Crédit d'image: NASA
Les preuves s'accumulent selon lesquelles Europa, l'une des lunes de Jupiter, possède un océan d'eau recouvert d'une couche de glace. Les scientifiques spéculent maintenant sur l'épaisseur de cette glace en mesurant la taille et la profondeur de 65 cratères d'impact à la surface de la lune - d'après ce qu'ils peuvent en dire, c'est 19 km. L'épaisseur de la glace d'Europe aura un impact sur la possibilité d'y trouver de la vie: trop épaisse et la lumière du soleil aura du mal à atteindre les organismes photosynthétiques.
La cartographie détaillée et les mesures des cratères d'impact sur les grands satellites glacés de Jupiter, rapportées dans le numéro du 23 mai 2002 de la revue Nature, révèlent que la coque de glace flottante d'Europe peut avoir au moins 19 kilomètres d'épaisseur. Ces mesures, par le scientifique en chef et géologue Dr Paul Schenk, au Houston's Lunar and Planetary Institute, indiquent que les scientifiques et les ingénieurs devront développer de nouveaux moyens intelligents de rechercher la vie sur le monde gelé avec un intérieur chaleureux.
Le grand débat sur la pizza Europa: "Croûte mince ou croûte épaisse?"
Les preuves géologiques et géophysiques de Galileo soutiennent l'idée qu'un océan d'eau liquide existe sous la surface glacée d'Europa. Le débat porte désormais sur l'épaisseur de cette coquille glacée. Un océan pourrait fondre à travers une mince coquille de glace de quelques kilomètres seulement, exposant l'eau et tout ce qui y nage à la lumière du soleil (et aux radiations). Une mince coquille de glace pourrait fondre, exposant l'océan à la surface et permettant aux organismes photosynthétiques d'accéder facilement au soleil. Il est très peu probable qu'une coquille de glace épaisse de plusieurs dizaines de kilomètres puisse fondre.
Pourquoi l’épaisseur de la coque glacée d’Europa est-elle importante?
L'épaisseur est une mesure indirecte du réchauffement des marées qu'Europa reçoit. Le chauffage par marée est important pour estimer la quantité d'eau liquide sur Europa et s'il y a du volcanisme sur le fond marin d'Europe, mais il doit être dérivé; il ne peut pas être mesuré. La nouvelle estimation d'une épaisseur de 19 kilomètres est conforme à certains modèles de chauffage par marée, mais nécessite beaucoup d'études supplémentaires.
L’épaisseur est importante car elle contrôle comment et où les matériaux d’importance biologique dans l’océan d’Europa peuvent remonter à la surface ou redescendre dans l’océan. La lumière du soleil ne peut pas pénétrer plus de quelques mètres dans la coquille glacée, donc les organismes photosynthétiques ont besoin d'un accès facile à la surface d'Europa pour survivre. Plus sur ce sujet plus tard.
L'épaisseur déterminera également en fin de compte comment nous pouvons explorer l'océan d'Europe et rechercher des preuves de toute vie ou chimie organique sur Europa. Nous ne pouvons pas forer ou échantillonner l'océan directement à travers une croûte aussi épaisse et devons développer des moyens intelligents pour rechercher les matières océaniques qui pourraient avoir été exposées à la surface.
Comment estimons-nous l'épaisseur de la calotte glaciaire d'Europa?
Cette étude des cratères d'impact sur les grands satellites glacés galiléens d'Europa est basée sur une comparaison de la topographie et de la morphologie du cratère d'impact sur Europa avec celles de ses frères satellites glacés Ganymède et Callisto. Plus de 240 cratères, dont 65 sur Europa, ont été mesurés par le Dr Schenk en utilisant une analyse stéréo et topographique des images acquises à partir des vaisseaux spatiaux Voyager et Galileo de la NASA. Galileo est actuellement en orbite autour de Jupiter et se dirige vers son dernier plongeon dans Jupiter fin 2003. Bien que Ganymède et Callisto soient censés avoir des océans d'eau liquide à l'intérieur, ils sont également supposés être assez profonds (environ 100-200 kilomètres). Cela signifie que la plupart des cratères ne seront pas affectés par les océans et peuvent être utilisés pour la comparaison avec Europa, où la profondeur de l'océan est incertaine mais probablement beaucoup moins profonde.
