la couche de glace que de l'océan sous-marin d'Europe. Mais les chercheurs estiment que leurs résultats justifient au moins une réévaluation de la géochimie du satellite. « Si ce sel provient bien de l'océan d'Europe, ce dernier pourrait être plus semblable à ceux que nous avons sur Terre que nous ne le pensions. La présence de chlorure de sodium pourrait aussi indiquer que le fond océanique d'Europe est actif sur le plan hydrothermal. Dans ce cas, Europe deviendrait plus intéressant sur le plan géologique qu'on ne le pensait auparavant », conclut Samantha Trumbo, auteur principale de l'étude.

L'océan d'Europe, lune de Jupiter, est-il aussi salé que sur Terre ?

Des études en laboratoire pour tenter de reproduire la glace de la banquise d'Europe peuvent nous donner indirectement des renseignements sur la composition de l'océan global de la lune de Jupiter et sur son habitabilité pour des formes de vie. Des missions futures, comme Europa Clipper, devraient permettre de tester ces prédictions en analysant in situ la composition de cette glace.

Article de Laurent Sacco paru le 30/04/2019

Au début des années 1980, dans son fameux roman 2010 : Odyssée deux, Arthur Clarke, l'inventeur du concept de satellite géostationnaire, prenait déjà au sérieux l'idée que des formes de vie pouvaient peut-être exister dans l'océan sous la banquise d'Europe, la lune glacée de Jupiter. Il était inspiré par les résultats que l'on venait juste d'obtenir après le succès des missions Voyager 1 et 2 lors de leurs visites des autres lunes de Jupiter, en particulier avec la découverte du volcanisme de Io. Les premières images rapprochées de la banquise d'Europe avaient été obtenues. Et, en se basant sur celles des formes de vie au voisinage des sources hydrothermales dans les abysses découvertes au cours des années 1970, certains avaient en effet spéculé qu'il pourrait en exister de similaires dans l'océan d'Europe, avec un volcanisme provenant, comme dans le cas d'Io, des forces de marée du système jupitérien. C'est peut-être d'ailleurs ainsi que la vie sur Terre est née, dans les parois des cheminées de sources hydrothermales similaires pendant l'Hadéen ou au début de l'Archéen.

Les exobiologistes du XXI^e siècle sont de plus en plus convaincus que l'idée est raisonnable et qu'il serait du plus haut intérêt d'envoyer des missions pour regarder Europe d'un peu plus près, voire même d'essayer de faire pénétrer un engin dans cet océan. Cela n'est malheureusement pas sans poser un certain nombre de problèmes.

D'Europa Clipper à Europa Lander

Il faut savoir que le niveau de radiations au voisinage d'Europe est considérable, de sorte qu'une sonde devrait posséder une électronique particulièrement durcie, comme on dit dans le jargon, pour supporter ce niveau de rayonnement suffisamment longtemps pour espérer faire des découvertes en orbite autour d'Europe, voire en se posant carrément sur la surface de la lune. C'est d'ailleurs en partie pour cette raison que la mission Juice de l'ESA va plutôt étudier Ganymède et Callisto, qui possèdent elles aussi un océan souterrain, bien que moins spectaculaire, mais qui sont surtout exposées à bien moins de radiations. On ne connaît pas vraiment non plus l'épaisseur de la banquise d'Europe qui pourrait, peut-être, être trop importante pour assurer le succès d'une mission.

La Nasa développe néanmoins la mission Europa Clipper spécialement dédiée à l'étude d'Europe avec au moins plusieurs dizaines de survols en quelques années. La sonde devrait être lancée au début des années 2020. Un autre projet est étudié, Europa Lander, qui, comme son nom l'indique, consistera en prenant la suite d'Europa Clipper quelques années plus tard, à faire atterrir un module sur la surface de la banquise d'Europe.

Toujours est-il que dans les deux cas, les instruments des deux sondes devraient permettre d'analyser jusqu'à un certain point la composition de la glace en surface, à défaut de pouvoir vraiment envoyer un petit sous-marin sous la banquise d'Europe. S'il est sans doute trop optimiste d'y découvrir des biosignatures, par exemple de la chlorophylle comme dans l'adaptation sous forme de film de 2010, cette composition devrait nous permettre de poser des contraintes sur l'habitabilité de l'océan d'Europe.

Un océan acide ou alcalin ?

Comme Futura l'expliquait dans le précédent article ci-dessous, on se prépare à cette analyse en tentant de reproduire sur Terre, en laboratoire, les aspects et la composition possible de la glace d'Europe. L'une des dernières tentatives en date a fait l'objet d'un article dans le journal Icarus.

Les modèles de la formation des planètes telluriques dans le Système solaire nous permettent d'évaluer la composition de la partie rocheuse d'Europe, et en retour divers scénarios d'interaction entre l'eau de son océan et les roches qui peuvent s'y trouver. La cosmochimie nous dit alors que la chimie de cet océan doit être dominée par quatre espèces de composants ioniques : sodium (Na⁺), magnésium (Mg₂⁺), chlorures (Cl^-) et des sulfates (SO₄^2-). Ces ions sont capables d'interagir les uns avec les autres, formant une gamme de composés. C'est la concentration relative de leurs composés résultants qui aide à déterminer si l'océan d'Europe peut grouiller de vie ou au contraire ne contenir qu'une poignée d'extrêmophiles si, par exemple, son pH et sa salinité sont trop prononcés.

