Herschel confirme : Encelade fait la pluie sur Saturne

Utilisant les données du télescope infrarouge Herschel de l'ESA, une équipe internationale incluant cinq chercheurs de l'Observatoire de Paris a résolu le mystère vieux de 15 ans de l'origine de l'eau dans la haute atmosphère de Saturne. Le composé est expulsé sous forme de vapeur et de glace par les geysers et panaches actifs au pôle sud d'Encelade, une des lunes de la planète géante aux anneaux. Le satellite de 500 kilomètres de diamètre rejette ainsi environ 250 kilogrammes d'eau par seconde puis elle s'accumule en un vaste nuage diffus qui dessine un anneau qui entoure Saturne. Lentement, 3% à 5% de cette matière finit par retomber dans l'atmosphère de la planète. Encelade constitue ainsi le premier exemple d'un satellite du Système solaire qui influence la composition de son astre parent.

Les observations effectuées par le télescope spatial Herschel ont montré que l'eau éjectée par le satellite Encelade formait un anneau (un "tore") de vapeur qui entoure Saturne et enveloppe la trajectoire de la lune autour de sa planète. Les panaches et geysers qui s'échappent d'Encelade avaient été découverts en 2005 sur les images transmises par la sonde Cassini-Huygens de l'ESA et de la Nasa.

Les observations réalisées dans l'infrarouge submillimétrique corroborent l'existence de l'anneau gazeux, composé de molécules d'eau et alimenté par les geysers du pôle sud d'Encelade. Elles révèlent un cas encore unique d'interaction entre un satellite et l'atmosphère de sa planète.

Un cas unique

L'eau des planètes géantes (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) et du satellite Titan a été découverte en 1997 par l'observatoire infrarouge Infrared Space Observatory ISO de Agence spatiale européenne ESA, puis étudiée par le satellite submillimétrique Submillimeter Waves Astronomy Satellite SWAS de la Nasa. Son origine s'est avérée jusqu'ici particulièrement énigmatique. En effet, les atmosphères des planètes extérieures contiennent bien des traces d'eau dans leurs couches profondes, suffisamment tièdes. Mais l'eau se condense en nuages dans les couches moyennes et ne peut migrer dans les couches supérieures. La présence d'eau dans ces couches supérieures doit provenir d'une source extérieure.

Ces nouvelles observations, obtenues avec le spectromètre submillimétrique HIFI (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared) d'Herschel, sont fondamentalement différentes de celles pratiquées dans le passé. Alors que les enregistrements (spectres) obtenus par SWAS et ISO ne présentaient que des signatures (raies) en émission de l'eau dans l'atmosphère de Saturne, Herschel a montré en plus des indices (raies) d'absorption, ce qui révèle la présence de molécules d'eau placées devant la planète par rapport à la Terre, dans un environnement plus froid. La première indication de cette absorption a été obtenue durant l'été 2009 puis elle a été confirmée en 2010 à plusieurs longueurs d'onde différentes.

Vaste anneau de gaz autour de Saturne

L'explication est que l'eau détectée par Herschel réside au sein d'un anneau de matière ténu alimenté par les panaches du pôle sud du satellite Encelade. La structure s'étend à une distance du centre de la planète équivalente à environ quatre fois son rayon.

Une faible partie (seulement 3 à 5%) de l'eau éjectée plonge dans les hautes couches de l'atmosphère de Saturne, alors qu'une proportion plus grande atteint les satellites de la planète et ses anneaux. La quantité d'eau qui atteint Saturne est cependant suffisante pour expliquer l'abondance de cette molécule observée dans la haute atmosphère de Saturne.Encelade apparaît donc comme le principal pourvoyeur d'eau dansla haute atmosphère de Saturne, ce qui constitue le premier exemple connu d'un satellite modifiant la composition chimique de sa planète-mère.

En revanche, l'eau émise par Encelade ne semble pas être en mesure d'expliquer les quantités d'eau dans l'atmosphère de Titan, la plus grosse lune brumeuse et glacée de Saturne, où une autre source d'eau semble donc requise. L'investigation continue...