L'estimation de l'épaisseur de la calotte glaciaire d'Europa est basée sur deux observations clés. La première est que les formes des plus grands cratères d'Europa diffèrent considérablement des cratères de taille similaire sur Ganymède et Callisto. Les mesures du Dr Schenk montrent que les cratères de plus de 8 kilomètres de diamètre sont fondamentalement différents de ceux de Ganymède ou de Callisto. Cela est dû à la chaleur de la partie inférieure de la coquille de glace. La force de la glace est très sensible à la température et la glace chaude est molle et coule assez rapidement (pensez aux glaciers).
La deuxième observation est que la morphologie et la forme des cratères sur Europa changent radicalement lorsque les diamètres des cratères dépassent ~ 30 kilomètres. Les cratères de moins de 30 kilomètres ont plusieurs centaines de mètres de profondeur et ont des rebords et des soulèvements centraux reconnaissables (ce sont des caractéristiques standard des cratères d'impact). Pwyll, un cratère de 27 kilomètres de diamètre, est l'un des plus grands de ces cratères.
Les cratères sur Europa de plus de 30 kilomètres, en revanche, n'ont pas de rebord ou de soulèvement et ont une expression topographique négligeable. Ils sont plutôt entourés d'ensembles d'auges et d'arêtes concentriques. Ces changements de morphologie et de topographie indiquent un changement fondamental dans les propriétés de la croûte glacée d'Europe. Le changement le plus logique est du solide au liquide. Les anneaux concentriques des grands cratères Europan sont probablement dus à l'effondrement en gros du fond du cratère. Au fur et à mesure que le trou du cratère profondément profond s'effondre, le matériau sous-jacent à la croûte glacée se précipite pour combler le vide. Ce matériau qui se précipite traîne sur la croûte sus-jacente, la fracturant et formant les anneaux concentriques observés.
D'où vient la valeur de 19 à 25 kilomètres?
Les cratères d'impact plus grands pénètrent plus profondément dans la croûte d'une planète et sont sensibles aux propriétés à ces profondeurs. Europa ne fait pas exception. La clé est le changement radical de morphologie et de forme à ~ 30 kilomètres de diamètre du cratère. Pour l'utiliser, nous devons estimer la taille du cratère d'origine et la profondeur d'une couche liquide avant qu'elle puisse affecter la forme finale du cratère d'impact. Ceci est dérivé de calculs numériques et d'expériences en laboratoire sur la mécanique d'impact. Ce «modèle d'effondrement du cratère»? est ensuite utilisé pour convertir le diamètre de transition observé en une épaisseur pour la couche. Par conséquent, des cratères de 30 kilomètres de large détectent ou détectent des couches de 19 à 25 kilomètres de profondeur.
Dans quelle mesure ces estimations de l'épaisseur de la calotte glaciaire d'Europa sont-elles certaines?
Il y a une certaine incertitude dans l'épaisseur exacte en utilisant ces techniques. Cela est principalement dû aux incertitudes dans les détails de la mécanique de la cratérisation par impact, qui sont très difficiles à reproduire en laboratoire. Cependant, les incertitudes ne sont probablement qu’entre 10 et 20%, nous pouvons donc être raisonnablement sûrs que la calotte glaciaire d’Europa n’est pas épaisse de quelques kilomètres.
La coquille de glace aurait-elle pu être plus mince dans le passé?
