Les six images montrant en fausses couleurs la surface de Titan en infrarouge. © Nasa/ESA

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Titan : Cassini livre la carte la plus précise de sa surface

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Des prises de vues dans l'infrarouge étalées sur les 13 années de la mission Cassini ont été combinées. Elles fournissent en six images des cartes précises de la surface de Titan, malgré son épaisse atmosphère d'azote.

Cassini a disparu dans les couches raréfiées ou denses de l'atmosphère de Saturne et le module Huygens sera peut-être un jour récupéré par des colons du Système solaire pour rejoindre un musée de l'histoire de l'astronautique sur Terre. Mais en attendant, leurs héritages sont bien vivants et les planétologues continuent d'analyser et d'utiliser les données que ces machines nous ont livrées.

Nous en avons un bon exemple avec les six images mises en ligne par la Nasa montrant en fausses couleurs la topographie de la surface de Titan, la mythique lune de Saturne qui faisait rêver l'exobiologiste Carl Sagan. Elles sont le produit des algorithmes de traitement des données prises dans l'infrarouge par l'instrument Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) au cours des 13 années de vie de Cassini en orbite autour de Saturne. Elles sont donc la combinaison de photographies prises sous différents angles et dans des conditions de luminosité variée.

Des lacs de méthane, un hexagone de gaz autour du pôle Nord, des lunes aux formes étranges… C’est un monde presque surnaturel qui s’est révélé grâce à la sonde Cassini, qui a orbité autour de Saturne entre 2004 et 2017. © Cnes

De Cassini à TSSM ?

Tout comme les ondes du radar de Cassini, le rayonnement infrarouge a le pouvoir de traverser les brumes d'hydrocarbures orangées et l'épaisse atmosphère principalement composée d'azote de Titan. La transparence dans cette bande de longueurs d'onde est nettement plus élevée que dans le visible où la diffusion par les aérosols de la haute atmosphère de Titan est beaucoup plus forte, empêchant de distinguer les détails de la surface de la lune de Saturne.

Les images fournies par VIMS confirment ce que les images radar avaient révélé, à savoir une surface complexe, arborant une myriade de caractéristiques géologiques. Nous n'aurons pas de meilleures cartes de cette surface avant l'arrivée d'une nouvelle sonde dédiée à l'étude de Titan, du genre de la Titan Saturn System Mission(TSSM).

  • Composée à plus de 95 % d'azote et à quelques pourcents de méthane puis de traces d'autres hydrocarbures, l'atmosphère de Titan est opaque au rayonnement visible à cause des aérosols qui colorent sa haute atmosphère en orange.
  • Cela n'a pas empêché l’instrument Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), au cours des 13 années de vie de Cassini en orbite autour de Saturne, de pouvoir prendre des images de la surface de Titan grâce aux infrarouges aptes à pénétrer cette atmosphère. Ces images ont été combinées pour donner une carte précise de la surface de Titan en fausses couleurs.
Pour en savoir plus

Cassini : première carte globale de l’atmosphère de Titan

Article de Jean Etienne publié le 05/06/2009

L'étude de la climatologie de Titan, seul satellite du Système solaire à posséder une atmosphère dense, permettra de mieux comprendre comment fonctionne une atmosphère planétaire, y compris celle de la Terre.

La première carte globale de la couverture nuageuse de Titan vient d'être publiée dans Nature du 4 juin 2009 par des chercheurs des laboratoires AIM (CEA, INSU-CNRS, Université Paris Diderot) LPGN (INSU-CNRS, Université de Nantes), et GSMA (CNRS, Université de Reims), associés à l'équipe scientifique de l'instrument VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer) à bord de la mission Cassini-Huygens.

Comme sur Terre, la météorologie de Titan se base sur un cycle composé de trois étapes essentielles : évaporation depuis les lacs sous l'effet de la chaleur, formation et circulation de masses nuageuses, et précipitations. Comme la Terre aussi, Titan subit l'influence de saisons nettement marquées en raison de l'inclinaison de 27° de son axe de rotation. Mais les similitudes s'arrêtent là, car le rôle de l'eau y est joué par le méthane (et dans une moindre mesure par l'éthane), et l'année de Titan durant 29 ans, ce sont des saisons de 7 années terrestres qui rythment son existence.

