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Des jets de vapeur d'eau sur Europe

Europe, un satellite glacé de Jupiter, est un des lieux du Système solaire où il y a le plus de chance de trouver des traces de vie. Sous sa croûte de glace se cache en effet très probablement un vaste océan d’eau liquide. Des astronomes viennent d’annoncer lors d'une conférence de presse avoir observé grâce au téléscope spatial Hubble de nouveaux indices que des panaches de vapeur d'eau jaillissent dans l'espace par intermittence au pôle sud d'Europe. Ces résultats seront publiés prochainement dans la revue The Astrophysical Journal.

« S'il y a bien des geysers qui jaillissent de la surface d'Europe, c'est important », explique William Sparks, astronome au Space Telescope Science Institute à Baltimore et auteur principal de l'étude, « car cela signifie que nous pourrions explorer cet océan à la recherche de molécules organiques ou de traces de vie sans avoir à forer des kilomètres de glace ». Ces panaches suggèrent aussi l'existence d'une source d'énergie à l'intérieur d'Europe, qui pourrait être exploitée par les organismes vivants.

En utilisant le spectrographe STIS du télescope Hubble, l'équipe de Sparks a observé Europe en ultraviolet à 10 reprises entre la fin 2013 et début 2015, alors qu'elle passait devant Jupiter. Lors de ces transits, ils ont cherché à déceler l'ombre de panaches dépassant du disque sombre d’Europe, en contre jour par rapport à la surface plus brillante de Jupiter. L'analyse des images a révélé des taches ténues semblant s’échapper du pôle sud, jusqu’à 200 kilomètres d’altitude. Si ce sont bien des panaches de vapeur d’eau, les chercheurs estiment qu'ils transportent quelques milliers de tonnes de matériau.

Ce n'est en fait pas la première fois que l’on observe des geysers sur Europe. Une équipe conduite par Lorenz Roth, un astronome aujourd'hui au Royal Institute of Technology à Stockholm, a entrevu en 2012 ce qui pourrait être un panache de taille similaire situé dans la même région (http://science.sciencemag.org/content/343/6167/171). Les astronomes avaient observé, également avec le télescope Hubble, des raies d’émission ultraviolettes correspondant à l'hydrogène et à l'oxygène – ce qu'on s'attendrait à voir si les molécules d'eau d'un panache de vapeur étaient dissociées en atomes par le bombardement de particules chargées piégées par le champ magnétique de Jupiter.

Cependant, le panache observé par Lorenz Roth et ses collègues avait ensuite disparu et ne s'était plus manifesté dans les nouvelles observations, ni dans celles passées. Jusqu'à aujourd'hui. Selon un premier scénario, les panaches apparaitraient seulement lorsqu'Europe atteint la partie la plus éloignée de son orbite, où les forces gravitationnelles combinées de Jupiter et de ses autres satellites seraient suffisantes pour déformer et chauffer l'intérieur de la lune glacée, provoquant l'ouverture de crevasses et la fonte de glace, et in fine l’expulsion d'eau dans l'espace. Selon un autre scénario, en revanche, il s'agirait plutôt d’un événement isolé provoqué par l’impact d’un astéroïde ou d’une comète à la surface d'Europe. Les moins charitables pensent pour leur part que les astronomes à la recherche de geysers ont été victime de la tendance naturelle à déceler à tort des motifs dans le bruit de fond de données dénuées de sens.

Avec ces nouvelles observations de William Sparks et ses collègues, l'hypothèse d'un échauffement par les forces de marée semble en tout cas affaiblie, puisque les motifs qu'ils ont décelés ne coïncident pas avec les positions d’Europe sur son orbite où les forces de marée devraient être les plus fortes. Cela implique que si les ombres observées sont bien des panaches de vapeur, il faut imaginer quelle autre source d'énergie pourrait expliquer leur ampleur et leur intermittence. De même, comme ces panaches sont apparemment récurrents, le scénario d’un impact unique perd aussi de sa force. De fait, l'idée que ces geysers sont tout simplement des artefacts observationnels reste solidement en lice. Les deux signaux observés sont à la limite de la signification statistique et proviennent du même instrument du télescope Hubble.

« C’est exactement comme la détection de 2012 », estime Britney Schmidt, un planétologue de l’Institut de technologie de Géorgie, non impliqué dans ces recherches. « Les deux études révèlent des signaux statistiquement significatifs, à peu près au même niveau de confiance. Je pense que nous devrions nous attendre à ce qu’il y ait des geysers, mais je ne sais pas si ces observations sont assez sensibles pour valider définitivement leur existence. »

William Sparks reconnaît que les résultats de son équipe restent flous. « Ces observations sont à la limite de ce que Hubble peut obtenir », dit-il. « Nous ne connaissons pas tous les artefacts instrumentaux qui pourraient causer ces signaux caractéristiques, et ils sont statistiquement significatifs, mais nous restons prudents. Nous ne prétendons pas avoir prouvé l'existence de panaches, mais plutôt d'avoir contribué à prouver que cette activité pourrait être présente. »

Une prudence justifiée par le fait que la présence (ou l'absence) de geysers de vapeur d’eau sur Europe pourrait avoir un impact profond sur l'avenir de l'exploration planétaire, et réorienter des financements conséquents vers de nouvelles missions d’exploration. Europe, qui avec 3121 kilomètres de diamètre est à peu près la même taille que la Lune, abrite incontestablement un océan sous sa surface, attesté par une foule d’indices recueillis depuis des décennies par de multiples satellites et télescopes. Certains modèles estiment qu'il pourrait être 10 fois plus profond que les océans terrestres et représenter trois fois leur volume total, et qu'il a probablement subsisté à l’état liquide pendant des milliards d'années.

