Décryptage des mers d'hydrocarbures de Titan : les dernières révélations du radar Cassini sur la plus grande lune de Saturne

Des chercheurs de l'Université Cornell ont utilisé des données radar bistatiques de CassiniLes survols de Titan ont permis d'analyser les propriétés de surface de ses mers d'hydrocarbures. L'étude identifie des variations de rugosité et de composition de la surface, suggérant que divers processus géologiques et météorologiques sont à l'œuvre.

Une nouvelle étude des données d'expérience radar de la mission Cassini-Huygens Saturne a apporté de nouvelles informations sur la composition et l'activité des mers d'hydrocarbures liquides près du pôle nord de Titan, la plus grande des 146 lunes connues de Saturne.

Le point essentiel à retenir : en utilisant les données de plusieurs expériences de radar bistatique, une équipe de recherche dirigée par l'Université Cornell a pu analyser et estimer séparément la composition et la rugosité des surfaces marines de Titan, ce que les analyses précédentes de données radar monostatiques n'avaient pas pu réaliser. Cela contribuera à ouvrir la voie à de futurs examens combinés de la nature des mers de Titan à l'aide des données de Cassini.

Valerio Poggiali, chercheur associé à l'Université Cornell, est l'auteur principal de « Surface Properties of the Seas of Titan as Revealed by Cassini Mission Bistatic Radar Experiments », publié le 16 juillet dans Nature Communications.

Représentation artistique de la sonde Cassini de la NASA lors de sa « grande finale » de 2017, au cours de laquelle la sonde a plongé plusieurs fois entre Saturne et ses anneaux avant de s'écraser volontairement dans l'atmosphère de la planète. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Expériences de radar bistatique

Une expérience radar bistatique consiste à diriger un faisceau radio depuis le vaisseau spatial vers la cible (dans ce cas Titan) où il est réfléchi vers l'antenne de réception sur Terre. Cette réflexion de surface est polarisée, ce qui signifie qu'elle fournit des informations recueillies à partir de deux perspectives indépendantes, contrairement à celles fournies par les données radar monostatiques, où le signal réfléchi revient vers le vaisseau spatial.

« La principale différence », a déclaré Poggiali, « est que les informations bistatiques constituent un ensemble de données plus complet et sont sensibles à la fois à la composition de la surface réfléchissante et à sa rugosité. »

Découvertes des mers polaires de Titan

Les travaux actuels ont utilisé quatre observations radar bistatiques, collectées par Cassini lors de quatre survols en 2014 (les 17 mai, 18 juin, 24 octobre et 14 novembre 2016). Pour chaque observation, des réflexions de surface ont été observées lorsque le vaisseau spatial s'est rapproché de Titan (entrée), puis à nouveau lorsqu'il s'est éloigné (sortie). L'équipe a analysé les données des observations de sortie des trois grandes mers polaires de Titan : Kraken Mare, Ligeia Mare et Punga Mare.

Ligeia Mare, représentée ici par des données obtenues par la sonde spatiale Cassini de la NASA, est la deuxième plus grande étendue de liquide connue sur Titan, la lune de Saturne. Elle est remplie d'hydrocarbures liquides, tels que l'éthane et le méthane, et fait partie des nombreuses mers et lacs qui ornent la région polaire nord de Titan. Crédits : NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

Composition et dynamique de surface

Leurs analyses ont révélé des différences dans la composition des couches superficielles des mers d'hydrocarbures, en fonction de la latitude et de l'emplacement (près des rivières et des estuaires, par exemple). Plus précisément, la partie la plus méridionale de Kraken Mare présente la constante diélectrique la plus élevée, une mesure de la capacité d'un matériau à réfléchir un signal radio. Par exemple, l'eau sur Terre est très réfléchissante, avec une constante diélectrique d'environ 80 ; les mers d'éthane et de méthane de Titan mesurent environ 1,7.

Les chercheurs ont également constaté que les trois mers étaient pour la plupart calmes au moment des survols, avec des vagues de surface ne dépassant pas 3,3 millimètres. Un niveau de rugosité légèrement plus élevé – jusqu'à 5,2 mm – a été détecté près des zones côtières, des estuaires et des détroits interbassins, ce qui pourrait indiquer la présence de courants de marée.

Plus grande que la planète Mercure, la gigantesque lune Titan est ici en orbite autour de Saturne. Sous Titan se trouvent les ombres projetées par les anneaux de Saturne. Cette vue en couleurs naturelles a été créée en combinant six images prises par la sonde spatiale Cassini de la NASA le 6 mai 2012. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Implications et recherches futures

« Nous avons également des indications selon lesquelles les rivières qui alimentent les mers sont constituées de méthane pur », a déclaré Poggiali, « jusqu’à ce qu’elles se jettent dans les mers liquides ouvertes, qui sont plus riches en éthane. C’est comme sur Terre, lorsque les rivières d’eau douce se jettent et se mélangent à l’eau salée des océans. »

« Cela correspond bien aux modèles météorologiques de Titan », a déclaré Philip Nicholson, co-auteur et professeur d'astronomie, « qui prédisent que la « pluie » qui tombe de son ciel est susceptible d'être constituée presque entièrement de méthane, mais avec des traces d'éthane et d'autres hydrocarbures. »

Selon Poggiali, des travaux supplémentaires sont déjà en cours sur les données générées par Cassini au cours de ses 13 années d'observation de Titan. « Il existe une mine de données qui attendent encore d'être entièrement analysées de manière à pouvoir aboutir à davantage de découvertes », a-t-il déclaré. « Ce n'est qu'une première étape. »

D'autres contributeurs à cet ouvrage proviennent de l'Université de Bologne, de l'Observatoire de Paris, NASALaboratoire de propulsion à réaction (JPL); l'Institut de technologie de Californie ; et le Massachusetts Institute of Technology.

Cette recherche a bénéficié du soutien de la NASA et de l’Agence spatiale italienne.