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Titan (lune)
Titan
image:Titan_moon_(small).jpg

Cliquez sur l'image pour une description

Découverte
Découverte par Christiaan Huygens
Découverte en 25 mars 1655
Caractéristiques de l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.)
Demi-grand axe 1 221 803 km
Excentricité orbitale 0,0291
Période de révolution 15,945 d
Inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il décrit l'angle entre le plan de l'orbite et le plan de...) 1,634°
Satellite naturel (Un satellite naturel est un objet qui orbite autour d'une planète ou d'un autre objet plus grand que lui-même et qui n'est pas d'origine humaine, par opposition aux satellites...) de Saturne
Distance du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...) 10 UA
Caractéristiques physiques
Diamètre à l'équateur 5150 km
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et...) 1,346×1023 kg
Masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient...) 1,881×103 kg/m³
Gravité de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) 1,35 m/s2
Période de rotation synchrone
Albédo 0,21
Température moyenne
de surface
94 K (-180 °C)
Caractéristiques de l'atmosphère
Pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) atmosphérique 160 kPa
Atmosphère 95% Diazote
2 % Méthane
Traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la...) de benzène

Titan (Cliquez sur l'image pour une description) (S VI Titan) est le plus gros satellite (Satellite peut faire référence à :) de Saturne et le second satellite (Satellite peut faire référence à :) du système solaire après Ganymède, une des lunes de Jupiter. Son diamètre supérieur à celui de Mercure, Pluton (Pluton, dont la désignation officielle est (134340) Pluton, est la deuxième plus grande planète naine connue du système solaire et le 10e plus grand astre connu orbitant le Soleil....), et la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne...), est assez proche de celui de Mars.

Chronologie

Titan a été découvert par l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) hollandais Christiaan Huygens, le 25 mars 1655, il baptisa sa découverte simplement Saturni Luna (« lune de Saturne »). Plus tard, Jean-Dominique Cassini (La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), l'Agence spatiale européenne (ESA) et...) nomma les quatre lunes qu'il découvrit (Téthys, Dioné, Rhéa et Japet) Sidera Lodoicea (« les étoiles de Louis ») en l'honneur du roi Louis XIV. Les astronomes prirent l'habitude de les appeler Saturne 1 à Saturne 5. Ce n'est qu'en 1847 que Sir John Herschel, fils de William Herschel (découvreur de Mimas et Encelade en 1789), proposa que les désignations numériques soient remplacées par les noms de Titans, frères et sœurs de Cronos (c'est-à-dire Saturne).

En plus des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) effectuées depuis la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...), l'étude récente de Titan s'est appuyée et s'appuie encore sur les données des 4 sondes spatiales qui ont étudié le satellite en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que le reste du système saturnien :

  • la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la...) Pioneer 11 (La sonde Pioneer 11 fut lancée environ un an après sa grande sœur Pioneer 10 le 5 avril 1973 par la fusée Atlas/Centaur/TE364-4. Elle avait...) en 1978 ;
  • la sonde Voyager 1 (Voyager 1 est la première des deux sondes du programme Voyager lancées en 1977. Sa mission principale était d'étudier les planètes géantes Jupiter et Saturne. C'est la première sonde spatiale...) en 1980 ;
  • la sonde Voyager 2 en 1981 ;
  • la sonde Cassini-Huygens (La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), l'Agence...), qui est en orbite autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les...) de Saturne et qui a commencé son étude d'au minimum 4 années en 2004.

Titan est l'un des objectifs principaux de la mission Cassini-Huygens (La mission Cassini-Huygens est une mission spatiale automatique réalisée en collaboration par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale...) qui étudie actuellement Saturne, ses anneaux et ses satellites. La sonde Cassini-Huygens peut être décomposée en deux parties :

  • l'orbiteur (Dans le domaine de l'astronautique, un orbiteur est un vaisseau satellisé autour d'une planète. Plus précisément, il est utilisé...) Cassini (NASA), qui tourne autour de Saturne. Il étudie Titan au cours de passages rapprochés (fly-by) à l'aide principalement des instruments RADAR (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions,...) et VIMS.
  • le module d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) Huygens (ESA), qui lui est entièrement dédié à l'étude de l'atmosphère et de la surface de Titan. Il a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites îles...) de nombreuses informations, le 14 janvier 2005, au cours de sa chute dans l'atmosphère de Titan depuis l'orbiteur Cassini jusqu'à la surface du satellite où il a atterri sans encombre.

