Une vue d'artiste de la surface de Titan. © Vadimsadovski, Adobe Stock
Sciences

Cassini aurait détecté des pluies de méthane sur Titan

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[EN VIDÉO] Survolez Titan et ses lacs d'hydrocarbures !  Titan, un des satellites de Saturne, est recouvert de lacs d'hydrocarbures dont le plus grand, Kraken Mare, mesure plus de 1.000 km. Les données visibles dans cette vidéo proviennent du radar de la sonde Cassini. Elles ont été collectées lors de son exploration autour de la planète. 

Titan est le seul monde du Système solaire, en dehors de la Terre, où l'on sait que des écoulements de liquides, en l'occurrence des hydrocarbures, forment des lacs et des rivières à sa surface. Les données de la mission Cassini soutiennent à nouveau l'hypothèse qu'il s'y produit aussi des chutes de pluies mais, là aussi, avec des gouttes formées non pas d'eau mais de méthane.

Il y a un peu plus de 350 ans, en mars 1655, l'astronome physicien et mathématicien néerlandais, Christiaan Huygens, faisait la découverte de Titan, la principale lune de Saturne. Quelques siècles plus tard, le 3 septembre 1979, la première sonde spatiale à atteindre Titan a été Pioneer 11, de la Nasa, puis au cours des quelques années qui vont suivre, ce fut le tour des sondes Voyager.

Les données collectées par ces sondes allaient fasciner les exobiologistes, en particulier Carl Sagan. Elles montraient que l'atmosphère orangée de Titan, composée à plus de 95 % d'azote et à quelques pourcents de méthane, puis de traces d'autres hydrocarbures, ressemblait probablement à celle de la Terre primitive, mais mise au congélateur. La température moyenne à sa surface est trop froide (-180 °C) pour que l'eau liquide puisse y exister, mais pas assez pour qu'elle ne soit pas le lieu de réactions photochimiques complexes et intéressantes.

Il n'est donc pas étonnant qu'une mission ait été largement consacrée à l'étude de Titan à la fin du XXe siècle, celle rendue possible par la sonde Cassini, porteuse du module Huygens, qui s'est y posée, photographiant des équivalents des roches terrestres mais, en réalité, constituées par de la glace d'eau.

Titan est un monde potentiellement riche en promesses pour l'exobiologie. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa

L'héritage de Cassini est bien vivant

Cassini, de son côté, va effecteur plus de 127 survols de Titan, y repérant des étendues liquides constituées par des hydrocarbures comme le méthane (CH4) ou l'éthane (C2H6). Ligeia Mare, une « mer » de Titan, semble essentiellement composée de méthane. Large d'environ 500 kilomètres et profonde de 200 mètres par endroits, elle possède un fond probablement recouvert d'une couche épaisse de plusieurs dizaines de mètres où se seraient accumulés des composés organiques insolubles, tels des nitriles, benzènes et les fameux tholins de Carl Sagan.

Hélas, le lundi 11 septembre 2017, Cassini a fait son dernier survol de Titan, à 119.049 kilomètres de sa surface, avant de finir, comme prévu, en se désintégrant à toute vitesse dans l'atmosphère de Saturne. La sonde avait quasiment épuisé son carburant et le peu qui restait avait été utilisé pour la détruire afin d'éviter une éventuelle contamination de Titan par des formes de vie microscopiques venant de la Terre qui auraient pu avoir survécu au voyage et dont on ne voulait pas qu'elles biaisent de futures expéditions sur Titan afin d'y percer des secrets sur l'origine de la Vie.

Mais, quatre ans plus tard, l'héritage de Cassini est bien vivant comme le prouve une publication dans Geophysical Research Letters. Des planétologues, comme Rajani Dhingra, postdoctorante de la Nasa au Jet Propulsion Laboratory du California Institute of Technology et auteure principale de la nouvelle étude, y annoncent qu'ils ont de nouvelles indications concernant les phénomènes météorologiques dans l'atmosphère de Titan. On le soupçonnait depuis un moment et on avait déjà des éléments le suggérant mais les données de Cassini nous indiquent qu'il semble bel et bien exister des pluies de méthane sur Titan.

La mission la mission Dragonfly  devrait révolutionner notre vision de Titan. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa’s Goddard Space Flight Center/Johns Hopkins APL

Une météorologie encore un peu mystérieuse

Déjà, en 2019, Dhingra et ses collègues avaient attiré l'attention sur des données collectées par l'instrument Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) de Cassini qui montraient un brusque et éphémère changement local de la réflectivité de la surface de Titan. Il était possible de l'interpréter comme résultant de la formation d'une surface mouillée après l'occurrence de pluies mais, bien sûr, pas d'eau étant donné la température de Titan. Mais, pour consolider cette hypothèse, il fallait mesurer également, et en association, localement un brusque changement de température tout aussi transitoire. Hélas, les données d'un autre instrument de Cassini à ce sujet, le Composite Infrared Spectrometer (CIRS), étaient trop « bruitées » pour permettre d'aboutir à un résultat crédible.

