Source: The Conversation – in French – By Frédéric Schmidt, Professeur, Planétologie, Université Paris-Saclay
La NASA se prépare à lancer Europa Clipper vers Europe, l’une des lunes glacées de Jupiter, qui abrite très probablement un océan sous sa surface glacée. La mission a pour objectif d’étudier l’« habitabilité » de la lune Europe.
Les lunes glacées des planètes externes du système solaire n’ont pas fini de surprendre les scientifiques. Et en premier lieu parce qu’elles nous forcent à étendre la notion d’« habitabilité » – les conditions qui pourraient permettre à la vie, telle qu’on la connaît, d’éclore.
C’est pour étudier une de ces lunes que la mission Europa Clipper doit décoller le 12 octobre depuis Cap Canaveral en Floride, aux États-Unis – à partir du pas de lancement historique 39A qui a notamment vu s’envoler les missions Apollo, pour rejoindre une des lunes de Jupiter, appelée Europe.
Les lunes glacées des planètes externes redéfinissent la notion de « zone d’habitabilité »
Traditionnellement, la zone « habitable » est définie comme un intervalle de distance à l’étoile où l’eau liquide pourrait exister de façon stable à la surface. Trop prêt de l’étoile, il fait trop chaud et l’eau se trouve sous forme de vapeur. Trop loin de l’étoile, il fait trop froid et l’eau se trouve sous forme de glace. Ainsi, dans notre propre système solaire, seules la Terre et Mars sont dans la « zone habitable » (même si, sur Mars, l’eau liquide n’est pas possible en surface à cause de la trop faible pression atmosphérique).
Ainsi « habitable », ne veut en rien dire habité mais détermine les conditions minimales pour qu’une forme de vie similaire à celle que l’on connaît se développe et se maintienne.
Mais avec l’exploration du système solaire externe, et notamment des systèmes de Jupiter et Saturne, les scientifiques ont dû questionner la pertinence de cette définition, notamment avec la possibilité de grande quantité d’eau liquide en profondeur dans les lunes.
En effet, la mission Galileo de la NASA a permis de découvrir dans les années 1990 avec surprise sur Europe, Ganymède et Callisto, deux lunes glacées de Jupiter, la présence probable d’océans d’eau liquide et salée, cachés sous leurs épaisses croûtes de glace (plusieurs dizaines de kilomètres).
NASA/JPL-Caltech
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Les mystérieux geysers d’Europe, lune glacée de Jupiter
Une décennie plus tard, c’est la mission Cassini-Huygens qui a mis en évidence des caractéristiques intrigantes des lunes glacées de Saturne : Titan et Encelade auraient des océans internes d’eau liquide, en partie révélés par des activités en surface, comme les geysers s’échappant des failles, nommées « griffures de tigre » sur Encélade. Et cette année, c’est Mimas, une autre petit lune de Saturne, qui a été sous le feu des projecteurs avec une étude très précise de son orbite qui suggère la présence d’un océan sous sa surface.
Ces découvertes ont permis d’étendre cette notion de « zone habitable » à de possibles environnements sous la surface des corps planétaires.
Sur toutes ces lunes glacées, la présence d’eau liquide est due à la chaleur produite par les effets de marée qui déforment les corps en profondeur et les font s’échauffer. Ces effets peuvent être très forts car toutes ces lunes orbitent proches des géantes gazeuses très massives.
Ainsi, Europa Clipper a pour objectif principal de déterminer l’« habitabilité » de l’océan sous-glaciaire d’Europe, c’est-à-dire de confirmer la présence d’un océan global, qui pourrait contenir deux fois plus d’eau que tous les océans de la Terre réunis. Il s’agit également de déterminer sa salinité, sa composition, sa température et ses potentiels liens avec la surface.
Les yeux d’Europa Clipper
Europa Clipper est équipée de neuf instruments scientifiques, chacun d’eux pensé pour apporter des informations essentielles sur la lune de Jupiter dans différents domaines.
NASA/JPL-Caltech
Quatre instruments sont particulièrement importants pour imager la surface d’Europe afin de mieux décrire et comprendre ses caractéristiques.
Pour cartographier Europe en champ large et en haute résolution, ce sont les deux caméras complémentaires du Europa Imaging System qui entreront en action. Leurs données permettront aussi de déterminer la topographie d’Europe.
La composition chimique de la surface sera analysée par des spectromètres qui permettront d’identifier les atomes et molécules présents à la surface. Le premier, dans le proche infrarouge (MISE pour Mapping Imaging Spectrometer for Europa) pourra notamment cartographier la présence de sels. Le second, dans l’ultraviolet (Europa Ultraviolet Spectrograph) sera particulièrement utile pour la recherche de geysers.