Titan est ainsi devenu le 5e astre sur lequel l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...) a réussi à faire atterrir un engin spatial, après la Lune, Vénus, Mars et l'astéroïde Eros. Titan est également le 1er corps du système solaire lointain, au-delà de la ceinture d'astéroïdes, où un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui...) terrestre s'est posé.

L'atmosphère

La pression au sol de l'atmosphère de Titan est égale à une fois et demi celle de l'atmosphère de la Terre. Sa température de 94 K (-179 °C) atteint un minimum de 72 K (-201 °C) au niveau de la tropopause (La tropopause est la limite supérieure de la troposphère et la limite inférieure de la stratosphère. Elle constitue aussi...) (à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...) de 40 km).

Composition

Comme pour la Terre, le composant principal de l'atmosphère est le diazote (N2) avec une proportion allant de 90% à 98% selon les estimations. Les autres composés présents en quantités relativement importantes sont :

  • le méthane (CH4) ;
  • l'argon, un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...) rare (donc très difficile à observer, donc à quantifier) ;
  • l'hydrogène moléculaire (H2), en quantité plus réduite ;
  • le néon, en faible quantité également.

La présence de composés organiques plus complexes a également été relevée. On y trouve des hydrocarbures comme l'éthane (C2H6), l'acétylène (C2H2) ou l'éthylène (C2H4), ainsi que des nitriles comme l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) cyanhydrique (HCN) ou le cyanogène (C2N2).

Selon les données transmises par la sonde Cassini-Huygens, l'atmosphère est composée de 94% d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz...) et d'environ 5% de méthane. Les analyses ont aussi révélé la présence d'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule...), d'acide cyanhydrique et d'aérosols complexes signe d'intenses réactions chimiques.

Le cycle du méthane

La présence de méthane dans l'atmosphère de Titan en importante quantité (jusqu'à 10% pour les modèles les plus optimistes) est un fait plutôt étonnant. En effet, l'atmosphère de Titan détruit progressivement le méthane qu'elle contient selon un principe que l'on appelle le cycle du méthane. Les molécules de méthane ont tendance à remonter progressivement vers le haut de l'atmosphère où elles sont soumises au rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques dont le spectre...). Ceci a pour effet de les transformer en molécules plus complexes et donc plus lourdes qui retombent et sédimentent à la surface. Étant donné les conditions de température et de pression à la surface de Titan, aucun moyen physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) ou chimique ne permet la retransformation de ces composés organiques en méthane. Celui-ci est donc irréversiblement détruit à une vitesse (On distingue :) suffisante pour que la quantité actuelle de méthane dans l'atmosphère de Titan soit quasiment nulle.

La présence de méthane en grande quantité dans l'atmosphère de Titan ne peut donc s'expliquer que par l'existence d'une source de méthane qui alimente l'atmosphère. C'est cette constatation qui est à l'origine de l'hypothèse apparue dans les années 1970 selon laquelle des réserves de méthane liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) seraient présentes à la surface ou sous la surface de Titan.

Les aérosols d'hydrocarbure

Il existe une chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle...) de la haute atmosphère de Titan. Le méthane y est détruit ce qui conduit à la formation de molécules organiques complexes qui peuvent aller jusqu'à prendre la forme de polymères de type (HCN)n. Ces polymères sont suffisamment lourds pour tomber à la surface. Même si ces particules sont petites et n'ont pas un taux de production très élevé, de grandes quantités de ces tholins ont sédimenté à la surface avec le temps. Ces résidus atmosphériques peuvent même avoir formé des couches plus ou moins épaisses et ainsi recouvrir certaines parties de la surface de Titan d'une sorte de goudron (Les goudrons (de l'arabeقَطْران — qaṭrān) sont des produits issus de poix modifiée de résineux, produits par distillation destructive...). Il est à noter que les traces d'écoulement observées par Cassini et Huygens sont bien plus sombres que le matériau sur lequel elles serpentent. Ceci est expliqué par le fait que le fond de ces chenaux est vraisemblablement recouvert de tholins amenés par les pluies d'hydrocarbures liquides qui lessivent les parties apparaissant plus claires.