Les chercheurs ont donc étudié les types de glaces que l'on obtenait à partir de plusieurs mélanges possibles d'ions et ont ainsi dressé un tableau de correspondance entre ces types de glaces et les compositions possibles de l'océan d'Europe. Ainsi, une faible concentration en ions magnésium (Mg₂⁺) indiquerait un océan acide, alors qu'un niveau élevé indiquerait des eaux alcalines.

D'ici une dizaine d'années, nous pourrions donc au moins savoir si l'océan d'Europe ressemble ou non à ses cousins de la Planète bleue à défaut d'avoir une preuve qu'il recèle des formes de vie.

L’eau liquide d’Europe semblable à celle de nos océans

Article de Laurent Sacco publié le 21/05/2015

La composition chimique de l'océan d'Europe est probablement proche de celle des océans présents sur Terre. Du moins si l'on en croit des travaux conduits en laboratoire qui permettent de reproduire la couleur de la glace sur certaines parties de la banquise de la célèbre lune glacée de Jupiter. La probabilité d'y découvrir de la vie vient donc d'augmenter.

Plus on étudie le Système solaire, plus des opportunités de découvrir des informations importantes sur l'origine de la vie et son apparition ailleurs dans l'univers apparaissent. Avec Rosetta, l'Esa avait notamment l'ambition de découvrir l'origine de l'eau des océans de notre Planète ainsi que de préciser le rôle des comètes dans la chimie prébiotique de la Terre primitive. Les regards se tournent aussi en direction des lunes glacées de Jupiter et Saturne, en particulier Europe et Encelade.

Il ne fait pas de doute qu'il existe un océan d'eau liquide sous la banquise d'Europe. Cependant, bien des questions se posent quant à sa composition chimique exacte. Mieux la connaître permettrait de préciser les chances que des organismes rappelant ceux vivant autour des sources hydrothermales terrestres y soient apparus. La mission Galileo nous a permis de mieux connaître la surface d'Europe. Elle y a même révélé la présence d'argile tandis que le télescope Hubble a surpris des geysers géants s'en échappant transitoirement.

En 2013, un groupe de planétologues du California Institute of Technology (Caltech), où enseignait Richard Feynman, avait publié un article faisant état d'analyses spectroscopiques concernant la composition de la banquise d'Europe menée à l'aide de l'OH-Suppressing Infrared Integral Field Spectrograph (Osiris) équipant l'observatoire Keck au sommet du Mauna Kea (Hawaï, États-Unis). Mike Brown et Kevin Han en avaient conclu que l'océan d’Europe devait beaucoup ressembler à ses cousins sur Terre, plus précisément qu'il devait s'agir d'un océan salé par du chlorure de sodium. Toutefois, on ne pouvait pas écarter la possibilité qu'il en soit autrement : la composition chimique de cet océan pouvait tout aussi bien être dominée par d'autres minéraux contenant du soufre ou encore du magnésium.

Un siècle de radiations de Jupiter en quelques dizaines d'heures

Avec son collègue Curt Niebur, Kevin Hand vient cependant d'apporter un argument qui fait pencher la balance en faveur de la première hypothèse dans un article récemment publié dans Geophysical Research Letters et qui aurait sans doute plu à Arthur Clarke et Carl Sagan. Pour cela, les chercheurs ont tenté de déterminer la composition exacte des zébrures de couleur jaune-brun bien visibles à la surface de la banquise d'Europe et qui semblent provenir de l'éruption récente en surface de l'eau liquide de l'océan de la lune de Jupiter.

Les deux chercheurs sont partis de l'hypothèse que cette couleur provenait de la longue exposition des cristaux de chlorure de sodium dans la glace d'Europe aux flux d'électrons et d'ions qui frappent sa surface. Pour tester cette hypothèse, ils ont enfermé divers mélanges de sels et d'eau dans une chambre sous vide refroidie à basse température (- 173 °C) afin de reproduire les conditions régnantes à la surface d'Europe. Puis ils ont simulé une centaine d'années d'exposition aux électrons et aux ions présents dans la magnétosphère de Jupiter en quelques dizaines d'heures seulement à l'aide de faisceaux d'électrons fournis par un accélérateur.

Il s'est avéré que les cristaux de sel marin bien connus sur Terre et exposés à ce traitement prenaient effectivement une couleur jaune-brun et que la signature spectrale obtenue était très proche de celle observée avec les zébrures d'Europe. Enfin, plus la durée d'exposition aux radiations était importante, plus la couleur du sel devenait sombre. Selon Hand, cela laisse penser qu'il doit être possible de dater certaines des structures observées sur Europe à partir de leurs couleurs. Clairement, l'intérêt d'une mission spécifiquement destinée à l'étude d'Europe, ce qui n'est pas le cas de la mission Juice (la mission européenne vers Jupiter), ne fait que grandir.