Cassini détecte pour la première fois des tempêtes de poussière sur Titan
Publié par Redbran le 06/11/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSU
[url][/url]Les données de la mission internationale Cassini-Huygens, qui a exploré Saturne et ses lunes entre 2004 et 2017, ont révélé ce qui semble être des tempêtes de poussière dans les régions équatoriales de Titan. Cette découverte, décrite par une équipe de chercheurs internationale, fait de Titan (Cliquez sur l'image pour une description) seulement le troisième corps du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit,...) où des tempêtes de poussière ont été observées, après 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...) et Mars. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique...) aide les scientifiques à mieux comprendre l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) fascinant et dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de la plus grande 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 séparant la Terre de la Lune est de...) de Saturne.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) d'une tempête (Une tempête est un phénomène météorologique violent à large échelle dite synoptique, avec un diamètre compris en général entre 200 à 1 000 km,...) de poussière sur Titan. ©Ron Miller (https://spaceart.photoshelter.com/gallery-collection/Stock-Space-Art/C0000tNDaWl3DLNQ)

"Titan est une lune très active", indique Sébastien Rodriguez, astrophysicien à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la...) Diderot (France) et auteur principal de l'article. "Nous le savions déjà pour sa géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole »,...) et son cycle d'hydrocarbures. Maintenant, nous pouvons ajouter une autre analogie avec la Terre et Mars: un cycle actif de la poussière. Sur Titan, cette poussière serait en fait constituée par des particules d'aérosols organiques produites dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), et qui chuterait pour s'accumuler au sol. Ce que nous aurions observé avec 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...), c'est que cette poussière organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) pourrait être soulevée en de gigantesques nuages juste au-dessus des grands champs de dunes équatoriaux de Titan, comme cela peut se produire sur Terre."

Titan est un monde (Le mot monde peut désigner :) exotique et intrigant - d'une certaine façon très semblable à celui de la Terre. En fait, c'est la seule lune du système solaire avec une atmosphère dense, et le seul corps autre que notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) où des étendues stables de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) existent en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...).

Il y a cependant une grande différence: alors que sur Terre les rivières, lacs et mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) sont remplis d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), sur Titan c'est surtout le méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état...) qui coule dans ces réservoirs liquides. Dans ce cycle unique du méthane, les molécules d'hydrocarbures s'évaporent, se condensent en nuages et retombent en 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...) sur le sol.

La météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en...) active de Titan varie d'une saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et Équinoxe...) à l'autre, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme sur Terre. En particulier 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,...) de l'équinoxe (Les équinoxes de mars et de septembre sont les deux moments de l'année où le jour et la nuit sont approximativement de même durée. Lors des équinoxes, le...), le moment où le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et...) l'équateur de Titan, des nuages massifs peuvent se former dans les régions tropicales et provoquer de fortes tempêtes de méthane. Cassini a observé ce type d'évènements pendant plusieurs de ses survols de Titan.

Lorsque Sébastien et son équipe ont repéré de brefs sursauts de brillance près de l'équateur de Titan dans les images infrarouges de l'instrument VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer) à bord de Cassini, au moment de l'équinoxe de printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons des zones tempérées,...) entre 2009 et 2010, ils ont tout d'abord pensé qu'il pourrait s'agir de ces mêmes nuages de méthane. Une enquête approfondie a cependant révélé qu'il s'agissait de quelque chose de complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de...) différent.

"D'après ce que nous savons de la formation de nuages sur Titan, nous pouvons dire que de tels nuages de méthane, dans cette région et à cette période de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), ne sont pas physiquement possibles, dit Sébastien. Les nuages de méthane convectifs qui peuvent se former dans cette région et à cette période seraient très opaques, constitués de particules bien plus grosses et devraient être situés 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...) bien plus élevée que ce que nous révèle la modélisation du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) de ces structures."

La modélisation de leur signal infrarouge a ainsi montré que, si ces évènements singuliers sont effectivement d'origine atmosphérique, ils semblent être confinés très proche de la surface (à moins de dix kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) d'altitude). De plus, leur signature chimique semble indiquer qu'il s'agit plus vraisemblablement d'une couche ténue de minuscules particules organiques solides en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des sédiments. Le fait de...). Comme celles-ci se trouvaient juste au-dessus des vastes mers 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...) organique de Titan, il ne restait alors qu'une explication: ces évènements seraient en fait de gigantesques nuages de poussière organique soulevés depuis les dunes.


