Quand le Cassini arrivée dans le système de Saturne en 2004, elle a découvert quelque chose d'assez inattendu dans l'hémisphère sud d'Encelade. À partir de centaines de fissures situées dans la région polaire, des panaches d'eau et des molécules organiques ont été repérés crachant périodiquement. Ce fut la première indication que la lune de Saturne peut avoir un océan intérieur provoqué par une activité hydrothermale près de la frontière noyau-manteau.
Selon une nouvelle étude basée sur Cassini données qu’elle a obtenues avant de plonger dans l’atmosphère de Saturne le 15 septembre, cette activité existe peut-être depuis un certain temps. En fait, l'équipe d'étude a conclu que si le noyau de la lune était suffisamment poreux, il aurait pu générer suffisamment de chaleur pour maintenir un océan intérieur pendant des milliards d'années. Cette étude est l'indication la plus encourageante à ce jour que l'intérieur d'Encelade pourrait soutenir la vie.
L'étude, intitulée «Alimenter l'activité hydrothermale prolongée à l'intérieur d'Encelade», a récemment paru dans la revue Astronomie de la nature. L'étude était dirigée par Gaël Choblet, chercheur au Laboratoire planétaire et géodynamique de l'Université de Nantes, et comprenait des membres du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, de l'Université Charles et de l'Institut des sciences de la Terre et du laboratoire de géo et cosmochimie de l'Université de Heidelberg.
Avant le Cassini nombreux survols d’Encelade de la mission, les scientifiques pensaient que la surface de cette lune était composée de glace solide. Ce n'est qu'après avoir remarqué l'activité du panache qu'ils ont réalisé qu'il y avait des jets d'eau qui s'étendaient jusqu'à un océan d'eau chaude à l'intérieur. À partir des données obtenues par Cassini, les scientifiques ont même été en mesure de faire des suppositions éclairées de l'endroit où se trouvait cet océan interne.
Tout compte fait, Encelade est une lune relativement petite, mesurant environ 500 km (311 mi) de diamètre. Basé sur des mesures de gravité effectuées par Cassini, son océan intérieur se trouverait sous une surface extérieure glacée à des profondeurs de 20 à 25 km (12,4 à 15,5 mi). Cependant, cette glace de surface s'amincit jusqu'à environ 1 à 5 km (0,6 à 3,1 mi) au-dessus de la région polaire sud, où les jets d'eau et les particules de glace passent à travers les fissures.
En se basant sur la façon dont Encelade orbite autour de Saturne avec une certaine oscillation (aka. Libration), les scientifiques ont pu estimer la profondeur de l'océan, qu'ils situent entre 26 et 31 km (16 à 19 mi). Tout cela entoure un noyau qui serait composé de minéraux silicatés et de métal, mais qui est également poreux. Malgré toutes ces découvertes, la source de chaleur intérieure est restée une question ouverte.
Ce mécanisme devrait être actif lorsque la lune s'est formée il y a des milliards d'années et est toujours actif aujourd'hui (comme en témoigne l'activité actuelle du panache). Comme l'a expliqué le Dr Choblet dans un communiqué de presse de l'ESA:
"Là où Encelade obtient le pouvoir soutenu de rester actif a toujours été un peu mystérieux, mais nous avons maintenant examiné plus en détail comment la structure et la composition du noyau rocheux de la lune pourraient jouer un rôle clé dans la génération de l'énergie nécessaire."
Pendant des années, les scientifiques ont émis l'hypothèse que les forces de marée causées par l'influence gravitationnelle de Saturne sont responsables du chauffage interne d'Encelade. La façon dont Saturne pousse et tire la lune alors qu'elle suit un chemin elliptique autour de la planète est également à l'origine de la déformation de la coque glacée d'Encelade, provoquant les fissures autour de la région polaire sud. Ces mêmes mécanismes seraient à l’origine de l’océan d’eau chaude d’Europe intérieure.
Cependant, l'énergie produite par la friction des marées dans la glace est trop faible pour contrebalancer la perte de chaleur vue de l'océan. Au rythme où l'océan d'Encelade perd de l'énergie dans l'espace, la lune entière gèlerait solide dans les 30 millions d'années. De même, la désintégration naturelle des éléments radioactifs à l'intérieur du cœur (qui a également été suggérée pour d'autres lunes) est également environ 100 fois trop faible pour expliquer l'activité intérieure et le panache d'Encelade.
Pour résoudre ce problème, le Dr Choblet et son équipe ont effectué des simulations du cœur d'Encelade pour déterminer le type de conditions qui pourraient permettre le réchauffement de la marée sur des milliards d'années. Comme ils le disent dans leur étude:
«En l’absence de contraintes directes sur les propriétés mécaniques du cœur d’Encelade, nous considérons une large gamme de paramètres pour caractériser le taux de frottement des marées et l’efficacité du transport de l’eau par écoulement poreux. Le noyau non consolidé d'Encelade peut être considéré comme un matériau hautement granulaire / fragmenté, dans lequel la déformation des marées est susceptible d'être associée à une friction intergranulaire lors des réarrangements des fragments. »
Ce qu'ils ont découvert, c'est que pour Cassini observations à confirmer, le noyau d’Encelade devrait être constitué de roche poreuse non consolidée, facilement déformable. Ce noyau pourrait être facilement imprégné d'eau liquide, qui s'infiltrerait dans le noyau et serait progressivement chauffé par friction de marée entre les fragments de roche glissants. Une fois cette eau suffisamment chauffée, elle augmenterait à cause des différences de température avec son environnement.
Ce processus transfère finalement la chaleur à l'océan intérieur dans des panaches étroits qui s'élèvent jusqu'à la coquille glacée d'Encelade. Une fois là-bas, il fait fondre la glace de surface et forme des fissures à travers lesquelles les jets atteignent l'espace, crachant de l'eau, des particules de glace et des minéraux hydratés qui reconstituent l'anneau électronique de Saturne. Tout cela est conforme aux observations faites par Cassini, et est durable d'un point de vue géophysique.
En d'autres termes, cette étude est en mesure de montrer qu'une action dans le cœur d'Encelade pourrait produire le chauffage nécessaire pour maintenir un océan mondial et produire une activité de panache. Étant donné que cette action est le résultat de la structure du noyau et de l'interaction des marées avec Saturne, il est parfaitement logique qu'elle se déroule depuis des milliards d'années. Donc, au-delà de fournir la première explication cohérente de l’activité du panache d’Encelade, cette étude est également une indication forte de l’habitabilité.
Comme les scientifiques en sont venus à comprendre, la vie met beaucoup de temps à démarrer. Sur Terre, on estime que les premiers micro-organismes sont apparus après 500 millions d'années, et les évents hydrothermaux auraient joué un rôle clé dans ce processus. Il a fallu 2,5 milliards d'années supplémentaires pour que la première vie multicellulaire évolue, et les plantes et les animaux terrestres n'existent que depuis 500 millions d'années.
Il est donc très encourageant de savoir que des lunes comme Encelade - qui a la chimie nécessaire pour soutenir la vie - ont également l'énergie nécessaire depuis des milliards d'années. On ne peut qu'imaginer ce que nous trouverons une fois que les futures missions commenceront à inspecter de plus près ses panaches!
