La sonde Cassini de la NASA vient de repérer un mystérieux nuage de glace au-dessus de Titan, la plus grande lune de Saturne, et son apparition remet en question tout ce que nous pensions savoir sur l’atmosphère de cette lune.
Repéré pour la première fois il y a plusieurs dizaines d’années par le vaisseau Voyager 1 de la NASA, le nuage est réapparu pour la deuxième fois et il est constitué de composés qui n’existent pratiquement pas dans l’atmosphère de Titan. Alors, d’où vient-il ?
“L’apparition de ce nuage de glace va à l’encontre de tout ce que nous savons sur la façon dont les nuages se forment sur Titan”, a déclaré la chercheuse principale Carrie Anderson du Goddard Space Flight Centre de la NASA.
Lorsque Voyager 1 a repéré pour la première fois ce nuage dans la stratosphère de Titan lors de son survol de Saturne en 1980-81, les scientifiques ont déterminé qu’il était formé d’un composé de carbone et d’azote appelé dicyanoacétylène (C4N2).
Le C4N2 est un composé clé pour Titan, car il fait partie d’un “cocktail chimique” unique qui donne à la lune son atmosphère brumeuse et orange brûlé.
Mais il y a eu un problème : dans la stratosphère où le nuage de C4N2 s’est formé, les scientifiques ont détecté moins de 1 % du gaz C4N2 nécessaire à la condensation et à la formation du nuage.
En d’autres termes, il n’y a tout simplement pas assez de C4N2 dans la stratosphère de Titan pour faciliter la formation du nuage, selon notre compréhension actuelle des lois de la thermodynamique.
Aujourd’hui, la sonde Cassini de la NASA vient de renvoyer les données de son dernier survol de Titan et révèle que le même type de nuage existe, dans la stratosphère de la lune géante, et qu’il est toujours constitué d’une quantité “impossible” de C4N2.
Titan est l’un des endroits les plus passionnants de notre système solaire, car il s’agit en fait d’une version gelée de la Terre, avec des chaînes de montagnes et des dunes ondulantes à sa surface, protégée par une atmosphère épaisse et brumeuse.
En fait, Titan est la seule lune du système solaire connue pour maintenir une atmosphère aussi dense et riche en azote, et c’est le seul corps céleste autre que la Terre à posséder des bassins stables de liquide à sa surface.
“À bien des égards, Titan, la plus grande lune de Saturne, est l’un des mondes les plus semblables à la Terre que nous ayons découverts à ce jour”, explique la NASA.
“Avec son atmosphère épaisse et sa chimie riche en matière organique, Titan ressemble à une version gelée de la Terre, il y a plusieurs milliards d’années, avant que la vie ne commence à pomper l’oxygène dans notre atmosphère.”
Si vous regardez Titan, en passant outre toute cette brume orangée, vous pouvez voir à quel point il ressemble à notre propre planète :
Image composite de Titan. Crédit : NASA
Les chercheurs pensent que les processus observés ici sur Terre pourraient être la clé de ce qui se passe dans l’atmosphère de Titan pour former son mystérieux nuage.
Sur Terre, nos nuages se forment grâce à un cycle continu d’évaporation et de condensation de l’eau. L’une des nombreuses caractéristiques terrestres de Titan est que le même type de cycle se déroule dans la troposphère de Titan – la couche la plus basse de l’atmosphère, située juste en dessous de la stratosphère – mais avec du méthane au lieu de l’eau.
Tout porte à croire que les éléments de la troposphère de Titan suivent les mêmes règles que ceux de notre propre troposphère – et c’est là que l’on pense que les différents modèles météorologiques trouvent leur origine, tout comme sur Terre. Mais un processus de condensation différent semble avoir lieu dans la stratosphère aux pôles nord et sud de Titan.
Comme l’explique la NASA, les schémas de circulation obligent les gaz chauds à se déplacer vers le bas au pôle, ce qui entraîne la condensation des couches de gaz qui descendent dans les couches de plus en plus froides de la stratosphère polaire.
Cela signifie que des nuages peuvent se former dans la stratosphère de Titan car les niveaux de température et de pression de l’air aux pôles sont suffisants pour que cette vapeur se condense en glace et atteigne une sorte d'”équilibre”.
“Pour les nuages qui se condensent, cet équilibre est obligatoire, comme la loi de la gravité”, explique l’un des chercheurs, Robert Samuelson, du Goddard Space Flight Centre de la NASA.
Tout cela est assez simple, et Titan serait parfaitement normal si ce n’est que le nuage de sa stratosphère est constitué de dicyanoacétylène (C4N2).
“Les chiffres ne tiennent pas pour le nuage composé de dicyanoacétylène”, explique la NASA. “Les scientifiques ont déterminé qu’il leur faudrait au moins 100 fois plus de vapeur pour former un nuage de glace à l’endroit où le sommet du nuage a été observé par le CIRS [spectromètre infrarouge composite] de Cassini”
Bien que rien n’ait encore été confirmé, l’hypothèse principale de l’équipe pour expliquer pourquoi c’est le cas est basée sur les nuages qui existent dans l’atmosphère terrestre et qui endommagent notre couche d’ozone.
Comme l’explique Rachel Feltman pour le Washington Post, certains nuages au-dessus de la Terre ne se condensent pas du tout et se forment à la place par une sorte de chimie de l’état solide basée sur les interactions des particules de glace.
C’est ainsi que les produits chimiques à base de chlore présents dans la pollution se frayent un chemin jusqu’à la stratosphère terrestre et finissent par ronger la couche d’ozone. Un processus similaire pourrait permettre la production de nouvelles réserves de C4N2 dans la stratosphère de Titan.
“[L]e canoacétylène, un composé plus courant contenant de l’hydrogène, du carbone et de l’azote, pourrait être recouvert de cyanure d’hydrogène lorsqu’il descend dans la stratosphère sous forme de cristaux de glace.
Si les rayons ultraviolets du Soleil frappaient un de ces cristaux de glace à double couche, la réaction chimique qui en résulterait libérerait du dicyanoacétylène et de l’hydrogène. Voilà, un nuage !”
L’hypothèse devra être confirmée par d’autres observations de Cassini, donc d’ici là, le nuage de Titan reste un mystère.
Et comme la mission de Cassini touche à sa fin l’année prochaine, le temps presse. Espérons que la sonde spatiale la plus performante du système solaire pourra nous donner des réponses d’ici là.
Les recherches ont été publiées dans Geophysical Research Letters.