Comment Titan a cuisiné son atmosphère

La grande lune Titan de Saturne, avec sa plus petite lune Mimas au premier plan, vue par la sonde Cassini en 2013. L'atmosphère de Titan est épaisse et brumeuse, et principalement d'azote, comme celle de la Terre. D'où vient l'azote? Image via NASA / JPL-Caltech / Institut des sciences spatiales.

Titan est la plus grande lune de Saturne et, à bien des égards, ressemble plus à une planète qu'à une lune. Il ressemble étrangement à la Terre, mais son monde est très différent de la Terre, avec son froid extrême, ses rivières, ses lacs et ses mers de méthane / éthane liquide. De plus, Titan est la seule lune du système solaire à avoir une atmosphère épaisse et, de cette manière, elle rappelle également les principales planètes de notre système solaire. L'atmosphère de Titan est composée principalement d'azote, comme celle de la Terre. La façon dont l'atmosphère de Titan s'est développée a été l'un des mystères de longue date de ce monde étrange.

Les calendriers lunaires EarthSky sont cool! Ils font de grands cadeaux. Commandez maintenant. Aller vite!

Une nouvelle étude évaluée par des pairs éclaire cette question. L'étude a été publiée en ligne dans The Astrophysical Journal le 22 janvier 2019. L'étude - du Southwest Research Institute (SwRI) - suggère que l'azote dans l'atmosphère de Titan provenait de la «cuisson» de matières organiques à l'intérieur de la lune. Kelly Miller, chercheuse scientifique à la division Science et ingénierie de l'espace SwRI et auteur principal de l'étude, a fourni quelques informations de base:

Titan est une lune très intéressante car elle possède une atmosphère très épaisse, ce qui la rend unique parmi les lunes de notre système solaire. C'est également le seul corps du système solaire, mis à part la Terre, à disposer de grandes quantités de liquide à la surface. Titan, cependant, a des hydrocarbures liquides au lieu de l’eau.

Il ne fait aucun doute que Titan connaît beaucoup de chimie organique, ce qui en fait une source de curiosité indéniable.

La théorie principale sur l'atmosphère de Titan a été que la glace d'ammoniac provenant de comètes a été convertie, par impact ou par photochimie, en azote pour former l'atmosphère de Titan. Bien que cela puisse encore être un processus important, il néglige les effets de ce que nous savons maintenant être une partie très substantielle des comètes: une matière organique complexe.

Concept d'artiste de la sonde Huygens descendant à travers l'atmosphère épaisse de Titan avant d'atterrir, en 2005. Image via NASA.

L'étude de Miller s'inspire d'une mission visant un objet très différent - la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko - étudiée en détail par le satellite Rosetta de l'Agence spatiale européenne. Il s'est avéré que la comète était composée d'environ 1/2 glace, 1/4 de roche et 1/4 de matière organique. La composition de la comète pourrait être significative en termes de comprendre comment l'atmosphère de Titan a été créée, selon Miller:

Les comètes et les corps primitifs du système solaire externe sont vraiment intéressants car ils sont considérés comme des blocs de construction restants du système solaire. Ces petits corps pourraient être incorporés dans des corps plus grands, comme Titan, et le matériau rocheux dense, riche en matières organiques, pourrait être trouvé dans son noyau.

Titan vu par le radar de Cassini, montrant des nuages ​​de méthane dans l'atmosphère. Image via NASA / JPL-Caltech.

Comment tout cela s'applique-t-il à Titan? Miller a comparé les modèles thermiques de l'intérieur de Titan aux données provenant de matériaux organiques dans les météorites. L'idée était de voir quelle quantité de matière gazeuse pouvait être produite par les impacts de météorites sur Titan lors de sa formation.

Le résultat a été qu'environ la moitié de l'azote de la lune et peut-être aussi la plus grande partie de son méthane pourraient être pris en compte dans ce scénario. Les matières organiques seraient «cuites» dans Titan telle qu'elle se formait il y a quelques milliards d'années.

L'air de Titan contient principalement environ 5% de méthane, ce qui peut former des composés organiques. Aujourd'hui, ces matières organiques recouvrent tout Titan - à la fois dans l'atmosphère (sous forme de brume) et sur la surface (y compris les «dunes» massives de matière organique).

Structure de l'atmosphère de Titan, composée principalement d'azote et de méthane. Image via Anthony J. Colozza.

Mais l'approvisionnement en méthane atmosphérique de Titan doit encore être reconstitué, car le gaz se décompose avec le temps, et les scientifiques ne savent toujours pas comment cela se produit. Sur Terre, la majeure partie du méthane provient de la biologie, mais sur Titan - compte tenu des conditions extrêmes -, il s'agit plutôt de méthane primordial laissé depuis la formation de la lune, semblable à celui que l'on trouve dans les atmosphères des géants de la glace Uranus et Neptune.

Certains scientifiques pensent toutefois qu'une vie primitive est possible sur Titan, peut-être dans ses lacs et ses mers à méthane / éthane ou dans les eaux souterraines des océans.

En conclusion: l’atmosphère d’azote épaisse de Titan est unique parmi les lunes du système solaire. L'azote peut avoir été «cuit» à l'intérieur de Titan.

Source: Contributions des substances organiques récupérées à l'atmosphère de Titan: nouvelles données à partir de données cométaires et chondritiques

Via SwRI