Ces caractéristiques en font un cas nettement différent de l'autre star des océans – et des panaches – du Système solaire, la lune de Saturne Encelade. La sonde Cassini de la NASA y a découvert en 2004 des panaches de vapeur d’eau éjectés du pôle Sud. Les observations répétées de ces panaches par Cassini ont conduit à des résultats étonnants, notamment la preuve indirecte de l’existence de sources hydrothermales sur le fond de l’océan caché sous la croûte de la lune. Mais Encelade est six fois plus petite qu’Europe, deux fois plus loin de la Terre et abrite un réservoir souterrain beaucoup plus modeste, qui pourrait être juste une poche d'eau de fonte temporaire produite par chauffage de marée de Saturne. Dans l'ensemble, la plupart des astrobiologistes préféreraient probablement étudier Europe – à condition qu'ils ne doivent pas traverser d’abord une épaisse barrière de glace.

Et même ainsi, il n'y a aucune garantie que les geysers d’Europe, s’ils se confirmaient, soient reliés à l'océan subglaciaire. Ils pourraient émaner de zones fondues dans la croûte de glace, peut-être formées au niveau des régions « chaotiques » à la surface striée et fissurée d'Europe. Dans ces régions, la glace a craqué en gros blocs déversés pêle-mêle, mélangés à du matériau plus chaud remontant par en dessous. Selon Britney Schmidt, la surface bigarrée et active d’Europe pourrait finalement jouer en défaveur de l'étude de ses panaches par rapport à ceux d’Encelade, qui possède une croûte relativement inerte sauf au niveau des grandes fractures du pôle Sud d’où jaillissent les geysers. « Sur Encelade, la géologie trahit de façon évidente où l'activité s’est produite », explique Schmidt. « Sur Europe, il y a de l’activité partout, ce qui pourrait à la fois donner des geysers ou brouiller les pistes. »

Néanmoins, le panache signalé en 2012 par l'équipe de Lorenz Roth a déjà poussé la NASA à modifier ses plans pour une exploration plus poussée d’Europe. Au cours des dernières années, une mission vers ce satellite est passée du stade du rêve à celui de priorité approuvée par le Congrès américain, et le lancement est maintenant prévu pour la décennie 2020. La conception de cette sonde spatiale (nommée pour le moment Clipper) comprend pour l’heure une suite de neuf instruments, tous conçus pour traquer et étudier des panaches d’eau éventuels en plus d'autres objectifs scientifiques. L'Agence spatiale européenne est également en train de construire une sonde appelée JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) pour explorer Europe et les autres satellites joviens. Son lancement est prévu en 2022.

Afin de minimiser l'exposition aux rayonnements dans les parages d’Europe, la mission de la NASA ne resterait pas en orbite autour du satellite, mais survolerait celui-ci à plusieurs reprises lors d’une série de rencontres destinées à plonger vers la surface selon tous les angles imaginables. Si les panaches existent, le vaisseau spatial pourrait identifier leurs sources, et même les échantillonner directement pour déterminer leur composition, flairant ainsi des signes de la vie qui se cachent peut-être profondément sous la surface.

La mission Juno de la NASA, qui vient d’arriver dans le système jovien, embarque à son bord un puissant spectromètre ultraviolet qui pourrait confirmer l’existence des panaches sur Europe. Mais Juno se trouve sur une orbite polaire autour de Jupiter, peu adaptée pour étudier les satellites de la planète. Et même si ce n’était pas le cas, la sonde n’a pas été stérilisée à un degré jugé approprié pour des survols rapprochés d’un monde abritant potentiellement la vie. « Nous avons pris grand soin de faire en sorte que cette sonde ne passe pas à proximité d’Europe, parce que nous voulons la protéger de la contamination », explique Curt Niebur, chercheur à la NASA pour le programme des missions vers les planètes extérieures.

En l'absence de confirmation in situ par les sondes spatiales, la preuve que les panaches sont réels pourrait provenir de la surveillance continue par Hubble, ou à l'aide d’autres instruments comme le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu en 2018. L’équipe de William Sparks a observé deux transits supplémentaires d’Europe devant Jupiter, mais l’analyse des données n’est pas encore terminée. Sinon, dit-il, « ce qui pourrait clore le débat définitivement serait que quelqu’un obtienne des résultats cohérents avec une technique d'observation complètement indépendante. »

Depuis février dernier, Lucas Paganini, un astronome de la NASA affilié à l'Université catholique d'Amérique, a justement commencé à rechercher l’ombre des panaches d’Europe dans l’infrarouge proche en utilisant l'un des télescopes jumeaux de 10 mètres de diamètre de l'observatoire Keck, sur le Mauna Kea à Hawaii. « Beaucoup de chercheurs doutent de l’existence des panaches », dit-il, « mais il n'y a rien de fou à imaginer que de tels geysers existent et sont même communs sur les lunes glacées ». Dans un aperçu des résultats qui sera présenté lors d'une réunion de l'American Astronomical Society en octobre, Paganini dit qu'il a vu « beaucoup de choses intéressantes » dans les données du télescope Keck, mais rien qui puisse définitivement prouver ou écarter l’existence de panaches de vapeur d’eau sur Europe.

Source : Pour la science
Crédit : NASA / Jet Propulsion Lab-Caltech

Une vue  d’Europe réalisée à partir d’images prises par la sonde Galileo (hémisphère opposé à Jupiter).