C'est pas sorcier
L'eau dans l'espace
Objectif Lunes !
► Les satélites des planètes de notre système solaire sont parfois plus intriguants que les planètes elles-mêmes. Voici une sélection de missions qui ont pour objectif les satelites de Jupiter et Saturne.
♦ La sonde Galileo
Lancé 04/08/2007 - Arrivée 26/05/2008
Agence : NASA Mission terminée
Distance parcourue
4 631 778 000 km
Galileo est une sonde de la NASA qui avait pour objectif d'étudier Jupiter et ses lunes. La sonde a pour masse 2,2 tonnes et embarque une sonde atmosphérique chargée d'analyser l'atmosphère de Jupiter.
Galileo précise les informations recueillies par les sondes précédentes notamment Voyager 1 et Voyager 2 dont nous avons parlé précédemment.
En effet, la sonde atmosphérique larguée peu avant l'arrivée sur Jupiter détecte beaucoup moins d'eau que prévu, remettant en question les théories sur la formation de Jupiter et celle du système solaire. Néanmoins, la sonde a permis de confirmer le fait que le satellite Europe possédait un océan sous sa couche de glace. Elle a pu aussi prendre beaucoup de photographies du système Jovien, ce qui a renseigné les scientifiques sur les caractéristiques des satellites de Jupiter
La sonde spatiale Galileo est composée d'un orbiteur et d'une sonde atmosphérique larguée avant l'arrivée de la sonde sur Jupiter et qui a pour objectif d’analyser sa composition chimique ainsi que ses caractéristiques.
L’orbiteur a pour dimensions 6,2m et une masse de 2 223kg avec pas moins de 118kg d’instruments scientifiques à son bord.
Les images prises par Galileo montrent des blocs de croutes ressemblant à des icebergs, inclinés ou et semblant avoir pivotés sur place comme si la pression les avait libérés puis fait tourner. La surface est également marquée par de longues arêtes et fractures entourées de bandes de roches et de glaces de couleur sombre.
Le processus à l'œuvre résulte sans doute des forces de marée générées par Jupiter et les autres lunes qui soulèvent la surface de plusieurs dizaines de mètres chaque jour en brisant la croûte de glace et provoquant des éruptions volcaniques de glace et des geysers. Tout ceci ne peut s'expliquer que si la couche de glace de surface est lubrifiée par en-dessous soit par de la glace chaude soit par de l'eau à l'état liquide. Le volume total de l'océan d'Europe serait deux fois superieur à celui des nôtres.
Photomontage des clichés de la sonde. De haut en bas : Io, Europe, Ganymède et Callisto.
Un cratère sur la surface d'Europe
Galileo en préparation dans une salle blanche de la NASA
La sonde au moment de son détachement de la navette spatiale.
En plus d'Europe, la sonde Galileo a révélé que Callisto était composée de roches et de glaces, et qu’il y avait un océan d’eau liquide qui se situait à plus de 100 km sous la surface du satelite. Enfin, des scientifiques ont émis l’hypothèse que, à 200 km de profondeur, entre les blocs de glace de Ganymède, se trouverait un océan d’eau liquide dans le satellite. Ces océans se formeraient à cause de l'attraction gravitationelle de Jupiter qui déforme les satellites gelés, créant une friction et une production de chaleur au niveau du noyau des satellites. La chaleur faisant fondre la glace, cela expliquerait la présence d'océans loin de toute source de chaleur.
♦ Le programme CASSINI-HUYGENS
Lancé 15/10/1997 - Arrivée 01/07/2004
NASA & ESA - Mission en cours - Fin 2017
C’est la première mission qui est à destination de Saturne. La NASA a élaboré le module orbital CASSINI et l’ESA a fabriqué la sonde HUYGENS. C’est une sonde qui pourrait nous aider à améliorer nos connaissances quant aux mécanismes chimiques qui ont abouti à l’apparition de la vie sur Terre.
C’est en décembre 2004 que CASSINI “lâche” HUYGENS dans l’atmosphère de Titan afin qu’il commence ses nombreuses analyses pour une arrivée prévue le 14 janvier 2005.
▬ Les instruments de Huygens
Saturne vue par Cassini
L’ACP (Aerosol Collector Pyrolyser) a pour objectif scientifique la détermination de la composition chimique des aérosols de l'atmosphère de Titan.
