Download
1 / 43
E N D
Introduction Depuis que l’homme a voyagé dans l’espace, la question de la vie sur une autre planète ou objet céleste s’est posée. La découverte de Titan par Pionner et les missions Voyager ont mis en évidence certaines ressemblances entre la Terre avant l’apparition de la vie et Titan. Se pourrait-il que Titan soit une deuxième Terre? Quelles sont leurs ressemblances? Titan pourrait-elle avoir des organismes vivants?
Un peu d’histoire 1.1 La découverte de Titan Avant la mission Cassini-Huygens 2.1 La mission Pionner 11 2.2 La mission Voyager 1 2.3 La mission Voyager 2 La mission Cassini-Huygens 3.1 La sonde Huygens et l’orbiteur Cassini 3.2 Le voyage Les propriétés de Titan 4.1 Généralités 4.2 Un champ magnétique 4.3 L’atmosphère 4.4 La surface 4.3 Cryovolcanisme et activité tectonique Titan
1. Un peu d’histoire1.1 La découverte de Titan Christian Hugyens (1629-1695), scientifique hollandais, observe pour la première fois les anneaux de Saturne et son plus grand satellite Titan en 1655. L’Italien Jean-Dominique Cassini (1625-1712) quand à lui découvre les satellites Iapetus, Rhea, Tethys and Dione de Saturne. En 1675, Cassini a découvert que les anneaux de Saturne sont séparés en deux parties par un espace vide. Cet espace s'appelle maintenant la Division de Cassini.
Avant la mission Cassini-Huygens2.1 La mission Pioneer 11- Pioneer 11 est la première sonde envoyée pour étudier Titan. - Départ: 5 avril 1973 - Arrivée à proximité de Titan: 3 sept. 1979 - On ne voit pas la surface Titan a une atmosphère - Pas d’imagerie numérique à cette époque qualité de l’image limitée. 1ère image montrant des zones plus sombres que d’autres ( NASA)
2.2 Avant les missions VoyagerProposition de 3 modèles: LES MISSIONS VOYAGER INFIRMENT CES TROIS MODELES: le plus proche est celui de Owen
2.4 Les résultats obtenus avant Huygens-Cassini • Grâce aux spectromètres IR et UV de Voyager on obtient la composition de la haute atmosphère:
Ci dessous: Vue de profil de l’atmosphère de Titan prise par Voyager à 22000 km de distance:
La brume bleue: -À 500 km au dessus des nuages opaques orangés. - Reflète la lumière solaire. Elle est à l’origine d'un refroidissement supplémentaire de la surface de 7°C environ (Kasting, 2004). Origine de la brume orangée: Les gaz détectés n’expliquent pas l'aspect brumeux et opaque de l'atmosphère En labo: Sous quelques dixièmes de bar, le mélange de 9 N2 + CH4 est bombardé de particules chargées. On obtient un mélange de molécules organiques d'une couleur évoluant du jaune - orangé vers le noir.
3. La mission Cassini-Huygens3.1 La sonde Huygens et l’orbiteur Cassini3.1.1 Description de Cassini-Huygens
Départ: 15 octobre 1997 Objectifs de Cassini Etude de Saturne durant 4 ans Cartographie de la surface de Titan par altimétrie radar Envoyer les photos prises par Huygens Problème à prendre en compte: L'éloignement de Saturne sur son orbite => problématique des transmissions de moins en moins efficace. Objectifs de Huygens Etude de Titan: Déterminer la composition de l’atmosphère Mesure: de la pression de l'air de la vitesse des vents de la vitesse du son dans l'atmosphère de la température Etude météorologique Analyse de la composition chimique du sol Déterminer la structure interne de Titan 3.1.2 Objectifs de Cassini-Huygens
Les instruments utilisés • ACP: Collecteur d’aérosol et pyroliseur • DISR: Descent Imager/ spectromètre IR • DWE: Doppler Wind Experiment Etudie propagation des signaux radio à travers l'atmosphère pour comprendre ses propriétés La dérive de la sonde provoquée par les vents dans l'atmosphère de Titan induit un effet Doppler mesurable dans les signaux. Les mouvements d'oscillation de la sonde sous son parachute et d'autres perturbations, telles que l'atténuation atmosphérique, peuvent également être déduites. • GCMS: Chromatographe de gaz et spectromètre de masse Analyseur chimique de gaz modulable conçu pour identifier et mesurer divers constituants atmosphériques. Il est également équipé d'échantillonneurs de gaz remplis à haute altitude pour analyse pendant la descente. • HASI: Instruments servant à déterminer la structure de l’atmosphère • SSP: Instruments servant à déterminer les propriétés de la surface.
