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Prévue pour amerrir dans un océan de méthane, la sonde Huygens a atterri sur une surface solide constituée essentiellement d’un mélange de glaces de méthane et d’eau. Des traces d’écoulements plus ou moins anciens ont bien été observées au cours de la descente de la sonde, mais pas la moindre goutte de liquide n’avait été mise en évidence. A quelques degrés de latitude près l’atterrisseur aurait bien pu tomber dans un lac de méthane. C’est du moins ce que révèle l’article rédigé par l’équipe scientifique du radar du vaisseau spatial Cassini qui continue son exploration de Saturne et de ses satellites. A partir des observations radar de l’hémisphère nord de Titan le 22 juillet 2006, Ellen Stofan et al., dont Pierre Encrenaz de l’Observatoire de Paris-Meudon et Philippe Paillou du Laboratoire d’Astronomie de Bordeaux, ont montré la présence de zones qui ne réfléchissaient pas le signal du radar et qui pourraient bien être des lacs extraterrestres. Leur présence et leurs caractéristiques alimentent la discussion sur la diversité et la complexité des cycles du méthane sur Titan.

E-Space & Science n°15

Titan, le plus gros satellite de Saturne atmosphère, est entouré d’une opaque aux longueurs d’onde visibles et à presque toutes les longueurs d’ondes infrarouges, ce qui rend sa surface difficilement accessible aux télescopes terrestres ou spatiaux. La sonde Cassini, qui survole régulièrement Titan, dispose d’un radar capable de sonder la surface à travers l’épaisse brume qui l’entoure. Le radar émet une onde radio à 13,78 Ghz(2,17 cm de longueur d’onde) puis détecte le faisceau réfléchi dont il mesure la durée du trajet aller-retour et d’autres caractéristiques (voir encadré). Cette valeur, ainsi que l’affaiblissement de l’intensité du faisceau réfléchi dépendent respectivement du relief, de la rugosité et des propriétés électriques du terrain balayé. Emis vers la surface avec une incidence variant de 15 à35°aucun rayonnement n’est réfléchi vers le radar quand le faisceau rencontre une zone lisse. Cela se traduit par une tâche sombre. Inversement, une surface accidentée, rugueuse ou irrégulière renvoie toujours une partie du faisceau vers le radar et apparait ainsi plus ou moins brillante.

Lors du survol de Titan, le 22 juillet 2006, le radar a balayé, à une altitude moyenne de 950 km, une région proche du Pôle Nord avec une résolution variant de 300 à 1 200 m par pixel.

La fauchée, d’une longueur de 6 130 km sur une largeur de 250 km, s’étend des latitudes septentrionales moyennes jusqu’à une latitude de 83°N. Entre 70°N et 83°N plus de 75 zones sombres ont été identifiées. Ces structures, de formes irrégulières, dont la plus grande dimension varie entre 3 et 70 km, sont associées à des chenaux et à des dépressions topographiques. Leur morphologie rappelle fortement les lacs terrestres. Ces zones pourraient bien correspondre aux premiers lacs extra-terrestres observés avec une telle précision.

Les données révèlent les particularités des structures observées. Quinze structures sont entourées de bords très escarpés. Se fondant sur la récente découverte de caldeiras cryo-volcaniques sur Titan, les auteurs émettent l’hypothèse, par comparaison avec certains lacs terrestres, que celles-ci pourraient être à l’origine de ces dépressions. Le « liquide » de remplissage proviendrait de résurgences de méthane liquide issu de nappes souterraines.D’autres structures présentent des berges découpées, beaucoup moins abruptes ; elles sont associées à un réseau de drainage évoquant un remplissage par ruissèlement. La trace des berges ne suit pas toujours les contours de la tache sombre indiquant que certains lacs auraient pu avoir un niveau plus élevé. Pour plusieurs des structures identifiées, les propriétés de la surface sont similaires à celles du terrain environnant ; il s’agirait de lacs asséchés. Les différents niveaux de remplissage indiqueraient que dans cette région de Titan, sur des échelles de temps encore inconnues, le méthane peut s’évaporer. Enfin quelques structures sont très sinueuses et ressemblent à des vallées fluviales inondées.

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Fig. 1 : Vue du pôle nord de Titan avec une partie de la fauchée radar T16 montrant les lacs. (copyright NASA/JPL, Cassini Radar Team, F. Paganelli).

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La présence d’étendues de méthane liquide est supposée depuis longtemps. Le méthane est, en effet, un des rares composés stable à l’état liquide à la surface de Titan. Ce composé est abondant dans l’épaisse atmosphère de Titan. Cette hypothèse est confortée par l’analyse fine des paramètres des données radars correspondant aux zones sombres. Les paramètres de l’onde radar réfléchie, notamment selon les travaux de modélisation de Philippe Paillou, correspondent tous à une surface lisse composée d’un matériau semblable à un hydrocarbure, par exemple, un mélange d’éthane et de méthane.

L’éventualité du remplissage des dépressions par des pluies de méthane implique l’existence d’un cycle « méthanologique » actif de ce composé à la surface et dans l’atmosphère de Titan, similaire au cycle évaporation/condensation de l’eau sur Terre. L’énorme nuage contenant de l’éthane et du méthane, découvert récemment avec le spectromètre infrarouge de Cassini au dessus du Pôle Nord de Titan, pourrait alimenter les lacs décrits dans cet article. L’existence d’un tel cycle est compatible avec la présence de nappes souterraines de méthane liquide.

Ainsi, plusieurs cycles du méthane cohabiteraient avec des échelles de temps différentes. Un cycle court, saisonnier de 29 années terrestres, correspondrait au cycle évaporation/condensation du méthane. Actuellement, le Pôle Nord étant en saison hivernale, les lacs seraient en extension, ils rétréciraient en été. Cette hypothèse pourra être vérifiée lors des prochaines acquisitions du radar de Cassini dans cette région. Des cycles beaucoup plus longs, s’étendant sur des milliers ou des millions d’années, impliqueraient, entre autres, l’activité cryo-volcanique de Titan, et expliqueraient pourquoi son atmosphère est continuellement enrichie en méthane, alors que celui-ci est détruit en permanence à haute altitude par les rayonnements ultraviolets du Soleil.

La sonde Cassini ne cesse de nous révéler le monde complexe de Titan, Lors de son dernier passage le 22 février 2007, Cassini a trouvé des lacs encore plus grands, de véritables mers. Comme le souligne Christophe Sotin dans l’analyse de cet article, « nous connaissons à ce jour un seul corps planétaire plus complexe et actif que Titan ; il s’agit de la Terre ».

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Pour en savoir plus :

  • The lakes of Titan

Stofan, E. R., Elachi C. , Lunine J. I. , Lorenz R. D. , Stiles B. , Mitchell K. L. , Ostro S. , Soderblom L. , Wood C. , Zebker H. , Wall S. , Janssen M. , Kirk R. , Lopez R. , Paganelli F. , Radebaugh J. , Wye L. , Anderson Y. , Allison M. , Boehmer R. , Callahan P. , Encrenaz P. , Flamini E. , Francescetti G. , Gim Y. , Hamilton G. , Hensley S. , Johnson W. T. K. , Kelleher K. , Muhleman D. , Paillou P. , Picardi G. , Posa F. , Roth L. , Seu R. , Shaffer S. , Vetrella S. , West R., Nature Letters, vol. 445, pp 61-64, 4 january 2007

  • Titan’s lost seas found

Sotin C. Nature News & Views, vol. 445, pp 29-30, 4 january 2007

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