L'instrument HASI (Huygens Atmospheric Structure Instruments) a mesuré les paramètres physiques de l'atmosphère, tels que la température et la pression.
Le DISR (Descent Imager/Spectral Radiometer) a permis d'étudier le rayonnement solaire dans l'atmosphère et sa diffusion par les aérosols dans le domaine spectral 0,85 - 1,27 µm. Des images étonnantes de la surface, présentant une morphologie complexe, ont été obtenues par l'imageur de DISR. Le flux solaire étant très absorbé au niveau du sol, une lampe a été allumée peu avant l'atterrissage afin d'augmenter la luminosité.
Des gaz atmosphériques ont été recueillis et analysés chimiquement par l'instrument GCMS (Gas Chromatograph Mass Spectrometer), ce qui a permis une identification et une mesure des composés présents.
Les instruments du SSP (Surface Science Package) avaient pour objectif de déterminer les propriétés physiques de la surface pendant les quelques minutes de vie prévues de la sonde après son atterrissage.
Les différentes étapes du larguage du module Huygens.
▬ La sonde Cassini
Elle a permis d'obtenir des informations sur l'atmosphère de satellites comme Encelade. Ce satellite recouvert de glace possède une activité volcanique qui permet l'apparition de geysers. Ces derniers ont été analysés et étaient composés de particules de glace. Il y a t-il un océan sous sa surface ?
La sonde CASSINI, en orbite autour de Saturne, étudie la planète géante, ses anneaux et ses satellites avec 12 instruments scientifiques. Ces derniers permettent des études variées de l'environnement de Saturne (magnétosphère, plasma et particules chargées) des atmosphères de Saturne, Titan et Encelade et des surfaces des satellites dans toutes les gammes de longueurs d'onde, des ondes radios à l'UV en passant par le radar, le visible et l'infrarouge.
Vue d'artiste de la sonde Cassini (au centre), avec le module Huygens (à gauche) en direction du satellite Titan.
Vue polaire de la trajectoire de la sonde CASSINI HUYGENS lors de la mise en orbite le 1 Juillet 2004. La sonde survole les anneaux à une altitude de 18 000 km. L'allumage des moteurs pendant environ 1h30 permet de donner à la sonde la vitesse nécessaire à sa mise en orbite. La sonde traverse le plan des anneaux en deux points situés entre les anneaux F et G.
Position des différents satéllites autour de Saturne.
♦ La sonde JUICE (JUpiter Icy moons Explorer)
Lancement prévu en 2022 - Arrivée en 2030
Coopération entre l'ESA et la NASA
Après les sondes Voyager, l'exceptionnelle mission de Galileo et en attendant la mission Juno (qui s'intéressera principalement à la formation de Jupiter, qu'elle atteindra en 2016), Juice sera la quatrième sonde à s'intéresser à la géante gazeuse et à certains de ses satellites.
La sonde spatiale va être mise en place par l’organisation européenne ESA d’ici 2022. Elle arriverait en 2025 vers Jupiter et ses satellites. L’objectif principal de cette mission est de partir explorer les satellites naturels de Jupiter plus particulièrement Europa, Callisto, et Ganymède et la planète elle-même en détails.
Les scientifiques ont choisi spécialement ces trois satellites naturels au détriment des soixante-sept. Nous l'avons vu précédemment, Europe, Ganymède et Callisto aurait des océans sous leur paroies gelées.
Ainsi, ces trois satellites ont en commun la présence d’eau liquide dans leur profondeur, ce qui constitue une découverte capitale pour l’avenir du domaine spatial, c’est donc une des raisons pourquoi l’ESA a choisi d’aller explorer ses trois satellites. Elles sont d’ailleurs proches les unes des autres.
Attention, il existe beaucoup d’autres lunes de Jupiter ou même de Saturne qui contiennent des océans d’eau liquide comme Titan, Encelade, Mimas,…
Il existe plusieurs autres objectifs de cette mission selon le programme de la mission JUICE mis en place par l’ESA qui se place dans deux cadres majeurs:
■ Dans le cadre de « L’Exploration de la Zone Habitable » par l’ESA.