Les tempêtes de poussière sur Titan vues en infrarouge par le spectro-imageur VIMS à bord de la sonde Cassini. ©NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/University Paris Diderot/IPGP/S. Rodriguez et al. 2018

Bien qu'il s'agisse de la toute première observation d'une tempête de poussière sur Titan, cette découverte n'est pas surprenante pour Sébastien.

"Nous pensons que la sonde Huygens, qui a atterri à la surface de Titan en janvier 2005, a soulevé une petite quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou...) de poussière organique à son arrivée, et que, compte tenu de l'origine atmosphérique de cette poussière, la surface de Titan devrait en être très largement recouverte." explique Sébastien. "Mais ce que nous avons vu ici avec Cassini est à une bien plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de...). Près de la surface, la vitesse (On distingue :) des vents doit être très forte pour soulever une quantité de poussière telle que nous la voyons dans ces tempêtes - environ cinq fois plus forte que la vitesse 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...) des vents estimée par les mesures de Huygens près de la surface et prédite par les modèles climatiques."

Huygens n'a fait qu'une seule mesure directe de la vitesse du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents...) de surface juste avant son atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes...) sur Titan, et à cette époque il était très bas, moins de 1 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue...) par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde...). Même au moment de l'équinoxe de printemps, quelques années plus tard, il n'était pas attendu que les vents de surface atteignent une telle vitesse.

"Pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.), la seule raison satisfaisante pour expliquer des vents de surface aussi forts, c'est qu'ils pourraient être liés aux puissantes rafales qui peuvent survenir au front des énormes tempêtes de méthane que nous observons dans cette région et cette saison.", conclut Sébastien.

"Sur Terre, ce phénomène est appelé 'haboob': il génère des tempêtes de poussière géantes juste en avant de violents orages et il est bien connu dans les régions désertiques. Le voir se produire sur Titan était moins attendu ! Mais cela nous apporte des informations de première main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet....) sur l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) climatique et géologique de cette lune qui n'a pas fini de nous surprendre."

L'existence des vents violents générant ces tempêtes de poussière, même transitoires, implique que le sable juste en dessous peut lui aussi être mis en mouvement, et que les dunes couvrant les régions équatoriales de Titan sont toujours actives et continuent d'évoluer.

De tels vents pourraient transporter la poussière soulevée par les dunes sur de grandes distances, contribuant ainsi au cycle global des poussières organiques et donc du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) sur Titan, et pourraient provoquer des effets similaires à ceux observés sur Terre et sur Mars.

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...) est un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) de coopération internationale entre la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est...), l'ESA et l'Agence spatiale italienne (L'Agence spatiale italienne (en italien Agenzia Spaziale Italiana ou ASI ) a été créée en 1988 pour promouvoir, coordonner et diriger les activités spatiales de l'Italie.).

Liens vers les histoires (Les Histoires ou l'Enquête (en grec ancien Ἱστορίαι / Historíai) sont la seule œuvre...) de d'ESA et de la NASA.

Note:
Les laboratoires français impliqués sont l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) du globe de Paris (IPGP, Université Paris Diderot/CNRS), le Laboratoire de planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains microscopiques jusqu'aux planètes géantes gazeuses.) et géodynamique (LPG/OSUNA, Université de Nantes/CNRS), le Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) (LESIA, Observatoire de Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université Paris-Diderot), le Groupe de spectroscopie moléculaire et atmosphérique (GSMA, Université de Reims/CNRS), l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (IPAG/OSUG, Université Joseph Fourier/CNRS/INSU) et le Laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) et Systèmes Complexes (MSC, Université Paris Diderot/CNRS)
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Référence publication:
S. Rodriguez, S. Le Mouélic, J. W. Barnes, J. F. Kok, S. C. R. Rafkin, R. D. Lorenz, B. Charnay, J. Radebaugh, C. Narteau, T. Cornet, O. Bourgeois, A. Lucas, P. Rannou, C. A. Griffith, A. Coustenis, T. Appéré, M. Hirtzig, C. Sotin, J. M. Soderblom, R. H. Brown, J. Bow, G. Vixie, L. Maltagliati, S. Courrech du Pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le franchissement supporte le...), R. Jaumann, K. Stephan, K. H. Baines, B. J. Buratti, R. N. Clark & P. D. Nicholson (2018) Observational evidence for active dust storms on Titan at equinox, doi:10.1038/s41561-018-0233-2

Contact chercheur:
Sébastien Rodriguez, IPGP
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