Que pouvons-nous apprendre en volant à travers les panaches d’Encelade ?

Au cours de la prochaine décennie, les agences spatiales étendront la recherche de vie extraterrestre au-delà de Mars, où se concentrent actuellement tous nos efforts en astrobiologie. Cela inclut le JUpiter ICy moon’s Explorer (JUICE) de l’ESA et l’Europa Clipper de la NASA, qui survoleront Europe et Ganymède à plusieurs reprises pour étudier leurs surfaces et leurs intérieurs.

Il existe également la mission Dragonfly proposée par la NASA qui se rendra sur Titan et étudiera son atmosphère, ses lacs de méthane et la riche chimie organique qui se produit à sa surface. Mais la destination la plus intéressante est peut-être Encelade et les jolis panaches émanant de sa région polaire sud.

Depuis que la mission Cassini a observé de près ces panaches, les scientifiques ont hâte d’y envoyer une mission robotique pour les échantillonner, qui semblent contenir tous les ingrédients nécessaires à la vie. Ce n’est pas aussi simple qu’il y paraît, et rien n’indique que voler à travers les panaches donnera des échantillons intacts.

Dans un article récent Publié dans Météoritiques et sciences planétairesdes chercheurs de l’Université du Kent ont examiné comment la vitesse d’un vaisseau spatial qui passe (et le choc d’impact qui en résulte) pourrait affecter de manière significative sa capacité à échantillonner l’eau et la glace dans les panaches.

La recherche a été menée par le professeur Mark Burchell et le Dr Penny Wozniakiewicz (professeur émérite et maître de conférences en sciences spatiales) du Centre d’astrophysique et des sciences planétaires (CAPS), qui fait partie de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Kent, Royaume-Uni

Leurs travaux pourraient avoir des implications significatives pour les missions vers les mondes océaniques glacés (IOW), des corps du système solaire externe composés principalement d’eau gelée et de substances volatiles avec des océans à l’intérieur. Ces corps suscitent un intérêt croissant pour les scientifiques car il est possible que certains puissent abriter la vie.

Le terme « mondes océaniques » est devenu courant ces dernières années, à mesure que le nombre de candidats potentiels à l’exploration a augmenté. Depuis que les sondes Voyager ont traversé le système en 1979, les scientifiques ont spéculé sur la possibilité d’un océan intérieur au sein d’Europe en se basant sur ses caractéristiques de surface. Cela comprenait des parcelles de « terrain jeune » situées à côté de terrains plus anciens et cratérisés, ce qui indique des échanges réguliers entre la surface et l’intérieur. Les sondes Voyager ont remarqué un terrain tout aussi jeune sur Encelade lorsqu’elles ont dépassé Saturne en 1980 et 1981 (respectivement).

Cependant, c’est la mission Cassini-Huygens qui a découvert de la vapeur d’eau et des molécules organiques s’échappant de la région polaire sud d’Encelade en 2004. Au cours des 13 années suivantes, l’orbiteur Cassini a effectué plusieurs autres survols de la Lune, fournissant des preuves supplémentaires d’une présence intérieure. océan et une source d’énergie à la limite noyau-manteau.

Ces découvertes placent Encelade parmi les « mondes océaniques » que les scientifiques souhaitent examiner de plus près lors de futures missions. Mais contrairement aux autres OIE, Encelade est particulièrement attractive en raison de la nature des panaches autour de son pôle sud.

Même si Europe connaît également une activité de panache, celle-ci est plus sporadique et difficile à détecter. En raison de la gravité plus élevée d’Europe (~ 13 % contre 1 % de celle de la Terre), la vapeur d’eau et les matériaux ventilés n’atteignent pas aussi loin dans l’espace.

Comme Burchell l’a déclaré à Universe Today par courrier électronique, la collecte d’échantillons de ces panaches semble relativement simple, du moins en théorie. « Comme tous les OIE, il possède un océan interne avec beaucoup d’eau. Ce qu’il contient fait l’objet de nombreuses spéculations et d’intérêt », a-t-il déclaré. « Et Encelade éjecte des panaches d’eau dans l’espace, ce qui rend toute mission spatiale qui souhaite échantillonner l’eau beaucoup plus facile : il suffit de voler à travers le panache. »

Cependant, dans le domaine de la pratique (comme toujours), les choses se compliquent un peu. En fonction de la vitesse à laquelle une mission se déplace, l’impact qu’elle aura sur le panache variera considérablement. Comme l’explique Burchell, cela pourrait mettre en péril les échantillons mêmes qu’une mission tentait d’obtenir :

« Le problème avec la collecte rapide d’échantillons est que de nombreux tests ont été effectués avec des projectiles métalliques et minéraux, mais on en sait moins sur la réponse des matières organiques aux impacts à grande vitesse. Les liaisons dans les matières organiques se briseront, mais à quel moment vitesse ? Et quelles liaisons en premier ? Ainsi, ce que vous obtenez pour l’analyse n’est peut-être pas ce qui est sorti d’Encelade.

Selon Burchell, la modélisation de la manière dont la vitesse d’un vaisseau spatial affecterait sa capacité à collecter des échantillons peut être réalisée de deux manières. D’une part, il y a l’approche de modélisation informatique, où les équipes s’appuient sur des logiciels avancés pour simuler les impacts et mesurer les résultats. L’autre est l’approche « cinétique », qui consiste à tirer de petits grains sur des cibles à la bonne vitesse puis à mesurer la force d’impact. Burchell et son équipe préfèrent faire cette dernière. « Dans notre laboratoire, nous aimons tirer sur des cibles », a-t-il déclaré.

Leurs résultats ont clairement montré que la vitesse de collecte est essentielle à la collecte des échantillons. Cependant, ils ont également constaté que les résultats varient d’un organisme à l’autre. Burchell a déclaré :

« Dans une orbite autour d’un petit corps comme Encelade, c’est assez faible. Mais pour les plus grands IOW, c’est plus grand. Et cela entre simplement dans le régime où le choc du processus d’impact dans la collection provoque une altération de plus en plus grave des échantillons.  » Si vous effectuez un survol de l’IOW sans le mettre en orbite, vous êtes à nouveau plus rapide et les échantillons subissent un choc plus important. Cela suggère qu’une collecte orbitale à basse vitesse est la meilleure pour les échantillons non choqués et peu traités. Mais cela nécessite plus de vaisseaux spatiaux. concevoir et restreint les autres sciences que vous pourriez faire. C’est toujours un compromis.

Sans le système solaire, il existe plusieurs corps où l’eau et d’autres substances volatiles sont évacuées de l’intérieur – un phénomène connu sous le nom de cryovolcanisme. Ces corps varient considérablement en termes de taille et d’attraction gravitationnelle, allant de la microgravité (moins ou légèrement plus de 1 %) de Mimas et Encelade aux environ 13 à 15 % d’Europe, Titan et Ganymède. En conséquence, ces résultats pourraient contribuer à éclairer la conception de nombreuses missions de collecte d’échantillons destinées aux IOW.