L’équation d’une hyperbole est donnée par: (π-θ)/2 /2 (π-θ)/2 On définit l’angle maximum Φm l’angle satisfaisant à: On peut également écrire Φm en fonction de l’angle de déflection θ, on obtient:
Le terme en 1/r est négligeable par rapport au terme en 1/a car a<<r
3.2.3 Le voyage Venus 1 Flyby 26.04.98 Gain de vitesse 7.0 km/s: v=141 000 km/h (39 km/s ) Venus 2 Flyby 24.06.99 v=48 960 km/h(13.6 km/s) Correction de la trajectoire pour ramener la sonde vers Vénus: 3.12.98 Légèrement au-delà de l'orbite de Mars, le moteur principal est allumé pour freiner la vitesse de 450 m/s. v=66 240 km/h. Lancement de la sonde 15.10.97 Jupiter Flyby 30.12.00 v=169 200 km/h (47 km/s). Terre Flyby 18.09.99 Gain de 5.5 km/s v=68 760 km/h(19.1 km/s )
le 14 janvier 2005 V = 0.5 km/s V = 95 m/s mesure de la température, de la pression, des vents et de la conductivité des nuages V = 35 m/s
4.2 La formation de Titan • L'effondrement hydrodynamique se produisant lors de la formation de Saturne génère une subnébuleuse dans laquelle les satellites réguliers de la planète ont pu se former. Mais: • Il peut être démontré que le CO et le N2 n'ont majoritairement pas été convertis en CH4 et NH3 dans la subnébuleuse, excepté dans la région proche de Saturne, où la quantité de matériel était trop faible pour former Titan. Par ailleurs, comme la grande partie de la masse de la subnébuleuse se situe dans la région froide et extérieure du disque, les planétoïdes qui ont formé Titan doivent provenir de cette région et ont migré vers l'intérieur. • Au moment de sa formation, la nébuleuse Solaire contenait une certaine quantité de NH3 et de CH4 vaporisés des glaces tombées depuis le nuage présolaire.
4.4 Un champ magnétique • Titan se déplace dans le même sens que la magnétosphère de Saturne, mais avec une vitesse beaucoup plus petite. • Ceci génère une onde de choc. • Titan modifie alors localement la structure de la magnétosphère de Saturne. • En théorie les interactions entre l'atmosphère de Titan et la magnétosphère de Saturne peuvent induire un champ magnétique liée au satellite • Le champ qui pourrait aussi être causé, comme pour la Terre, par un effet dynamo lié à un intérieur métallique; mais n'a pas été encore détecté à ce jour.
4.3 L’atmosphère • Le graphique du haut: • Cause possible: un passé bien plus chaud où l'agitation thermique, combinée à la faible gravité, à provoqué la perte de la majeure partie de l'atmosphère, jadis 3 fois plus épaisse. • Le graphique du bas: • spectromètre de masse: • détecte les particules chargées ou neutres dans l'atmosphère. • Le spectrographe montre: • La diversité des hydrocarbures dans l'atmosphère élevée, entre autres: • benzène (C6H6) • diacetylène (C4H2). Sur ce spectre INMS, chaque bande horizontale correspond à une molécule particulière. Les 3 lignes colorées du bas correspondent à H2, CH4 puis N2.
4.3.2 La problématique du méthane • Le méthane ne peut pas se maintenir dans l'atmosphère: • L'atmosphère de Titan devrait être totalement détruite par photolyse en 50 millions d'années pour les raisons suivantes: • les photons UV décomposent le méthane en un radical méthyl CH3 et un atome d'H à une altitude comprise entre 350 et 750 km (dans 41 % des cas - Coll, 2005). • Le méthyl contribue à la synthèse des molécules de la tholine (toute une variété de molécules organiques formant la brume orangée) • l'hydrogène s'évade dans l'espace, et forme autour de Saturne un tore d'hydrogène neutre centré sur l'orbite de Titan et s'étendant jusqu'à l'orbite de Rhéa (Cassini confirme le 04/07 l'existence de ce nuage d'hydrogène neutre prédit par la théorie). • La magnétosphère de Saturne influence la décomposition du méthane
Titan est, au cours de son orbite, parfois noyé dans la magnétosphère de Saturne et parfois directement exposé au vent solaire. • La décomposition du méthane est plus grande par période. • Modification du climat global de Titan de façon cyclique • Hypothèses de la régénérescence du méthane (reste à prouver notamment avec les données de la sonde): • évaporation à partir de grandes étendues liquides à la surface • Cryovolcanisme • activité biologique de micro-organismes profonds (Fortes,1999; Simakov, 1999 )
4.3.3 Une atmosphère dynamique L’existence de nuages de méthane évoluant au cours du temps l’atmosphère est plus dynamique qu’on ne l’aurait cru précédemment. Ces nuages font penser à un cycle équivalent au cycle de l’eau mais plus adapté à la température régnant sur Titan: i.e le cycle du méthane. A gauche, l'atmosphère est dépourvue de nuages, sauf aux alentours du pôle sud. A droite, des formations nuageuses se sont formées dans des régions plus au nord. Les nuages les plus lumineux sont relativement hauts dans le ciel (environ 30 km). 26.10.04 13.12.04 À 200 000 km de Titan
4.4 La surface La surface de Titan: Principalement solide mais peut contenir des poches de méthane ou d’éthane.
On constate la présence de petits galets arrondis. • Les mesures spectrales ces galets sont composés de glace d’eau sale plutôt que de roches silicatées. • Le sol de Titan consiste en partie par une condensation de la brume organique qui enveloppe la planète.