Nullement découragés, les chercheurs se sont donc plongés dans les archives de Cassini pour découvrir qu'en juillet 2016, le 25 précisément, VIMS avait également mesuré un événement similaire. Mais cette fois-ci, les données du CIRS permettaient d'en déduire qu'une chute de température d'environ 1,2 kelvin s'était bien produite, sur le lieu de la surface montrant une brusque augmentation de la réflectivité de la lumière solaire.

« Nous avons eu la chance d'avoir ces spectres et de voir une différence de température perceptible en un seul survol et en une seule journée sur Titan, donc nous avons probablement pour la première fois été témoins d'un changement dans la météo sur Titan », explique Dhingra.

Toutefois, la chercheuse et ses collègues ne sont pas certains que la pluie, vraisemblablement de méthane, qui s'est produite ce jour-là sur Titan soit bel et bien tombée sur son sol. Avant de rejoindre les rivières et les lacs de Titan, les gouttes de méthane auraient pu subir un changement de phase et se transformer en une brume réfléchissante juste au-dessus de la surface de Titan.

La prudence s'impose tout de même car, au lieu de pluies, des nuages ou la formation d'une couche de glace pourraient aussi expliquer les changements de réflectivité du sol. Pour vraiment en avoir le cœur net, il faut attendre la mission Dragonfly de la Nasa qui sera lancée en 2026 et atterrira sur la surface de Titan en 2034.

Pour en savoir plus

Au printemps, il pleut du méthane sur Titan

Article de Jean-Baptiste Feldmann publié le 26/03/2011

Le passionnant satellite de Saturne doté d'une atmosphère a révélé aux caméras de la sonde Cassini la marque laissée par de fortes pluies, alors que Titan connaît actuellement le printemps dans son hémisphère nord.

Dans le Système solaireSaturne tient une place à part. Bien sûr on pense d'abord au système complexe d'anneaux qui enserrent la géante gazeuse et la rendent si fascinante à observer même dans de petits télescopes. Mais on ne peut oublier Titan, l'un des membres de la nombreuse famille de satellites (une soixantaine !) qui complètent ce monde merveilleux. Cas unique dans le Système solaire, Titan, un satellite glacé de 5.000 kilomètres de diamètre, est entouré d'une épaisse atmosphère qui fut découverte dans les années 1940 par l'astronome américain Gerard Kuiper.

Des chercheurs ont montré que des molécules organiques complexes comme des acides aminés pouvaient se former sans apport d'eau liquide dans les plus hautes couches de cette atmosphère, un milieu purement gazeux. De quoi ouvrir d'intéressantes perspectives en exobiologie pour envisager l'émergence de la vie sur Terre. D'autres études ont également suggéré la présence de ces acides aminés à la surface même de Titan en faisant intervenir des coulées d'eau et d'ammoniac au cours d'épisodes de cryovolcanisme.

Des pluies de saison sur Titan

L'atmosphère du satellite, composée pour l'essentiel d'azote (environ 98 %) avec ensuite du méthane et des traces d'éthane, a révélé un cycle météorologique assez similaire à ce que nous connaissons sur notre planète : les lacs chauffés s'évaporent et forment des nuages qui précipitent ensuite, le méthane jouant sur Titan le rôle de l'eau sur Terre. Les observations menées par la sonde Cassini depuis plusieurs années couplées à des simulations ont permis de mieux comprendre la circulation atmosphérique sur le satellite de Saturne. Chaque saison (qui dure 7 ans) voit la formation de nuages de méthane dans l'hémisphère le plus chaud. Ce fut le cas pour l'hémisphère sud de Titan, qui a connu l'été jusqu'à l'équinoxe de 2009. Depuis, ces nuages se dirigeaient vers la ceinture équatoriale pendant que l'hémisphère nord se réchauffait lentement en raison du printemps.

Fin 2010 les responsables de la sonde Cassini ont eu la surprise de découvrir de grandes zones sombres jusque-là inexistantes au niveau de l'équateur. Elles faisaient suite à une énorme tempête qui s'était formée quelques semaines plus tôt. Ces zones ont été interprétées comme de nouveaux lacs de méthane apparus dans une région normalement aride, suite à d'importantes pluies, alors que jusque-là de tels lacs n'avaient été observés qu'aux latitudes polaires. Les planétologues avaient déjà remarqué dans les régions équatoriales des ravines et autres chenaux qui trahissaient des écoulements liquides colossaux. Mais jusqu'à maintenant ils ne savaient pas s'il s'agissait de vestiges d'un passé humide révolu ou si des précipitations se produisaient encore.

C'est la première fois que des observations confirment l'hypothèse de pluies de méthane dans la zone équatoriale de Titan, où les cycles météorologiques continuent de modifier le sol du satellite.       

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