Les similitudes entre l'atmosphère de Titan et l'atmosphère primitive de la Terre

La composition actuelle de l'atmosphère de Titan semble assez proche de l'idée que l'on a de l'atmosphère primitive de la Terre, c'est-à-dire l'atmosphère de la Terre telle qu'elle était avant que les premiers êtres vivants ne commencent à produire de l'oxygène. La présence au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) de l'atmosphère de Titan de molécules organiques complexes identiques à celles qui pourraient être à l'origine de l'apparition de la vie (La vie est le nom donné :) sur Terre fait de Titan un objet d'étude très intéressant pour les exobiologistes.

La surface

La surface de Titan a longtemps été cachée à nos yeux par l'épaisse atmosphère qui la recouvre. Avant l'arrivée de la sonde Cassini-Huygens, les seules images de la surface de Titan disponibles étaient celles prises par le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un...) qui permettaient seulement de distinguer la présence d'un grand continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au...). Cependant, de nombreuses informations concernant la surface de Titan ont été déterminées à partir notamment de l'étude de son atmosphère.

La glace (La glace est de l'eau à l'état solide.)

La densité de Titan est de 1,88, ce qui signifie que ce n'est pas un satellite uniquement composé de glace. Il est probable que l'on puisse trouver à l'intérieur de Titan des silicates et du fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou d'alliages. Le...). Ces composés plus lourds sont très peu présents en surface où la glace est le composant principal de la croûte de Titan (phénomène de différenciation). Cette glace est majoritairement de la glace d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) mais elle est probablement mélangée avec de la glace d'ammoniac (NH3) ainsi qu'avec des glaces d'hydrocarbures, principalement du méthane (CH4) et de l'éthane (C2H6). Cette surface glacée semble être le lieu d'un cryovolcanisme lié à l'énergie interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) du satellite. Ces volcans de glace pourraient être à l'origine du méthane atmosphérique de Titan en crachant de façon régulière le méthane enfoui sous forme liquide ou solide (glace) sous la surface.

Le méthane liquide

Les conditions de température et de pression à la surface de Titan permettent au méthane et à l'éthane d'exister sous forme liquide. La présence de méthane liquide à la surface permettrait d'expliquer la grande quantité de méthane dans l'atmosphère. Cette hypothèse a vu le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) lorsque les planétologues se sont rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des...) compte du phénomène de destruction du méthane atmosphérique, au cours des années 1970. L'hypothèse d'un océan global d'hydrocarbures a même été envisagée mais les premières observations de la surface de Titan en infra-rouge et en ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) radio depuis la Terre ont réfuté cette possibilité. Cependant, la présence de lacs ou de mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) d'hydrocarbures n'est pas exclue et les données de la sonde Cassini-Huygens n'ont pas encore rendu de verdict définitif à ce sujet. La présence de chenaux d'écoulement liquide tels que l'ont observé Cassini et Huygens montre que du méthane liquide a bien coulé à la surface de Titan sur laquelle des pluies d'hydrocarbures se sont donc abattues. Cependant, il n'a pas encore été déterminé si ces écoulements étaient le résultat d'un cycle météorologique du méthane ressemblant au cycle de l'eau sur la Terre ou à un cryovolcanisme qui éjecterait de grandes quantités de méthane dans l'atmosphère dont une partie retomberait à la surface sous forme de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore météorologique qui fait partie du cycle de l'eau. La...), créant ainsi des écoulements sans nécessiter la création de grandes étendues liquides.

La mission Cassini-Huygens

La sonde Cassini-Huygens, lancée le 15 octobre 1997, a atteint les anneaux de Saturne (Les anneaux de Saturne sont les anneaux planétaires les plus importants du système solaire, situés autour de la géante gazeuse Saturne. Constitués d'innombrables particules de glace et de poussière dont la taille...) en juillet 2004 au terme d'un périple de 3,5 milliards de kilomètres à travers le système solaire. Elle est constituée du vaisseau spatial Cassini, affrété par la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son...) qui devrait tourner pendant quatre ans autour de Saturne et de la sonde Huygens fournie par l'ESA (Agence spatiale européenne).

