Europa Clipper pourrait aider à découvrir si la lune de Jupiter est habitable

Depuis 1979, lorsque les sondes Voyager ont survolé Jupiter et son système de lunes, les scientifiques ont spéculé sur la possibilité d’une vie en Europe. Sur la base de la modélisation planétaire, on pense qu’Europe est différenciée entre un noyau rocheux et métallique, une croûte et un manteau glacés et un océan d’eau liquide qui pourrait avoir une profondeur de 100 à 200 km (62 à 124 mi). Les scientifiques émettent l’hypothèse que cet océan est entretenu par la flexion des marées, où l’interaction avec le puissant champ gravitationnel de Jupiter conduit à une activité géologique dans le noyau d’Europe et dans les cheminées hydrothermales à la limite noyau-manteau.

L’étude de l’habitabilité potentielle d’Europe est l’objectif principal de la mission Europa Clipper de la NASA, qui sera lancée le 10 octobre 2024 et arrivera autour de Jupiter en avril 2030. Cependant, cela représente un défi pour les astrobiologistes puisque l’habitabilité d’Europe dépend de nombreux facteurs. paramètres interdépendants qui nécessitent une enquête collaborative. Dans un article récent, une équipe de chercheurs dirigée par la NASA a examiné les objectifs de la mission Europa Clipper et a anticipé ce qu’elle pourrait révéler concernant l’intérieur, la composition et la géologie de la Lune.

L’équipe était composée de chercheurs du laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins (JHUAPL), du Beyond Center de l’université d’État de l’Arizona, de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), de Honeybee Robotics, du Southwest Research Institute (SwRI), du Planetary Science Institute ( PSI), le Laboratoire lunaire et planétaire (LPL), le Goddard Space Flight Center (GSFC) et le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, ainsi que plusieurs universités. Leur article, « Enquête sur l’habitabilité d’Europe avec l’Europa Clipper », a récemment été publié. publié dans Avis sur les sciences spatiales.

Qu’est-ce que « l’habitabilité » ?

En ce qui concerne la recherche de la vie au-delà de la Terre (c’est-à-dire l’astrobiologie), tous les efforts de l’humanité sont actuellement concentrés sur Mars. Cela va changer dans les années à venir, à mesure que les missions destinées au système solaire externe mèneront des études détaillées des « mondes océaniques », des corps glacés avec des océans intérieurs. Cela inclut Europe, Ganymède, Titan, Encelade, Triton et éventuellement Pluton et Charon. L’Europa Clipper sera la première de ces missions à arriver, suivi par le JUpiter ICy Moons Explorer (JUICE) de l’ESA en 2031. Il passera les quatre prochaines années en orbite autour de Jupiter et effectuera des survols rapprochés d’Europe, étudiant sa surface et son intérieur avec son suite avancée d’instruments. Comme l’a résumé l’équipe d’étude Europa dans son rapport de 2012 :

« Europa, la lune de Jupiter, est aujourd’hui l’un des candidats les plus prometteurs pour accueillir la vie parmi les mondes océaniques du système solaire. Dans son enquête sur l’habitabilité d’Europe, la mission Europa Clipper cherche à comprendre la provenance de l’eau, des éléments et composés chimiques essentiels, ainsi que de l’énergie, et comment ils pourraient se combiner pour rendre les environnements de cette lune propices à la vie. »

Comme l’a indiqué l’équipe dirigée par la NASA dans son étude, le but de la mission Europa Clipper n’est pas de détecter la vie elle-même mais d’évaluer la capacité d’Europe à supporter la vie telle que nous la connaissons. Il s’agira de confirmer (ou d’infirmer) l’existence de l’océan intérieur d’Europe et de déterminer s’il possède les sources chimiques et énergétiques nécessaires au développement de la vie. Cependant, l’un des principaux défis liés à l’étude de l’habitabilité de la Lune réside dans la nature du concept lui-même. Néanmoins, les paramètres pertinents incluent les températures hospitalières, la pression, le pH, la salinité et la présence d’un solvant (comme l’eau).

