gov-civil-vilareal.ptPrévisions pour la lune de Jupiter Ganymède : Extrêmement froide et… humide ?
>En utilisant une combinaison d'anciennes et de nouvelles données du télescope spatial Hubble, des astronomes ont trouvé de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de la lune de Jupiter, Ganymède, de la taille d'une planète !
C'est une nouvelle très cool, littéralement : sur la majeure partie de la lune, il fait trop froid pour la vapeur d'eau, mais dans certains endroits où il fait le plus chaud, ils en ont trouvé la plus grande abondance, indiquant clairement qu'elle vient de la lumière du soleil chauffant la surface. De plus, bizarrement, une contribution du champ magnétique ridiculement féroce de Jupiter.
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Ganymède est la plus grosse lune du système solaire , plus gros que Mercure, et s'il n'était pas en orbite autour de Jupiter, il serait considéré comme une planète à part entière. En fait, il est si grand qu'il est différencié, ce qui signifie qu'il a des choses lourdes comme du fer fondu et du nickel dans son noyau, une couche de roche, puis entre cela et la surface un substantiel océan d'eau liquide à plusieurs centaines de kilomètres de profondeur !
Ganymède, la plus grande lune de Jupiter, a une atmosphère extrêmement ténue contenant de la vapeur d'eau, causée par la lumière pâle du soleil qui réchauffe la surface. Crédit : ESA/Hubble, J. daSilva
La surface est principalement constituée de roche et de glace, et la croûte est très épaisse. Il est peu probable que l'eau de l'océan souterrain puisse remonter à la surface.
Cependant, des observations utilisant le spectrographe imageur du télescope spatial (ou STIS) sur Hubble en 1998*a montré de l'oxygène atomique gazeux brillant comme une aurore sur la surface de Ganymède. La lune a un champ magnétique faible (généré par son noyau de fer) qui interagit avec celui, extrêmement puissant, de Jupiter. Cela donne à l'énergie atomique de l'oxygène, la faisant briller.
Des observations dans l'ultraviolet lointain en 1998 de la lune de Jupiter Ganymède par le spectrographe imageur du télescope spatial à bord de Hubble montrent qu'elle a une fine atmosphère d'oxygène atomique, brillant comme une aurore en raison du faible champ magnétique de Ganymède. Les modèles ont également indiqué la présence de vapeur d'eau, découverte en 2021. Crédit : NASA/ESA/Lorenz Roth
Mais d'où vient l'oxygène ? Les modèles de la surface ont également prédit la présence de molécules d'eau, qui seraient claquées par des particules subatomiques accélérées par le champ magnétique de Jupiter. Cela les séparerait, créant de l'oxygène. Mais aucune eau n'a été détectée.
Les astronomes ont donc fait de nouvelles observations ultraviolettes de Ganymède à l'aide du spectrographe d'origines cosmiques à bord de Hubble . Ils ont mesuré très soigneusement deux longueurs d'onde différentes (considérez-les comme des couleurs) de lumière UV et ont découvert que le rapport de la luminosité des deux nécessite la présence de vapeur d'eau ; aucune autre explication n'est plausible.
C'est donc une découverte indirecte mais une découverte quand même ! Remarquez que l'atmosphère est extraordinairement mince, à peu près un milliard de molécules par centimètre cube. Par comparaison, l'air que vous respirez est 10 milliards fois plus dense. Se tenir sur Ganymède n'est pas très différent de se tenir dans le vide.
Fait intéressant, la vapeur d'eau est la plus abondante à la surface de ce qu'on appelle le point subsolaire , où le soleil brille droit vers le bas (pensez-y comme là où il est midi). C'est la partie la plus chaude de la surface, il est donc clair que la vapeur provient de la lumière du soleil réchauffant suffisamment la surface pour que les molécules d'eau puissent se transformer directement de la glace en gaz, un processus appelé sublimation . Cela en fait la toute première et unique détection à ce jour de vapeur d'eau sublimée par la lumière du soleil provenant de la glace de n'importe quelle lune du système solaire externe. Plutôt cool.
Tour d'horizon de la découverte de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de Ganymède. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Une partie de tout cela que j'ai trouvé particulièrement chouette est qu'ils ont trouvé plus de vapeur d'eau du côté arrière de Ganymède que du côté avant. Comme toutes les lunes du système solaire, Ganymède tourne une fois pour chaque orbite autour de Jupiter, gardant la même face vers elle (comme notre Lune le fait avec la Terre). Ce n'est pas un hasard . Mais cela signifie également qu'un hémisphère de la lune fait toujours face à la direction dans laquelle il se déplace (comme le pare-brise d'une voiture), appelé le hémisphère dominant , et l'autre est toujours tourné vers l'extérieur, c'est donc le hémisphère arrière .
Mais. Ganymède met une semaine pour orbiter Jupiter une fois tandis que Jupiter tourne une fois tous les 10 heures . Cela signifie que le champ magnétique de Jupiter tourne beaucoup plus rapidement que les orbites de Ganymède, ce qui signifie que le champ magnétique balaie l'hémisphère arrière de la lune. Encore une fois, de nombreuses particules subatomiques sont capturées dans le champ, elles frappent donc la surface à l'arrière de Ganymède. Cela change la chimie de la glace là-bas, l'assombrissant légèrement, de sorte qu'elle est en fait légèrement plus chaude au soleil, environ -131° C (-204° F) contre -125° C (-193° F). Ce n'est pas beaucoup, mais cela aide à créer plus de vapeur d'eau du côté arrière que du côté avant.
La vapeur d'eau n'existe qu'au point subsolaire, qui change au cours de l'orbite de Ganymède ; à mesure que vous regardez plus loin de ce point, le montant diminue précipitamment. Mais lorsque le point subsolaire est sur l'hémisphère arrière, il y a beaucoup plus de vapeur d'eau, d'un facteur de six fois , car il fait un peu plus chaud. C'est incroyable.
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La surface spectaculaire de l'énorme lune Ganymède de Jupiter, vue par la sonde Juno le 7 juin 2021. Crédit : NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Nous connaissons l'existence de lunes autour de Jupiter depuis au moins l'époque de Galilée, il y a plus de 400 ans. Mais nous en apprenons encore à leur sujet, via des modèles informatiques de la chimie et de la physique tempérés par des observations prises sur Terre et par vaisseau spatial en orbite . En juin 2022 l'Agence spatiale européenne prévoit de lancer le Jupiter Icy Moons Explorer , ou JUICE (j'adore ça), qui – après son arrivée en 2030 – orbitera autour de trois des lunes de Jupiter, dont Ganymède. Que trouverons-nous alors ? Surtout à Europa, où l'océan sous-jacent peut très bien fuir à la surface ?
Restez à l'écoute. Ce sera quelque chose de merveilleux.
* Divulgation complète : De 1995 à 2000, j'ai fait partie de l'équipe qui a construit et calibré STIS. C'est l'une des raisons pour lesquelles j'aime écrire sur toutes les observations qui l'utilisent !
