Crédit d'image: Keck
Alors que le vaisseau spatial Cassini-Huygens approche d'une rencontre en juillet avec Saturne et sa lune Titan, une équipe de l'Université de Californie à Berkeley, les astronomes ont produit un aperçu détaillé de la couverture nuageuse de la lune et de ce que la sonde Huygens verra en plongeant dans l'atmosphère de Titan pour atterrir à la surface.
L'astronome Imke de Pater et ses collègues de l'UC Berkeley ont utilisé l'optique adaptative sur le télescope Keck à Hawaï pour imager la brume d'hydrocarbures qui enveloppe la lune, prenant des instantanés à différentes altitudes de 150 à 200 kilomètres jusqu'à la surface. Ils ont assemblé les images dans un film qui montre ce que Huygens rencontrera quand il descendra à la surface en janvier 2005, six mois après que l'engin spatial Cassini entre en orbite autour de Saturne.
«Avant, nous pouvions voir chaque composant de la brume mais nous ne savions pas exactement où il se trouvait dans la stratosphère ou la troposphère. Ce sont les premières images détaillées de la distribution de la brume avec l'altitude », a déclaré le chimiste atmosphérique Mate Adamkovics, un étudiant diplômé du College of Chemistry d'UC Berkeley. "C'est la différence entre une radiographie de l'atmosphère et une IRM."
"Cela montre ce qui peut être fait avec les nouveaux instruments sur le télescope Keck", a ajouté de Pater, se référant au spectromètre proche infrarouge (NIRSPEC) monté avec le système d'optique adaptative. "C'est la première fois qu'un film est tourné, ce qui peut nous aider à comprendre la météorologie sur Titan."
Adamkovics et de Pater notent que même après que Cassini a atteint Saturne cette année, les observations au sol peuvent fournir des informations importantes sur la façon dont l'atmosphère de Titan change avec le temps, et comment la circulation se couple à la chimie atmosphérique pour créer des aérosols dans l'atmosphère de Titan. Cela deviendra encore plus facile l'année prochaine lorsque OSIRIS (OH-Suppressing Infra-Red Imaging Spectrograph) sera mis en ligne dans les télescopes Keck, a déclaré de Pater. OSIRIS est un spectrographe à champ intégral proche infrarouge conçu pour le système d'optique adaptative de Keck qui peut échantillonner une petite parcelle rectangulaire de ciel, contrairement à NIRSPEC, qui échantillonne une fente et doit balayer une parcelle de ciel.
De Pater présentera les résultats et le film le jeudi 15 avril lors d'une conférence internationale aux Pays-Bas à l'occasion du 375e anniversaire du scientifique néerlandais Christiaan Huygens. Huygens a été le premier «directeur scientifique» de l'Académie française et le découvreur de Titan, la plus grande lune de Saturne, en 1655. La conférence de quatre jours, qui a débuté le 13 avril, a lieu au European Space & Technology Center à Noordwijk.
La mission Cassini-Huygens est une collaboration internationale entre trois agences spatiales - la National Aeronautics and Space Administration, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale italienne - impliquant des contributions de 17 nations. Il a été lancé depuis le Kennedy Space Center le 15 octobre 1997. Le vaisseau spatial arrivera à Saturne en juillet, et l'orbiteur Cassini devrait renvoyer des données sur la planète et ses lunes pendant au moins quatre ans. L'orbiteur transmettra également les données de la sonde Huygens lorsqu'elle plongera dans l'atmosphère de Titan et après qu'elle atterrira à la surface l'année prochaine.
Ce qui rend Titan si intéressant, c'est sa ressemblance apparente avec une jeune Terre, un âge où la vie est probablement apparue et avant que l'oxygène ne modifie la chimie de notre planète. Les atmosphères de Titan et de la Terre primitive étaient dominées par presque la même quantité d'azote.
L'atmosphère de Titan contient une quantité importante de méthane, qui est chimiquement altéré par la lumière ultraviolette dans la haute atmosphère, ou stratosphère, pour former des hydrocarbures à longue chaîne, qui se condensent en particules qui créent une brume dense. Ces hydrocarbures, qui pourraient être comme du pétrole ou de l'essence, finissent par se déposer à la surface. Les observations radar indiquent des zones plates sur la surface de la lune qui pourraient être des piscines ou des lacs de propane ou de butane, a déclaré Adamkovics.
Les astronomes ont pu percer la brume d'hydrocarbure pour regarder la surface à l'aide de télescopes au sol avec optique adaptative ou interférométrie de speckle, et avec le télescope spatial Hubble, toujours avec des filtres qui permettent aux télescopes de voir à travers les "fenêtres" dans la brume où le méthane n'absorbe pas.
L'imagerie de la brume elle-même n'a pas été aussi facile, principalement parce que les gens ont dû observer à différentes longueurs d'onde pour le voir à des altitudes spécifiques.
"Jusqu'à présent, ce que nous savions sur la distribution de la brume provenait de groupes distincts utilisant différentes techniques, différents filtres", a déclaré Adamkovics. "Nous obtenons tout cela en une seule fois: la distribution 3D de la brume sur Titan, combien à chaque endroit de la planète et à quelle hauteur dans l'atmosphère, en une seule observation."
L’instrument NIRSPEC du télescope Keck mesure l’intensité d’une bande de longueurs d’onde proche infrarouge en balayant une dizaine de coupes le long de la surface de Titan. Cette technique permet de reconstruire la brume en fonction de l'altitude car des longueurs d'onde spécifiques doivent provenir d'altitudes spécifiques ou elles ne seraient pas visibles du tout à cause de l'absorption.
Le film Adamkovics et de Pater réunis montre une distribution de brume similaire à ce qui avait été observé auparavant, mais plus complète et assemblée de manière plus conviviale. Par exemple, une brume dans l'atmosphère au-dessus du pôle Sud est très évidente, à une altitude comprise entre 30 et 50 kilomètres. Cette brume est connue pour se former de façon saisonnière et se dissiper pendant «l'année» du Titan, qui est d'environ 29 1/2 années terrestres.
Une brume stratosphérique à environ 150 kilomètres est visible sur une grande zone de l'hémisphère nord mais pas l'hémisphère sud, une asymétrie observée précédemment.
À la tropopause de l'hémisphère sud, frontière entre la basse atmosphère et la stratosphère à environ 42 kilomètres d'altitude, une brume de cirrus est visible, analogue à la brume de cirrus sur Terre.
Les observations ont été faites les 19, 20 et 22 février 2001 par de Pater et son collègue Henry G. Roe du California Institute of Technology, et analysées par Adamkovics à l'aide de modèles fabriqués par Caitlin A. Griffith de l'Université de l'Arizona, avec co-auteur SG Gibbard du Lawrence Livermore National Laboratory.
Le travail a été parrainé en partie par la National Science Foundation et le Technology Center for Adaptive Optics.
Source d'origine: communiqué de presse de UC Berkeley