La sonde, préparée durant 20 ans et d'un coût de 230 millions d'euros, s'est détachée du vaisseau le 25 décembre 2004 pour explorer Titan et plonger, le 14 janvier 2005, dans son atmosphère pour l'étudier, et au bout de deux heures (L'heure est une unité de mesure  :) de descente s'y poser, afin de fournir des informations plus précises sur le sol du satellite. La sonde avait à sa disposition six instruments pour scruter le satellite sous toutes ses formes et mieux connaître la composition de son atmosphère et de son sol.

Les images livrées par les missions Voyager et les premières du vaisseau spatial Cassini nous ont montré que son sol est composé de zones brillantes et de zones sombres. Cela pourrait indiquer l'existence de continents gelés et de lacs d'hydrocarbures. L'eau existerait donc sous forme de vapeur () et de glace d'eau mais en quantité très limitée.

Les images montrent, à proximité de l'équateur, des formations géologiques apparaissant sur les images comme des sillons parallèles et réguliers, légèrement inclinés dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...) est-ouest, et atteignant, pour certaines une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur...) de 1 500 km sur 150 mètres de haut. Ces dunes présentent des similitudes avec les champs de dunes des déserts du Sahara, de Namibie, de la péninsule arabique et de l'Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En plus de l’île-continent du même nom,...). Selon Ralph Lorenz de l'Université de Californie, les vents de surface très faibles soufflant d'est en ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) seraient déviés et amplifiés par de puissants effets de marées de part et d'autres de l'équateur. Titan est trop éloigné du soleil pour que l'énergie émise par ce dernier puisse générer des turbulences, mais la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) gravitationnelle liée au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les...) de Saturne est 400 fois plus forte que sur la Terre, la combinaison (Une combinaison peut être :) des deux phénomènes expliquerait ainsi comment sont formées ces dunes. Les sables titaniens seraient formés par l'érosion due aux violents orages de méthane ou d'éthane liquides qui sévissent sur la surface.

Mais, selon Athena Coustenis de l'observatoire de Paris-Meudon, ces dunes sont formées de poussières dont la densité est bien moindre que sur Terre, où les grains de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre...) sont formés de silice. De vents réguliers de faible puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) suffisent donc à mettre les sables titaniens en mouvement.

Le 16e survol de Cassini au dessus du pôle nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) de Titan a révélé la présence de plus de 75 lacs de méthane liquide. Ils apparaissent comme des structures sombres de forme irrégulière, atteignant parfois plusieurs dizaines de kilomètres. Ils sont associés à des chenaux et des dépressions topographiques et présentent différents niveaux de remplissage. Ces lacs extra-terrestres, les premiers découverts dans notre système solaire, confirment qu'un cycle hydrologique actif existe sur la surface et dans l'athmosphère de Titan. Les scientifiques savaient déjà que Titan possédait un cycle atmosphérique du méthane. Il ne leur manquait plus que la découverte de structures hydrologiques (lacs, rivières) pour confirmer qu'un cycle complet du méthane existe sur Titan, à l'image du cycle de l'eau sur terre.

Autres découvertes

Grâce aux données envoyées par la sonde Cassini, les astronomes en se basant sur les variations du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique de la planète Saturne — planète gazeuse sans surface solide visible et donc sans repère fixe — ont pu mesurer précisément la vitesse de rotation de la planète, soit 10 heures, 47 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la...) et 6 secondes. Le jour saturnien gagne donc quelques minutes par rapport au calcul effectué lors du passage des sondes Voyager (Voyager 1 et 2 sont des sondes spatiales ayant réalisé depuis 1977 une moisson d'observations astronomiques qui ont plus d'une fois mis en question les théories planétologiques au cours d'une...). La sonde Cassini doit aussi permettre de mieux déterminer la vitesse des vents sur la planète géante.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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