Steven D. Vance, directeur adjoint de la section du groupe des intérieurs planétaires et de la géophysique au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, était également l’auteur principal de l’article. Comme il l’a expliqué à Universe Today par e-mail :

« L’habitabilité est le potentiel de soutien à la vie, mais pas nécessairement la présence de la vie. Certains environnements sont plus habitables que d’autres. Par exemple, une forêt tropicale luxuriante fournit beaucoup d’eau, des conditions clémentes et des nutriments nécessaires à la vie. En revanche, dans les régions de Dans le désert d’Atacama, on trouve les ingrédients essentiels à la vie – l’eau, les matériaux (composition) et l’énergie – mais pratiquement aucune vie ne peut être supportée car les conditions sont froides, sèches et autrement inhospitalières. Comprendre l’habitabilité d’un environnement est nécessaire pour interpréter toute possibilité détection de la vie. »

Établir des limites

Par exemple, les scientifiques spéculent depuis longtemps que la vie en Europe pourrait ressembler aux types de vie observés autour des sources hydrothermales des océans de la Terre. Cela inclut les extrémophiles, des organismes qui peuvent prospérer dans des environnements extrêmes et ne dépendent pas de la lumière du soleil pour leur énergie. Les exemples incluent les barophiles, qui peuvent exister sous une pression extrême, et les thermophiles, qui vivent dans des températures extrêmes. Ces organismes établissent les limites supérieures des conditions dans lesquelles la vie peut survivre et offrent des contraintes quant à savoir si la vie est possible sur Europe. Vance a déclaré :

« La mission Europa Clipper synthétisera les études sur la géologie, la composition et l’intérieur d’Europe pour comprendre les propriétés détaillées de son océan. L’une des principales tâches qu’elle fera sera de déterminer l’épaisseur de l’océan et où la chaleur des marées est concentrée dans le glace, océan et intérieur rocheux. Pour atteindre notre objectif de comprendre l’habitabilité d’Europe, nous devrons synthétiser les mesures de l’ensemble des 10 instruments.

Pour étudier l’habitabilité d’Europe, la mission Europa Clipper a trois objectifs scientifiques principaux. Il s’agit notamment de caractériser la coquille de glace et toute eau souterraine, leur composition, les propriétés de l’océan et la nature des échanges entre la glace de surface et l’océan ; identifier la composition de tout matériau autre que la glace à la surface et dans l’atmosphère, y compris tout composé contenant du carbone ; et caractériser les caractéristiques géologiques de la surface et les localités de haut intérêt scientifique. Parce que l’habitabilité se résume à de nombreux paramètres et processus physiques et chimiques interdépendants, plusieurs mesures seront synthétisées par les instruments suivants.

En termes de caméras, le Clipper s’appuiera sur le système d’imagerie Europa (EIS), qui consiste en une caméra grand angle et une caméra à angle étroit, chacune dotée d’un capteur de huit mégapixels, qui produiront des images haute résolution d’Europe, étudier l’activité géologique, mesurer les élévations de la surface et fournir un contexte pour d’autres instruments. Il existe également le système d’imagerie thermique Europa (E-THEMIS) qui identifiera les régions d’Europe où de l’eau liquide chaude peut être proche de la surface (ou aurait pu entrer en éruption) et mesurera la texture de la surface pour comprendre les propriétés à petite échelle de la surface.

Pour les investigations spectroscopiques, Clipper emportera le spectrographe ultraviolet Europa (Europa-UVS) : pour aider à déterminer la composition des gaz atmosphériques et des matériaux de surface d’Europe et rechercher à proximité d’Europe des signes d’activité du panache. Le spectromètre MAss pour l’exploration planétaire (MASPEX) analysera les gaz présents dans la faible atmosphère d’Europe et les éventuels panaches et étudiera la chimie de l’océan souterrain présumé de la lune, la manière dont l’océan et la surface échangent des matériaux et comment le rayonnement modifie les composés à la surface de la lune.

Pour caractériser le plasma et l’environnement magnétique autour d’Europe, Clipper utilisera le magnétomètre Europa Clipper (ECM) pour confirmer que l’océan d’Europe existe, mesurer sa profondeur et sa salinité, mesurer l’épaisseur de la coquille de glace de la lune et étudier comment l’atmosphère ionisée d’Europe interagit avec l’atmosphère ionisée de Jupiter. atmosphère. L’instrument à plasma pour le sondage magnétique (PIMS) mesurera l’ionosphère d’Europe et le plasma piégé dans le champ magnétique de Jupiter. Il tentera également de faire la distinction entre le champ magnétique de Jupiter et le champ magnétique induit d’Europe, qui transporte des informations sur l’océan d’Europe.