Depuis l'arrivée en orbite de la sonde Cassini-Huygens autour de Saturne, Titan a été régulièrement survolée et scrutée au moyen de l'instrument VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer), qui a permis d'assurer le suivi de son atmosphère et de ses formations nuageuses depuis 2004 jusqu'à ce jour. Une analyse très détaillée a été effectuée sur la période 2004-2007, qui a permis de conformer le seul modèle climatique prédisant la distribution nuageuse de Titan, avec quelquefois quelques nuances.

Cartes nuageuses établies par VIMS durant la période juillet 2004 - décembre 2007. Les nuages se répartissent en trois zones bien distinctes, autour des deux régions polaires, et sur une bande centrée autour de la latitude 40°S. La carte de fond a été réalisée par l'instrument VIMS de Cassini. Crédit : Nasa/JPL/Université d'Arizona/Université de Nantes

Une climatologie presque terrestre, mais complexe

Si le schéma général d'évaporation-précipitation depuis les multiples lacs de méthane est bien confirmé, la circulation atmosphérique globale de Titan joue aussi un rôle primordial. Dans l'hémisphère correspondant à la saison d'été, les nuages se forment essentiellement à proximité du pôle, et autour des 40° de latitude, provoqués par le réchauffement du méthane liquide formant les lacs. Puis cet air chargé de méthane gazeux est entraîné par la circulation atmosphérique générale, conduisant à la formation de nuages de condensation à des latitudes et des altitudes bien déterminées.

L'hémisphère d'hiver se couvre aussi de formations nuageuses, mais d'une nature différente. La circulation d'air y est en effet descendante au-delà des 60° de latitude, et apporte de façon continue de l'éthane depuis les plus hautes altitudes. Celui-ci se condense et forme des nuages de plus basse altitude, au niveau des régions les plus froides.

Le lac Ontario sur Titan, vu par Cassini lors de son 38e survol en décembre 2007. Le méthane qui s’en évapore durant l’été contribue à la couverture nuageuse du satellite. Source Nasa/Esa

Les observations effectuées tout au long de la période 2004 à 2007 ont permis de confirmer ce modèle climatique, aussi bien sur la période d'hiver (alors hémisphère nord) que d'été (hémisphère sud). En revanche, si la répartition et la circulation des masses nuageuses sont à présent bien comprises, ce n'est pas le cas pour leur évolution dans le temps.

Les prédictions de l'évolution du climat liée au changement de saison pronostiquaient la disparition des nuages de l'hémisphère sud, soit entre le pôle et 40° de latitude, suite au basculement de saison autour de l'équinoxe, puis leur apparition dans l'hémisphère opposé. Selon les modèles, ces nuages auraient dû commencer à disparaître progressivement depuis 2005, à l'approche de la saison d'automne, plus froide et aride.

Or, les astronomes constatent que les nuages de l'hémisphère sud continuaient à apparaître de façon régulière au cours de l'année 2007, signe d'un été beaucoup plus tardif que prévu, anormalement chaud et humide. Du moins selon les prévisions.

Nuage imagé par VIMS le 26 mars 2007 lors d'un survol de Titan par Cassini (on observe encore l'activité nuageuse au pôle Sud alors que l'on s'attendrait à la voir disparaître). Crédit : Nasa/JPL/Université d’Arizona/Université de Nantes

La cause de ce qui pourrait être considéré comme un dérèglement climatique, mais qui n'est probablement qu'un processus naturel, n'est pas encore identifiée. Elle serait peut-être liée à une inertie du système climatique de Titan plus importante que prévu, elle-même provoquée par un sol restant chaud suffisamment longtemps pour continuer à évaporer le méthane des lacs alors que l'éclairement du Soleil se réduit.

Cassini, dont on espère qu'elle pourra rester opérationnelle jusqu'en 2017, poursuit ses observations. Les données transmises par l'instrument VIMS s'avéreront cruciales, car elles permettront de suivre dans le détail le processus de basculement des saisons sur Titan, qui est en train de se produire en ce moment même.

La connaissance de l'évolution de la couverture nuageuse de Titan au cours d'un changement saisonnier rapide permettra de mieux modéliser ce processus et d'obtenir une meilleure compréhension de la dynamique d'une atmosphère planétaire, et par comparaison, de celle de la Terre.

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