Il y a des preuves dans la topographie du cratère que l'épaisseur de la glace sur Ganymède a changé au fil du temps, et la même chose pourrait être vraie pour Europa. L'estimation de l'épaisseur de la coquille de glace de 19 à 25 kilomètres est pertinente pour la surface glacée que nous voyons maintenant sur Europa. Cette surface a été estimée à environ 30 à 50 millions d'années. La plupart des matériaux de surface plus anciens que celui-ci ont été détruits par le tectonisme et le resurfaçage. Cette croûte glacée plus ancienne aurait pu être plus mince que la croûte d'aujourd'hui, mais nous n'avons actuellement aucun moyen de le savoir.
La coquille de glace sur Europa pourrait-elle avoir des taches fines maintenant?
Les cratères d'impact étudiés par le Dr Schenk étaient dispersés sur la surface d'Europe. Cela suggère que la coquille de glace est épaisse partout. Il pourrait y avoir des zones locales où la coque est mince en raison d'un flux de chaleur plus élevé. Mais la glace à la base de la coquille est très chaude et comme nous le voyons dans les glaciers ici sur Terre, la glace chaude coule assez rapidement. En conséquence, des «trous»? dans la carapace de glace d’Europa sera remplie rapidement par de la glace qui coule.
Une épaisse coquille de glace signifie-t-elle qu'il n'y a pas de vie sur Europa?
Non! Étant donné le peu que nous savons des origines de la vie et des conditions en Europe, la vie est toujours plausible. La présence probable d'eau sous la glace est l'un des ingrédients clés. Une épaisse coquille de glace rend la photosynthèse très improbable sur Europa. Les organismes n'auraient pas un accès rapide ou facile à la surface. Si des organismes à l'intérieur d'Europa peuvent survivre sans lumière solaire, l'épaisseur de la coquille n'a qu'une importance secondaire. Après tout, les organismes se portent plutôt bien au fond des océans de la Terre sans soleil, survivant grâce à l'énergie chimique. Cela pourrait être vrai sur Europa s'il est possible que les organismes vivants soient originaires de cet environnement en premier lieu.
Ensuite, la coquille de glace d’Europa aurait pu être beaucoup plus mince dans un passé lointain, ou peut-être n’existait-elle pas à un moment donné et l’océan a été exposé nu à l’espace. Si c'était vrai, alors une variété d'organismes pourrait évoluer, selon la chimie et le temps. Si l'océan commençait à geler, les organismes survivants pourraient alors évoluer vers les environnements qui leur permettraient de survivre, tels que les volcans au fond de l'océan (si des volcans se formaient).
Pouvons-nous explorer la vie sur Europa si la coquille de glace est épaisse?
Si la croûte est en effet aussi épaisse, alors le forage ou la fusion à travers la glace avec des robots captifs ne serait pas pratique! Néanmoins, nous pouvons rechercher la chimie organique des océans ou la vie dans d'autres endroits. Le défi sera pour nous de concevoir une stratégie intelligente pour explorer Europa qui ne contamine pas ce qui est là, mais le trouve néanmoins. La perspective d'une épaisse couche de glace limite le nombre de sites probables où nous pourrions trouver du matériel océanique exposé. Très probablement, le matériel océanique devra être intégré sous forme de petites bulles ou poches ou sous forme de couches dans la glace qui a été remontée à la surface par d'autres moyens géologiques. Trois processus géologiques pourraient le faire:
1. Les cratères d'impact creusent la matière crustale de la profondeur et l'éjectent sur la surface, où nous pourrions le ramasser (il y a 50 ans, nous pouvions ramasser des fragments de météorite de fer sur les flancs du Meteor Crater en Arizona, mais la plupart ont été trouvés à ce jour ). Malheureusement, le plus grand cratère connu sur Europa, Tyr, a creusé des matériaux à seulement 3 kilomètres de profondeur, pas assez profondément pour s'approcher de l'océan (en raison de la géométrie et de la mécanique, les cratères creusent à partir de la partie supérieure du cratère, pas du bas). Si une poche ou une couche de matière océanique était gelée dans la croûte à faible profondeur, elle pourrait être échantillonnée par un cratère d'impact. En effet, le sol de Tire a une couleur légèrement plus orange que la croûte d'origine. Cependant, environ la moitié d'Europa était bien vue par Galileo, donc un plus grand cratère pourrait être présent du côté mal vu. Nous devrons revenir en arrière pour le découvrir.