Titan a très peu de cratères en comparaison avec Ganymède (satellite de Jupiter de même taille, âge, densité) Titan devrait être marqué d’une centaine de grand cratère, or ce n’est pas le cas. Explications possibles: La sonde a survolé qu'une toute petite partie de Titan Les cratères ont été soit effacés ou enterrés de la surface par effet d'érosion Ils existent toujours mais des fluides se seraient engouffrés à l'intérieur pour former aujourd'hui des réservoirs ou des lacs. L'ammoniac peut les 'effacer' de la surface en les blanchissant 4.4.1 Peu de cratères
Possibilité de vie sur Titan: De l’eau liquide au fond des cratères • Il peut exister de l'eau liquide dans les endroits isolés proches de sources chaudes comme par exemple au fond des cratère. • Un liquide emplissant le fond du cratère d'impact peut mettre plusieurs centaines d'années avant de refroidir, permettant ainsi que se déroulent de nombreuses réactions d'hydrolyse des composés azotés insaturés, qui peuvent alors former des molécules prébiotiques complexes susceptibles d'êtres conservées lorsque la température redevient normale. Or • Un survol de Cassini à près de 1550 km d'altitude a montré un vaste cratère d'impact de quelque 440 km de diamètre. Ce bassin d'impact s'est formé à la suite de la collision d'un astéroïde ou d'une comète d'une dizaine de km.
4.4.2 Existence d’une activité tectonique Le seul processus planétaire connu et capable de créer ce type de 'frontières' linéaires à grande échelle est une activité tectonique.
On observe: Présence d'un réseau "hydro"graphique: confirme l'existence de précipitations passées ou présentes en quantités importantes. Les méandres formés montrent que sa composition n'est pas homogène: On observe des zones plus dures que d'autres. La brume organique condensée sur le sol, « lavée » par les pluies de méthane se concentre au fond des lits de rivière contribuant à l'assombrissement des zones photographiées. L’ammoniac quand à lui blanchit de vastes régions de Titan. 4.4.3 Existence d’une activité fluviale
Une boue d’ammoniac et d’eau • Détection de quantités significatives d'ammoniac et d'eau • l'ammoniac doit être la source de l'azote moléculaire contenue dans l’atmosphère • les 'planétoïdes' qui ont formé Titan devaient contenir de l'azote sous forme d'ammoniac. • Huygens confirme l’existence sur Titan d’une sorte de boue liquide faite d'ammoniac, dont l'origine serait l'activité cryovolcanique.
4.4.4 Existence de cryovolcanisme • Présence de méthane, d’azote et d’argon une activité volcanique avec des éruptions de glace, et d’un mélange d’eau et d’ammoniaque. • Origine La stabilisation de l'orbite de Titan par la gravité de Saturne : des mouvements dans le manteau et l'écorce de Titan activité cryovolcanique et des déplacements de son écorce. • Processus possible d’erruption Le magma des erruptions volcaniques constitué d’eau mélangée à de l’ammoniac (dont le point de fusion est très bas) est éjectée depuis le centre par la chaleur interne du satellite Cette chaleur procède • du procesus qui a formé Titan • de la décomposition des isotopes radioactifs qui existent généralement dans le coeur des lunes de la taille de Titan. Conduites par ces sources de chaleur des erruptions sont possibles.
4.4.5 L’intérieur de Titan • L'ammoniac contenu dans le fluide volcanique de Titan abaisserait le point de congélation de l'eau ainsi que sa densité, lui permettant ainsi de surnager sur la glace d'eau.
En résumé: 2CH4 —> C2H6 + H2
Conclusion • On peut donc dire que bon nombre des processus géophysiques observés sur Terre se retrouvent sur Titan. Du point de vue de la chimie, en revanche, les différences sont considérables. Titan n’a pas d’eau liquide, mais du méthane liquide ; pas de roches silicatées, mais de la glace d’eau ; pas de sol terreux, mais des dépôts de particules d’hydrocarbures d’origine atmosphérique. Et ses volcans n’ont pas craché de la lave, mais de la glace à très basse température.Cet univers extraordinaire abrite donc des processus géophysiques de type terrestre mais qui agissent sur des matériaux tout à fait différents et dans d’autres conditions.
Bibliographie Livres: Coustenis Taylor, « Titan: The Earth-Like Moon »,World scientific, 1999. Ciel & Espace, « Spécial Titan », Fév. 2005. Sites Internet: http://www.esa.int/SPECIALS/Cassini-Huygens/SEMU76HHZTD_0.html http://www.nasa.gov http://www.luniversalis.com/Ressource/Titan.htm http://perso.wanadoo.fr/sciences-et-enseignement/Pages/TITAN.html http://www.astrosurf.org/lombry/titan-brumes.htm http://www.ffme.fr/technique/meteorologie/theorie/atmosphere/composition.htm http://www.futura-sciences.com/comprendre/ http://www.futura-sciences.com/sinformer/ http://www.flashespace.com/html/huygens.htm http://www.go.ednet.ns.ca/~larry/orbits/gravasst/Probeorb.gif