L’instrument Gravity and Radio Science (G/RS) mesurera la gravité d’Europe en différents points pour montrer comment Europe fléchit et aider à révéler sa structure interne. Dans le même temps, le Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface (REASON) sondera la coquille glacée d’Europe à la recherche de l’océan présumé de la Lune et étudiera la structure et l’épaisseur de la glace. Il étudiera également les élévations, la composition et la rugosité de la surface de la Lune et recherchera des panaches dans son atmosphère.

Enfin, l’analyse chimique sera effectuée par le Mapping Imaging Spectrometer for Europa (MISE), qui cartographiera la répartition des glaces, des sels, des matières organiques et des points chauds les plus chauds d’Europe. L’analyseur de poussière SUrface (SUDA) recherchera des morceaux d’éjectas lancés depuis la surface d’Europe en raison d’impacts et de preuves de panaches. Il identifiera en outre la chimie de ce matériau et sa zone d’origine et offrira des indices sur la salinité des océans d’Europe.

Une longue histoire d’exploration

Comme indiqué, les scientifiques sont devenus fascinés par Europe depuis que les sondes Voyager ont traversé le système en 1979. Ces missions ont démontré qu’Europe est géologiquement active, comme l’indiquent les caractéristiques linéaires qui se croisent qui ressemblent à des écoulements de glace sur Terre. La découverte de volcans sur Io (résultat de la flexion des marées) a conduit à spéculer sur le fait qu’Europe pourrait également connaître une activité volcanique à l’intérieur. Cela a coïncidé avec la découverte de sources hydrothermales sur Terre deux ans auparavant, qui ont montré que la vie pouvait être entretenue par l’énergie interne (plutôt que par le soleil).

La sonde Galileo a été la première mission à étudier exclusivement Jupiter et ses lunes, arrivée en 1989. Les données acquises par cette mission au cours des plus de sept années de son orbite autour de Jupiter ont fourni des preuves supplémentaires de l’habitabilité potentielle d’Europe. Cela comprenait des données magnétiques suggérant la présence d’une couche d’eau salée liquide sous la surface glacée et la détection de minéraux argileux (souvent associés à des matières organiques) à la surface. À partir de ces missions, les scientifiques ont développé un modèle « le mieux adapté » pour Europe, où un océan de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilomètres de profondeur réside sous 3 à 50 km (1,8 à 31 mi) de glace.

Au cours de la dernière décennie, le télescope spatial Hubble a acquis plusieurs images montrant des preuves d’activité de vapeur d’eau et de panache émanant de la surface d’Europe. Plus récemment, le télescope spatial James Webb a détecté du dioxyde de carbone à la surface, qui pourrait avoir été transféré de l’intérieur lors du resurfaçage. Si cela se confirme, cela signifierait que l’océan souterrain contient du carbone, un ingrédient essentiel à la vie et un élément constitutif des matières organiques. Une fois qu’elle aura atteint Jupiter, la mission Europa Clipper s’appuiera sur ces fondations impressionnantes et contribuera à résoudre le mystère de ce « monde océanique ».

Les résultats de cette mission contribueront à éclairer les futures missions à destination du système solaire externe. Il s’agit notamment du projet Europa Lander, qui se posera sur la surface pour étudier de plus près la surface glacée et les panaches de la lune. Comme l’a conclu Vance :

« Tout ce que nous apprendrons sur Europa grâce à Europa Clipper nous permettra d’élaborer les meilleures conceptions pour les missions futures. Par exemple, la cartographie haute résolution de la surface nous permettra d’identifier les endroits les plus intéressants scientifiquement et les plus sûrs pour atterrir. Connaître l’épaisseur et la composition de la glace nous permettra permettre de concevoir des foreuses adaptées pour pénétrer dans la glace, éventuellement jusqu’à l’océan en contrebas. »