Lorsque la sonde Huygens de l'Agence spatiale européenne a visité le Lune de Saturne Titan le mois dernier, la sonde a été parachutée à travers des nuages humides. Il a photographié des canaux fluviaux et des plages et des choses qui ressemblent à des îles. Enfin, descendant dans un brouillard tourbillonnant, Huygens atterrit dans la boue.
Pour faire court, Titan est mouillé.
Christian Huygens n'aurait pas été un peu surpris. En 1698, trois cents ans avant que la sonde Huygens ne quitte la Terre, l'astronome néerlandais a écrit ces mots:
«Puisqu'il est certain que la Terre et Jupiter ont leur eau et leurs nuages, il n'y a aucune raison pour que les autres planètes soient sans eux. Je ne peux pas dire qu’elles sont exactement de la même nature avec notre eau; mais qu'ils soient liquides, leur usage l'exige, comme leur beauté le fait qu'ils soient clairs. Notre eau, à Jupiter ou à Saturne, serait gelée instantanément à cause de la grande distance du Soleil. Chaque planète doit donc avoir ses propres eaux d'un tel tempérament, non soumises au gel. »
Huygens a découvert Titan en 1655, c'est pourquoi la sonde porte son nom. À cette époque, Titan n'était qu'une piqûre de lumière dans un télescope. Huygens ne pouvait pas voir les nuages de Titan, gorgés de pluie, ou les coteaux de Titan, sculptés par des liquides qui se précipitaient, mais il avait une belle imagination.
L’eau de Titan est du méthane liquide, le CH4, mieux connu sur Terre sous le nom de gaz naturel. La Terre-eau ordinaire, H2O, serait gelée solide sur Titan où la température de surface est de 290o F en dessous de zéro. Le méthane, quant à lui, est un liquide qui coule, «d'un tempérament insensible au gel».
Jonathan Lunine, professeur à l'Université de l'Arizona, est membre de l'équipe scientifique de la mission Huygens. Lui et ses collègues pensent que Huygens a atterri dans l'équivalent Titan de l'Arizona, une zone principalement sèche avec des saisons humides brèves mais intenses.
«Les canaux fluviaux près de la sonde Huygens semblent vides maintenant», explique Lunine, mais des liquides y ont été récemment, croit-il. Les petites roches éparpillées autour du site d'atterrissage sont convaincantes: elles sont lisses et rondes comme les roches des rivières sur Terre, et "elles reposent dans de petites dépressions creusées, apparemment, en faisant couler des fluides."
La source de toute cette humidité pourrait être la pluie. L'atmosphère de Titan est «humide», ce qui signifie riche en méthane. Personne ne sait combien de fois il pleut, "mais quand il le fait", dit Lunine, "la quantité de vapeur dans l'atmosphère est plusieurs fois supérieure à celle de l'atmosphère terrestre, vous pouvez donc avoir des douches très intenses."
Et peut-être aussi des arcs-en-ciel. «Les ingrédients dont vous avez besoin pour un arc-en-ciel sont la lumière du soleil et les gouttes de pluie. Titan a les deux », explique l'expert en optique atmosphérique Les Cowley.
Sur Terre, des arcs-en-ciel se forment lorsque la lumière du soleil rebondit dans et hors des gouttelettes d'eau transparentes. Chaque gouttelette agit comme un prisme, diffusant la lumière dans le spectre familier des couleurs. Sur Titan, des arcs-en-ciel se forment lorsque la lumière du soleil rebondit dans et hors des gouttelettes de méthane, qui, comme les gouttelettes d'eau, sont transparentes.
"Leur beauté [exige] qu'ils soient clairs ..."
«Un arc-en-ciel de méthane serait plus grand qu'un arc-en-ciel d'eau», note Cowley, «avec un rayon primaire d'au moins 49o pour le méthane contre 42,5o pour l'eau. En effet, l'indice de réfraction du méthane liquide (1,29) diffère de celui de l'eau (1,33). » L'ordre des couleurs, cependant, serait le même: bleu à l'intérieur et rouge à l'extérieur, avec une touche globale d'orange provoquée par le ciel orange de Titan.
Un problème: les arcs-en-ciel ont besoin de la lumière directe du soleil, mais le ciel de Titan est très brumeux. «Les arcs-en-ciel visibles sur Titan peuvent être rares», explique Cowley. D'un autre côté, les arcs-en-ciel infrarouges peuvent être courants.
Le scientifique de l’atmosphère, Bob West, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, explique: «L’atmosphère de Titan est principalement claire aux longueurs d’ondes infrarouges. C’est pourquoi le vaisseau spatial Cassini utilise une caméra infrarouge pour photographier Titan. " Les rayons solaires infrarouges auraient peu de mal à pénétrer l'air trouble et à créer des arcs-en-ciel. La meilleure façon de les voir: des lunettes infrarouges de «vision nocturne».
Tous ces discours sur la pluie, les arcs-en-ciel et la boue font que le méthane liquide ressemble beaucoup à de l'eau ordinaire. Ce n'est pas. Considérer ce qui suit:
La densité du méthane liquide n'est que la moitié environ de la densité de l'eau. C'est quelque chose, disons, qu'un constructeur de bateaux sur Titan devrait prendre en compte. Les bateaux flottent lorsqu'ils sont moins denses que le liquide sous eux. Un Titan-boat devrait être très léger pour flotter dans une mer de méthane liquide. (Ce n'est pas aussi fou que cela puisse paraître. Les futurs explorateurs voudront visiter Titan et les bateaux pourraient être un bon moyen de se déplacer.)
Le méthane liquide a également une faible viscosité (ou «glu») et une faible tension superficielle. Voir le tableau ci-dessous. La tension superficielle est ce qui donne à l'eau sa peau caoutchouteuse et, sur Terre, laisse les punaises d'eau traverser les étangs. Un bug d'eau sur Titan coulerait rapidement dans un étang de méthane fragile. Du côté positif, la faible gravité de Titan, seulement un septième de la gravité terrestre, pourrait permettre à la créature de remonter.
Retour aux bateaux: les hélices transformant du méthane devraient être extra-larges pour «saisir» suffisamment de fluide mince pour la propulsion. Ils devraient également être faits de matériaux spéciaux résistants à la fissuration à des températures cryogéniques.
Et attention à ces vagues! Les scientifiques européens John Zarnecki et Nadeem Ghafoor ont calculé à quoi pourraient ressembler les vagues de méthane sur Titan: sept fois plus hautes que les ondes terrestres typiques (principalement en raison de la faible gravité de Titan) et trois fois plus lentes, «donnant aux surfeurs une chevauchée sauvage», explique Ghafoor.
Enfin, le méthane liquide est inflammable. Titan ne prend pas feu car l'atmosphère contient si peu d'oxygène, un ingrédient clé de la combustion. Si les explorateurs visitent Titan un jour, ils devront faire attention à leurs réservoirs d'oxygène et résister à l'envie d'éteindre les incendies avec de «l'eau».
Arcs-en-ciel infrarouges, vagues imposantes, mers faisant signe aux marins. Huygens n'a rien vu de tout cela avant de retomber dans la boue. Existent-ils vraiment?
«… Il n'y a aucune raison pour que les autres planètes soient sans elles.»
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