
Astrophysique
© ESA Reconstitution du sol de Titan près du site d'« atitanissage ».
Les mystères de Titan se dissipent peu à peu. Plus d'un an après l'odyssée de la sonde Huygens, les scientifiques commencent en effet à percer les secrets de la lune de Saturne. En analysant une partie des données transmises par l'engin spatial avant et après son « atitanissage » du 14 janvier 2005, les chercheurs ont pu préciser 1 leurs théories sur l'atmosphère et la surface de cet étrange monde glacé.
Lancée le 15 octobre 1997, la mission Cassini-Huygens était destinée à étudier la sixième planète du système solaire et son satellite Titan, en particulier. Elle se composait d'un orbiteur (Cassini), fabriqué par la NASA, et d'une sonde mise au point par l'Agence spatiale européenne (ESA). Ce dernier engin, baptisé Huygens, avait pour vocation de pénétrer dans l'atmosphère de cette lune, de s'y poser et de réaliser des expériences au cours de cette phase de descente. Au final, la mission fera date dans l'histoire de la conquête spatiale. Le 14 janvier 2005 en effet, Huygens s'est acquittée de ses tâches avec une rigueur inespérée. Outre qu'il a fonctionné sans à-coups pendant les 2 heures 27 minutes de la descente, l'engin a continué à émettre depuis le sol, durant plus de trois heures. Seule une partie de la masse d'informations qu'il a envoyées a été décryptée, mais elle modifie déjà l'image que les planétologues se faisaient de l'énorme satellite de Saturne.
Première illustration : jusqu'à l'arrivée de Huygens, les astronomes ignoraient tout des paysages de cette curieuse planète. La responsable ? Une brume qui en cache la surface. En effet, l'« air titanien » est constitué pour l'essentiel d'azote et de méthane (CH4), à hauteur de quelques pour cent. Deux gaz qui, par l'intermédiaire de réactions photochimiques à haute altitude, produisent des composés organiques à l'origine de cette brume. Derrière celle-ci, trouverait-on des océans, des lacs, ou des rivières de méthane liquide ? Et si oui, ceux-ci seraient-ils produits par des pluies et par des orages ? Pour la première fois, les scientifiques ont pu aller chercher des réponses in situ.
Premier des six instruments équipant Huygens, Hasi (Huygens Atmospheric Structure Instrument) a ainsi mesuré les caractéristiques physiques de l'air au cours de la descente : « Ses relevés montrent que la température au sol est de – 179 °C, explique Athena Coustenis, chargée de recherche au Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Lesia) 2, à l'observatoire de Meudon. Cela signifie que les conditions climatiques sur Titan autorisent l'existence de méthane liquide et sa condensation dans la basse atmosphère. » « Toutefois, précise l'astrophysicienne, les détecteurs et les caméras de la sonde n'ont observé ni nuages de méthane, ni éclairs ou tonnerre 3. » Pas plus qu'ils n'ont aperçu de surfaces liquides : « Si elles ne montrent pas d'océans ou de lacs, les images de l'instrument DISR (Descent Imager / Spectral Radiomater) évoquent, en revanche, des canaux asséchés qui auraient pu être formés par l'écoulement de méthane liquide. »
La seconde découverte concerne la nature de la brume qui enveloppe Titan. Les scientifiques ont démontré qu'elle se compose d'aérosols. Grâce à l'instrument ACP (Aerosol Collector and Pyrolyser), les spécialistes ont pu comprendre que ces microscopiques particules solides descendent de la haute atmosphère où elles ont été créées (à partir de méthane et d'azote), à la manière d'une « pluie organique ». En s'accumulant sur le sol, elles pourraient y avoir formé une couche de « goudrons » d'une épaisseur d'un kilomètre ou plus. Quant à leur composition : « Les analyses d'ACP nous apprennent que ces aérosols sont faits de molécules organiques azotées assez complexes, explique Guy Israël, chercheur au Service d'aéronomie 4 à Verrières-le-Buisson. Cela excite beaucoup les exo-biologistes car ces substances, mises en présence d'eau liquide, forment naturellement des molécules prébiotiques : des précurseurs de la vie ! »
Cependant, si les découvertes d'ACP permettent de répondre à certaines questions des chercheurs, elles en laissent d'autres ouvertes. Ainsi, leurs calculs démontrent qu'en l'absence d'autres sources pour le remplacer et au rythme où le méthane gazeux de l'atmosphère se transforme en ce « goudron » collé au sol… il devrait logiquement avoir disparu ! Comment l'air de Titan est-il donc réalimenté en méthane ? GCMS (Gas Chromatograph Mass Spectrometer) a trouvé quelques indices. « En mesurant le méthane, nous avons démontré que sa teneur dans l'air passait de 1,6 à 5 % entre la haute atmosphère et le sol, explique François Raulin, professeur au Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (Lisa) 5. Mieux, lorsque Huygens s'est posée, sa chaleur a fait s'évaporer une partie de la surface. Nos détecteurs ont alors constaté une augmentation de 50 % de la quantité de méthane. Une preuve que le sol de Titan est imbibé de CH4 liquide ! » Toutefois, prévient Daniel Gautier, directeur de recherche émérite du CNRS au Lesia, à Meudon, cette découverte ne signifie pas que tout le méthane manquant soit caché dans cette matière à la consistance de « sable mouillé » sur laquelle a atterri Huygens : « Le CH4 est en trop faible quantité dans le sol pour constituer la source principale du méthane atmosphérique. Nous pensons que celle-ci se trouve beaucoup plus profondément enfouie dans la planète au sein d'un océan souterrain d'eau liquide contenant des clathrates de méthane, c'est-à-dire des agrégats de cristaux de glace dans lesquels les molécules de ce gaz sont piégées. Certains indices comme la composition isotopique de l'argon de l'air prouvent l'existence d'une activité géologique sur Titan qui pourrait faire remonter le méthane vers la surface et alimenter périodiquement l'atmosphère. » Un « cryovolcanisme » dont Cassini, qui scrute toujours Titan depuis l'espace, pourrait donner la confirmation dans les prochains mois.
Vahé Ter Minassian
1. Nature, 8 décembre 2005, vol. 438, n° 7069.
2. Laboratoire CNRS / Observatoire de Paris / Universités Paris-VI et VII.
3. Si Huygens n'a pas vu de nuages, Cassini a observé une forte augmentation de leur nombre depuis 2000. Une équipe du Service d'aéronomie et du Laboratoire de météorologie dynamique du CNRS vient d'ailleurs de publier le premier modèle de prévision climatique sur Titan. Science, 13 janvier 2006, vol. 311, n° 5758.
4. Service CNRS / Université Paris-VI et Versailles St-Quentin.
5. Laboratoire CNRS / Universités Paris-VII et XII.
Athena Coustenis
athena.coustenis@obspm.fr
Guy Israël
israel@aerov.jussieu.fr
François Raulin
raulin@lisa.univ-paris12.fr
Daniel Gautier
daniel.gautier@obspm.fr