> Déterminer les caractéristiques de Ganymède en tant que planète et en tant qu’habitat potentiel
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Déterminer l'étendue de l'océan et ses interactions avec le noyau rocheux de la lune
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Déterminer les caractéristiques de la croûte glacée
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Comprendre le processus de formation des structures présentes en surface et rechercher les indices d'activités passées et présentes
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Déterminer les caractéristiques de l'environnement local et ses interactions avec la magnétosphère de Jupiter
> Explorer les régions d'Europe, sièges d'activités récentes
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Déterminer la composition des matériaux autres que la glace en particulier lorsqu'ils peuvent concerner l'habitabilité de la lune
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Rechercher l'eau sous forme liquide dans les régions les plus actives
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Étudier les processus ayant laissé des traces récentes
> Étudier Callisto en tant que vestige du système jupitérien initial
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Déterminer les caractéristiques des couches externes y compris les océans
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Étudier l'activité passée
■ Etude du système jovien (Jupiter et ses satélites)
> Déterminer les caractéristiques de l'atmosphère de Jupiter
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Dynamique et circulation de l'atmosphère
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Déterminer la composition de l'atmosphère et les processus chimiques
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Déterminer la structure verticale de l'atmosphère
> Explorer la magnétosphère de Jupiter
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Étudier les propriétés du magnéto-disque jupitérien et son rôle d'accélérateur de particules
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Comprendre le rôle des lunes en tant que source et puits du plasma magnétosphérique
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Étudier les processus ayant laissé des traces récentes
> Étudier les satellites de Jupiter et le système d'anneaux
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Étudier l'activité d'Io et la composition de sa surface
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Déterminer les caractéristiques principales des anneaux de Jupiter et des petits satellites de la planète géante
➔Nous nous intéressons davantage au cadre de « l’Exploitation de la Zone Habitable » et de la possibilité d'une forme de vie sur ces satellites naturels.
Ayant de l’eau liquide, ces lunes de Jupiter pourraient être habitées par l'homme si les chercheurs arrivent à trouver toutes les conditions nécessaires. Ces dernières sont développées dans la troisième partie. L’eau est vitale pour les astronautes, et on peut la trouver en grande quantité sur ces trois satellites, ce qui représente une découverte extraordinaire pour l’Homme.
▬ Parcours de JUICE dans l'espace
A compter de son lancement à bord d’une fusée type Ariane 5, il faudra 7 ans à JUICE pour arriver à destination. Elle devra faire le tour de la Terre, puis de Vénus, ensuite retourner vers la Terre afin de se diriger pleine vitesse vers Saturne. Elle tournera en orbite autour des lunes de Jupiter pendant trois ans avant la fin de la mission qui est prévue pour 2033.
▬ Le fonctionnement de la sonde ou comment peut-elle nous apporter les résultats des ses recherches :
La sonde embarquera avec 11 instruments à son bord venant des quatre coins du globe (Europe, Japon et Amerique) ainsi qu’avec 60 à 75m² de panneaux solaires.
Voici la liste des instruments fournis par l'ESA pour le module JUICE :
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Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator (JANUS) un système de caméras
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Moons and Jupiter Imaging Spectrometer (MAJIS), spectromètre d'imagerie
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UV Imaging Spectrograph (UVS), spectromètre des ondes Ultraviolettes.
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Sub-millimetre Wave Instrument (SWI), mesure des longueurs ondes en-dessous du milimètre.
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Ganymede Laser Altimeter (GALA), mesure l'altitude sur Ganymède avec un laser.
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Radar for Icy Moons Exploration (RIME), radar pour l'exploration des lunes.
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Magnetometer for JUICE (J-MAG), mesure les ondes magnétiques.
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Particle Environment Package (PEP), un assemblage d'éléments électroniques pour analyser les particules environnantes.
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Radio & Plasma Wave Investigation (RPWI), mesure les ondes radios et les ondes de plasma.
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Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM), mesure l'intensité de la gravité des lunes et de Jupiter, ainsi que leurs particularités physiques.
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Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment (PRIDE), superpose les ondes radio provenants des planètes afin de les analyser.
Nous venons de voir que les satelites naturels de Saturne et Jupiter pourraient accueillir la vie, car ils possèdent de l'eau. Quels autres corps pouvons-nous étudier pour trouver l'origine de l'eau sur Terre ? Nous allons maintenant étudier les sondes à destination des comètes et autres astéroïdes...