Des fissures d’expansion dans la lune glacée de Saturne font exploser l’océan intérieur

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En 2006, le vaisseau spatial Cassini de la NASA a enregistré des rideaux de geyser sortant de fissures semblables à des « rayures de tigre » près du pôle sud de la lune Encelade de Saturne. « Geyser » est un terme utilisé pour décrire une source chaude qui éclate périodiquement, crachant une colonne d’eau chaude et de vapeur dans l’air. Selon les scientifiques responsables de la sonde, certains de ces jets projetaient parfois 200 kg d’eau par seconde.

Une nouvelle étude suggère comment l’expansion de la glace au cours de cycles de refroidissement millénaires peut parfois percer la croûte glacée de la lune et laisser sortir son océan intérieur, fournissant une explication possible aux geysers.

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Encelade, lune de Saturne, avec ses « rayures de tigre » couvertes de bleu. Crédit : NASA/ESA/JPL/SSI/Équipe d’imagerie Cassini

Encelade a un diamètre d’environ 504 kilomètres, soit à peu près la longueur du Royaume-Uni à son point le plus long. La lune est recouverte de glace de 20 à 30 kilomètres d’épaisseur, et la température de surface est d’environ -201°C.

Une décennie de données de la mission Cassini a fourni la preuve d’un océan liquide au plus profond de la coquille glacée, s’échappant dans l’espace par le «cryovolcanisme» en cours. Comment un si petit endroit froid peut-il supporter une telle activité géologique est un casse-tête scientifique persistant.

« Cela a captivé l’attention des scientifiques et du grand public », a déclaré Max Rudolph, professeur adjoint de géophysique à l’Université de Californie (AGU) à Davis et auteur principal de la nouvelle étude, publiée dans Lettres de recherche géophysiquele journal de l’AGU pour les études à fort impact.

Rudolph et ses collègues ont exécuté un modèle basé sur la physique pour cartographier les conditions qui pourraient permettre aux fissures de surface d’atteindre l’océan et de provoquer les éruptions.

Le modèle explique les cycles de chauffage et de refroidissement qui durent à l’échelle de cent millions d’années, associés aux changements d’orbite d’Encelade autour de Saturne. « Au cours de chaque cycle, la croûte de glace passe par une période d’amincissement et une période d’épaississement. L’épaississement se produit par le gel à la base de la coquille de glace, qui pousse vers le bas comme la glace dans un lac », a déclaré Rudolph.

La pression exercée par cette glace qui s’étend vers le bas dans l’océan est un mécanisme possible que les chercheurs ont proposé pour expliquer les geysers d’Encelade. Au fur et à mesure que la couche externe de glace se refroidit et s’épaissit, la pression s’accumule dans l’océan en dessous car la glace a plus de volume que l’eau. L’augmentation de la pression crée également des contraintes sur la glace, qui peuvent devenir des voies permettant au fluide d’atteindre la surface à 20 à 30 kilomètres de distance.

Des études antérieures ont analysé les fissures de la lune Encelade de Saturne

Selon la nouvelle étude, la pression océanique serait probablement suffisante pour faire craquer les rayures de tigre vues à la surface d’Encelade. Cependant, la pression ne serait jamais assez grande pour expulser l’eau à la surface, lorsque la pressurisation de l’océan et la contraction thermique sont prises en compte, excluant cette explication proposée pour le geyser.

« Je trouve intéressant que le modèle proposé puisse expliquer la formation d’une fissure initiale qui aurait pu conduire à la formation de multiples fissures (rayures de tigre) au pôle sud d’Encelade », a déclaré Miki Nakajima, professeur adjoint d’astronomie au Université de Rochester, qui n’a pas participé à l’étude Rudolph. Elle considère la proposition de l’équipe de Rudolph comme « noble et prometteuse ».

Pour sa part, Rudolph a déclaré qu’un mécanisme proposé pour la première fois par Nakajima et Andrew Ingersoll dans une étude de 2016 pourrait expliquer les éruptions. Ces chercheurs ont proposé que l’eau pénétrant dans ces fissures soit exposée à l’espace – Encelade n’a pas d’atmosphère – et bout spontanément lorsqu’elle atteint le vide.

Rudolph a déclaré que cela est cohérent avec l’apparence de la surface d’Encelade, qui ne montre aucune preuve de coulées de cryo-lave s’échappant des fissures de la surface.

Pendant ce temps, certaines preuves montrent que la lune de Jupiter Europa, un autre monde glacé de la taille de la lune terrestre, peut également connaître des éruptions similaires, bien que l’on en sache moins sur l’activité qui s’y déroule. « Ce mécanisme de pression océanique et d’éruption spontanée ne peut pas expliquer le cryovolcanisme qui pourrait se produire sur Europa », a déclaré Rudolph.

Plus de recherches et d’observations sur cette lune sont nécessaires pour déterminer les causes possibles de ces éruptions. Rudolph attend avec impatience la mission Europa Clipper, pour laquelle un vaisseau spatial est en cours d’assemblage par la NASA pour en savoir plus sur les processus géologiques sur Europa.

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