Une photographie de la surface d'Europe prise par la sonde Galileo. © Nasa

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L'océan d'Europe chauffe à cause des forces magnétiques et de marée de Jupiter

ActualitéClassé sous :Astronomie , europe , Io

Plongé dans le champ magnétique variable de Jupiter du fait de la rotation de la géante gazeuse, l'océan de sa lune Europe serait le siège de courants induits. Ces courants le chaufferaient particulièrement aux pôles et seraient associés à l'équivalent du Gulf Stream, à l'équateur, sous la banquise d'Europe.

La multiplication des découvertes d'exoplanètes potentiellement habitables dans la Voie lactée laisse fortement penser que la vie est un phénomène très largement répandu dans notre Galaxie. On ne peut toujours rien dire quant à l'occurrence de formes de vie intelligentes, même si les membres du Seti sont plus que jamais à la recherche d'éventuelles technosignatures. Nous allons toutefois bientôt disposer d'instruments qui devraient nous permettre, en théorie du moins, de détecter des biosignatures dans les atmosphères des exoplanètes.

Il faut bien avouer là aussi que la réussite de l'entreprise n'a rien d'évident car la notion même de biosignature est problématique, et qu'une extrême prudence s'impose donc, comme l'avait expliqué à Futura l'astrophyscicien Franck Selsis. On peut penser que l'exobiologie ne fera vraiment sa révolution que si l'on trouve des traces de vie dans le Système solaire. À cet égard, l'étude détaillée d'Europe, la lune glacée de Jupiter, est prometteuse même si certains font valoir, avec raison, que le taux de radiation est nettement plus supportable pour des sondes dans le cas d'Encelade, la lune glacée de Saturne qui semble également prometteuse. Les deux astres sont en effet recouverts par une banquise sous laquelle existe un océan global.

Celui d'Europe est très probablement chauffé par les forces de marée de Jupiter et quelques autres de ces satellites principaux, comme c'est le cas pour Io, la lune volcanique de Jupiter. Arthur Clarke a popularisé l'idée que dans cet océan le volcanisme a sans doute produit des sources hydrothermales dont on sait qu'elles sont accueillantes pour la vie sur Terre, et qu'il est bien possible qu'elle y soit née il y a plus de 3,5 milliards d'années.

La mission Juice, qui va explorer le système satellitaire de Jupiter, commencera en 2022. Dans la mythologie, Jupiter était considéré comme le Dieu du ciel. Et c'est un peu le cas dans la réalité. Le plus grand corps céleste dans le Système solaire a tout pour être le roi de notre système planétaire. La mission de l'Agence spatiale européenne Juice fournira l'étude la plus complète de cette planète géante, et, en particulier, de ses lunes, censées cacher des zones habitables sous leurs croûtes glacières. Jupiter est plus de onze fois plus grosse que la Terre, mais elle est essentiellement composée de gaz. © European Space Agency, ESA

Un océan salé avec des phénomènes magnétohydrodynamiques

Deux chercheurs français, Christophe Gissinger de l'École Normale Supérieure et Ludovic Petitdemange du Laboratoire de physique de l'ENS (LPENS, ENS/CNRS/Sorbonne Université/Université Paris-Diderot) et du Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Lerma, Observatoire de Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Cergy-Pontoise) viennent de publier un article dans Nature Astronomy qui apporte des éléments nouveaux pour la modélisation de l'environnement dans l'océan d'Europe. L'article est en accès libre sur arXiv.

Les deux physiciens ont conduit des simulations numériques en se basant sur les observations de la sonde Galileo qui, avant Juno, avait commencé à cartographier le champ magnétique de Jupiter. Il était clairement affecté au voisinage d'Europe et ce d'une façon telle qu'il fallait en déduire que son océan était salé et donc conducteur de l'électricité.

Or, il se trouve que Jupiter tourne très vite sur elle-même, une dizaine d'heures environ, et que son axe magnétique est incliné d'environ 10° par rapport à son axe de rotation, lequel est presque perpendiculaire au plan orbital d'Europe. Il en découle que le champ magnétique de Jupiter est rapidement variable dans l'océan d'Europe et qu'il s'y produit donc par induction des courants électriques.

Ces courants ont deux conséquences. La première est qu'ils dissipent de l'énergie sous forme de chaleur et la deuxième est qu'ils vont subir des forces de Laplace par couplage avec la magnétosphère de Jupiter.

Comme les deux planétologues l'expliquent en premier lieu dans leur article, les simulations numériques conduites en tenant compte de ces forces magnétiques ont révélé l'existence de l'équivalent du Gulf Stream sur Terre, en l'occurrence un grand courant océanique situé à l'équateur sous la banquise d'Europe et animé d'une vitesse de l'ordre de quelques centimètres par seconde (tout de même deux ordres de grandeur en dessous de la vitesse du Gulf Stream terrestre), toujours orienté dans la même direction, à savoir vers l'ouest.

On montre alors que ce courant doit provoquer des contraintes mécaniques sous la banquise et que les forces et les couples en jeu pourraient contribuer à expliquer la formation encore mystérieuse des fissures observées à la surface d'Europe.

En second lieu, les chercheurs ont montré que la dissipation ohmique de la chaleur des courants induits est la plus forte au niveau des pôles d'Europe, précisément là où depuis quelque temps ont été détectés des geysers. Bien que la production de chaleur à l'intérieur d'Europe soit majoritairement due aux forces de marée (sans oublier la désintégration du stock d'éléments radioactifs comme sur Terre), comme l'expliquait le précédent article de Futura ci-dessous, le champ magnétique de Jupiter apporterait donc quand même une contribution significative.

