samedi 5 octobre 2019

Encelade à l'origine de l'eau dans la stratosphère de Saturne


Comme partout ailleurs, de l'eau a été détectée il y a une vingtaine d'année dans la haute atmosphère des planètes géantes de notre système solaire. Mais cette eau doit nécessairement être exogène car une remontée d'eau depuis l'intérieur devrait la faire se condenser dans le piège froid qu'est la tropopause. La répartition spatiale de l'eau observée dans la haute atmosphère de Saturne a été étudiée plus en détails et montre qu'elle ne peut provenir que des geysers que crache le satellite Encelade... Une étude parue dans Astronomy&Astrophysics.




Normalement, les sources exogènes d'eau pouvant atteindre les planètes géantes sont formées de particules de poussières riches en glace ou même d'impacts cométaires comme celui de Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter en 1994. Mais pour Saturne, aucun de ces scénarios ne fonctionne. En 2011, le télescope Herschel avait permis de détecter la présence d'un tore de vapeur d'eau au niveau de l'orbite de Encelade. Et puis la sonde Cassini avait mis en évidence dès 2006 l'existence de geysers aqueux expulsés du pôle sud de Encelade à travers de grandes crevasses striant sa croûte de glace.  Mais le lien n'était pas facile à faire puisque toutes les observations d'eau sur Saturne étaient des valeurs moyennes sur la totalité de sa surface. Aujourd'hui, Thibault Cavalié (Université de Bordeaux) et ses collègues parviennent à faire le lien en analysant des données du disque de Saturne obtenues avec Herschel, mais résolues spatialement, la surface de Saturne étant découpées par petits morceaux. 
C'est déjà le télescope Herschel qui avait apporté la preuve que la grande partie de l'eau stratosphérique de Jupiter avait été apportée par l'impact de la comète Shoemaker-Levy 9. Ici, les astronomes ont exploité des données de cartographie infra-rouge de Saturne qui ont été enregistrées le 20 décembre 2010 et le 2 janvier 2011.
Les planétologues ont utilisé des modèles de transfert thermique et radiatif pour interpréter les observations. Ils ont notamment du prendre en compte les variations de températures qui existaient à l'époque du fait de la présence de deux vortex chauds stratosphériques produits par la grande tempête  saturnienne de 2010-2011.

Ils trouvent finalement que la distribution d'eau n'est pas du tout uniforme en latitude, mais qu'au contraire, elle se trouve piquée au niveau de l'équateur. L'abondance (fraction molaire) en eau atteint au maximum une valeur de 1,1 partie par milliard et décroît assez vite lorsque l'on va vers les pôles, formant une distribution de forme gaussienne dont la largeur à mi-hauteur correspond à une latitude de 50°. Les chercheurs concluent de cette abondance et de la forme de cette distribution de l'eau dans les hautes couches atmosphériques de Saturne qu'elle ne peut provenir que du tore de vapeur d'eau généré par les geysers d'Encelade. Des particules de poussières interplanétaires riches en glace seraient une source beaucoup plus uniforme et doivent représenter une contribution 10 fois plus faible selon Cavalié et ses collègues.

Ces observations font également écho aux récentes observations faites par la sonde Cassini en 2017 lors de ses passages finaux entre les anneaux et l'atmosphère de Saturne, des résultats publiés en 2018 qui tendaient à montrer l'existence d'une forte dépletion des anneaux, une véritable "pluie d'anneaux" s'abattant sur Saturne. Des observations en infra-rouge à plus haute sensibilité et résolution spatiale, avec ALMA et le futur Webb Telescope pourront creuser d'avantage encore l'origine de l'eau Saturnienne. 


Source

Herschel map of Saturn’s stratospheric water, delivered by the plumes of Enceladus
T. Cavalié et al.
Astronomy & Astrophysics 630, A87 (26 september 2019)


Illustrations 

1) Abondance et distribution spatiale de l'eau observées dans la stratosphère de Saturne (ESO) 

2) Les geysers du pôle sud d'Encelade imagés par Cassini (Nasa/JPL)