2. Il existe des preuves solides que la coquille glacée d'Europa est quelque peu instable et a été (ou est) en convection. Cela signifie que les taches de matière crustale profonde montent vers la surface où elles sont parfois exposées sous forme de dômes de plusieurs kilomètres de large (pensez à la lampe de lave, sauf que les taches sont un matériau solide et doux comme Silly Putty). Tout matériau océanique incrusté dans la croûte inférieure pourrait alors être exposé à la surface. Ce processus pourrait prendre des milliers d'années, et l'exposition au rayonnement mortel de Jupiter serait pour le moins hostile! Mais au moins, nous pourrions enquêter et échantillonner ce qui reste derrière.
3. Resurfaçage de larges zones de la surface d'Europa où la coque glacée s'est littéralement déchirée et s'est séparée. Ces zones ne sont pas vides mais ont été remplies de nouveau matériel par le bas. Ces zones ne semblent pas avoir été inondées par des matières océaniques, mais plutôt par de la glace molle et chaude provenant du fond de la croûte. Malgré cela, il est très possible que du matériel océanique se trouve dans ce nouveau matériau crustal.
Notre compréhension de la surface et de l’histoire d’Europa est encore très limitée. Des processus inconnus pourraient se produire et ramener du matériel océanique à la surface, mais seul un retour en Europe nous le dira.
Quel avenir pour Europa?
Avec la récente annulation d'un projet d'Europa Orbiter en raison de dépassements de coûts, c'est le bon moment pour réexaminer notre stratégie d'exploration de l'océan d'Europe. Les sous-marins captifs et les sondes de forage en profondeur sont plutôt impraticables dans une croûte aussi profonde, mais les atterrisseurs de surface pourraient néanmoins être très importants. Avant d'envoyer un atterrisseur à la surface, nous devrions envoyer une mission de reconnaissance, en orbite Jupiter ou Europa, pour rechercher des expositions de matériaux océaniques et de fines taches dans la croûte, et pour repérer les meilleurs sites d'atterrissage. Une telle mission utiliserait des capacités de cartographie infrarouge considérablement améliorées pour l'identification des minéraux (après tout, les instruments Galileo ont près de 25 ans). Des instruments stéréo et laser seraient utilisés pour la cartographie topographique. Avec des études gravimétriques, ces données pourraient être utilisées pour rechercher des régions relativement minces de la croûte glacée. Enfin, Galileo a observé moins de la moitié d'Europa à des résolutions suffisantes pour la cartographie, y compris les cratères d'impact. Les cratères de cet hémisphère mal vu, par exemple, pourraient indiquer si la carapace de glace d'Europa était plus mince dans le passé.
Un Lander pour Europa?
Un atterrisseur avec un sismomètre pourrait écouter les tremblements de terre européens générés par les forces de marée quotidiennes exercées par Jupiter et Io. Les ondes sismiques peuvent être utilisées pour cartographier avec précision la profondeur jusqu'au fond de la coquille de glace, et peut-être aussi le fond de l'océan. Les analyseurs chimiques embarqués rechercheraient alors des molécules organiques ou d'autres traceurs biologiques et détermineraient potentiellement la chimie des océans, l'un des indicateurs fondamentaux des perspectives d'Europa en tant que «habitée». planète. Un tel atterrisseur aurait probablement besoin de forer plusieurs mètres pour traverser la zone de dégâts d'irradiation à la surface. Ce n'est qu'après le début de ces missions que nous pourrons alors commencer la véritable exploration de cette tentante lune de la taille d'une planète. Pour paraphraser Monty Python, «ce n'est pas encore mort!
Source d'origine: Communiqué de presse de l'USRA