Nous pouvons raisonnablement penser que des effets magnétiques similaires se produisent aussi dans les autres lunes glacées autour de Jupiter, à savoir Ganymède et Callisto où la présence d'océans est suspectée. Nous devrions en savoir plus avec les missions futures telles que Juice et Europa Clipper.

  • Tout comme dans le cas d'Io, Europe, la lune glacée de Jupiter recouverte par une banquise, est soumise aux forces de marée de Jupiter.
  • Ces forces provoquent un important dégagement de chaleur qui maintient un océan liquide sous la banquise et produit peut-être des sources hydrothermales favorables à la vie.
  • L'océan d'Europe est salé et conducteur, ce qui permet à des champs magnétiques variables produits par la rotation de Jupiter, en une dizaine d'heures, de créer des courants ohmiques dissipant de la chaleur et sujets aux forces magnétiques.
  • Ces forces seraient à l'origine d'un fort courant équatorial similaire au Gulf Stream, courant provoquant des contraintes à l'origine des fissures observées sur Europe.
  • La dissipation de chaleur étant plus importante aux pôles, toujours selon les simulations numériques, cela rendrait compte des geysers observés.
Pour en savoir plus

Les marées, principale source de chaleur de l'océan d'Europe ?

Article de Laurent Sacco publié le 31/12/2008

Europe, lune de Jupiter, fascine les exobiologistes et les planétologues depuis la découverte de la banquise qui en recouvre la surface. D'après une publication de Nature, l'océan qui devrait être présent sous la couche de glace pourrait être chauffé par les forces de marée de Jupiter.

Lorsque les sondes Voyager se sont approchées de Io, une des lunes de Jupiter, les planétologues ont découvert son activité volcanique et n'ont d'ailleurs pas tarder à observer une véritable éruption. Cela n'aurait pas dû les surprendre car quelque temps auparavant, certains d'entre eux, se basant sur les forces de marée exercées par Jupiter et ses autres lunes proches, avaient calculé que le malaxage de Io par les forces de gravitation devait dégager suffisamment de chaleur pour fondre une partie importante de cette lune.

Cliquez pour agrandir. Deux vues de la surface d'Europe. © Nasa

Les photos d'une autre lune de Jupiter, Europe, allaient révéler une surface glacée et jeune, car très peu cratérisée, ressemblant fortement à une banquise et parcourue par d’impressionnantes failles. Clairement, il devait s'agir d'un immense océan recouvrant la planète dont la surface gelée devait subir des mouvements analogues à ceux observés sur Terre. Les spéculations ne tardèrent pas car, même si les forces de marée devaient être moins importantes sur Europe que sur Io, il était probable qu'un volcanisme actif devait exister au fond de cet océan. Or, sur Terre, un tel volcanisme donne lieu aux fameuses sources hydrothermales connues sous les noms de fumeurs noirs et de fumeurs blancs, comme celles que l'on peut observer sur le site de la Cité perdue.

Cliquez pour agrandir. Un zoom sur la surface fracturée d'Europe ressemblant à la banquise. © Nasa

Cela est évidemment très excitant pour un exobiologiste car non seulement on a découvert autour des sources hydrothermales terrestres une vie abondante capable de prospérer dans des conditions de pression, de température et d'acidité impensables auparavant, mais certains biologistes pensent même que la vie a pu apparaître sur Terre dans des conditions similaires. Il devenait donc tentant de transposer ce scénario sur Europe et c'est ce que fit Arthur C. Clarke dans son roman 2010, adapté au cinéma par Peter Hyams.

La surface de la banquise d'Europe étant jeune et parcourue par des failles importantes, de l'eau liquide doit périodiquement remonter à sa surface avant de geler rapidement et on devrait donc pouvoir pénétrer dans l'océan d'Europe, à moins que l'épaisseur de la glace ne dépasse plusieurs dizaines de kilomètres, comme le pensent certains.

Cliquez pour agrandir. Un modèle de l'intérieur d'Europe. Sur ce corps majoritairement rocheux, la chaleur dégagée par les forces de marée pourraient être produite essentiellement au niveau de son océan fluide. © Nasa

Si l'on en croit une publication récente dans Nature de Robert Tyler, un océanographe membre de l'Applied Physics Laboratory de l'université de Washington, l'exploration de l'océan d'Europe pourrait être plus facile que ce que l'on imaginait jusqu'à maintenant.

En effet, l'inclinaison de l'axe d'Europe par rapport au plan de son orbite n'est pas vraiment connue et elle pourrait être élevée, peut-être 0,1 degré, ce qui serait suffisant d'après Tyler pour générer des courants de marée se déplaçant à 10 cm/s. Dans cette hypothèse, les simples forces de marée dans l'océan d'Europe pourraient y générer de cent à mille fois plus de chaleur que dans la partie rocheuse de la planète. L'océan y serait donc beaucoup plus actif et plus chaud ce qui, bien sûr, conduirait à des révisions à la baisse de l'épaisseur de la couche de glace recouvrant la partie liquide de l'océan d'Europe.

Quoiqu'il en soit, il existe déjà des projets de sous-marins équipés d'une source de chaleur nucléaire capable de leur permettre de traverser une épaisseur importante de glace pour rejoindre les abysses européens et leurs mystères.

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