L’imageur thermique E-THEMIS (Europa Thermal Emission Imaging System) permettra d’estimer la température à distance pour détecter des points chauds, possibles signes d’activité géologique sous la surface.
Pour sonder la croûte glacée d’Europe en profondeur et comprendre sa dynamique, et en particulier ses échanges avec l’océan sous-jacent, Europa Clipper embarque aussi le radar REASON (Radar for Europa Assessment and Sounding : Ocean to Near-surface) conçu pour pénétrer la glace et révéler la structure interne des couches supérieures de la lune. Il devrait permettre notamment de détecter des poches d’eau liquide à différentes profondeurs, peut-être même la transition glace-océan, et fournir des données cruciales sur l’épaisseur de la glace et la nature de l’océan sous-jacent.
Survoler Europe de près
Les quatre derniers instruments embarqués par Europa Clipper sont destinés à ce que l’on appelle des mesures « in-situ », qui permettent de mesurer directement leur environnement, là où ils se trouvent.
En particulier, lors des survols bas, à moins de 100 kilomètres de la surface, deux instruments vont analyser la densité et la composition chimique des particules éjectées de la surface par des impacts ou par de potentiels geysers, dont on a pour l’instant que des indications indirectes. Ainsi, le spectromètre de masse (MAss Spectrometer for Planetary EXploration/Europa) va analyser la très fine « atmosphère » d’Europe (en réalité une « exosphère » à une pression de 10-12 bar, soit 1 000 milliards de fois moindre que sur Terre) et l’analyseur (SUrfae Dust Analyzer) les poussières.
La sonde embarque aussi un magnétomètre (Europa Clipper Magnetometer) pour mesurer les perturbations du champ magnétique autour d’Europe. Ces perturbations peuvent notamment nous informer sur la composition de l’océan. De façon complémentaire, les mesures de gravité par le système radio de la sonde permettront d’analyser les effets de marées gigantesques exercés par Jupiter sur Europe. Comprendre comment les forces de marées affectent Europe nous permettra de mieux contraindre la structure interne de la lune et notamment la profondeur de l’océan.
Enfin, PIMS (Plasma Instrument for Magnetic Sounding) mesurera les caractéristiques des particules chargées dans l’environnement du Jupiter (appelées plasma), ainsi que le bombardement de particules arrivant en surface. En effet, un océan salé produit un champ magnétique induit en réaction au champ magnétique de Jupiter et le plasma nous permettra de caractériser précisément ces champs magnétiques.
En route vers Jupiter…
Un programme chargé attend donc Europa Clipper mais la sonde est solidement équipée pour déterminer dès 2030 l’habitabilité d’un des corps les plus intriguant du système solaire.
Europa Clipper va rejoindre sa grande sœur Juice (Jupiter Icy Moons Explorer) de l’agence spatiale européenne (ESA) lancée en avril 2023 depuis Kourou, en Guyane française. Alors qu’Europa Clipper se concentrera sur Europe, Juice explorera le système de Jupiter dans sa globalité avec un intérêt particulier pour ses lunes glacées et finira par une mise en orbite autour de sa plus grande lune, Ganymède.
Ces missions conjointes illustrent la compétition, mais surtout la forte coopération internationale dans le domaine de l’exploration spatiale. Pour la première fois, deux missions vont explorer le même système au même moment offrant aux scientifiques de plusieurs générations une occasion unique de comprendre ces mondes lointains.
Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (qui a lieu du 4 au 14 octobre 2024), et dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition porte sur la thématique « océan de savoirs ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.
Frédéric Schmidt est Professeur à l’Université Paris-Saclay et membre de l’Institut Universitaire de France (IUF). Il a obtenu divers financements publics (Université Paris-Saclay, CNRS, CNES, ANR, UE, ESA) ainsi que des financements privés (Airbus) pour ses recherches.
Ines Belgacem travaille pour la mission Juice de l’Agence Spatiale Européenne et pour la mission Europa Clipper de la NASA.
Pour sa thèse de 2016 à 2019, Ines Belgacem a reçu des financements de Airbus, Toulouse et de l’IDEX Paris Saclay (projet IDI 2016, ANR-11-IDEX-0003-02). Elle a aussi reçu des financements pour des projets postdoctoraux de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et de le NASA. Enfin, Ines Belgacem a reçu des financements ponctuels pour participer à des conférences et réunions internationales de la part de l’Europlanet Society, CNES, INSU
Ines Belgacem est aussi membre des associations Sens’Astro et UniverSCiel et marraine le programme OSE l’ISAE de la Fondation ISAE-SUPAERO.
– ref. Europa Clipper : une mission ambitieuse pour caractériser l’habitabilité d’une lune de Jupiter – https://theconversation.com/europa-clipper-une-mission-ambitieuse-pour-caracteriser-lhabitabilite-dune-lune-de-jupiter-240745