Europe, la lune de Jupiter, est une candidate de choix dans la recherche de la vie. La lune gelée a un océan souterrain, et les preuves indiquent qu’il est chaud, salé et riche en chimie vivifiante.
Nouvelle recherche spectacles que la lune tire de l’oxygène sous sa coquille glacée, où elle pourrait nourrir une vie simple.
L’interprétation d’un artiste de l’eau liquide à la surface de l’Europe s’accumulant sous un terrain chaotique. Crédit image : NASA/JPL-Caltech
La question de savoir si Europa peut ou non maintenir la vie dans son océan souterrain est très discutable, et le débat est essentiellement bloqué au neutre jusqu’à ce que la NASA y envoie l’Europa Clipper. La mission vers Europa doit être méticuleusement conçue, et la NASA fonde une partie de la conception sur les questions spécifiques que les scientifiques souhaitent que le Clipper aborde. On ne peut pas envoyer un vaisseau spatial sur Europe et lui dire de trouver la vie.
La NASA conçoit des missions avec de grandes questions à l’esprit, mais elles ne peuvent répondre qu’à des questions plus petites et spécifiques. Les scientifiques étudient donc différents aspects d’Europa et effectuent des simulations pour affiner les questions que la mission doit poser.
L’oxygène est au cœur de l’une de ces questions. Ce pourrait être la dernière pièce pour comprendre l’habitabilité d’Europe.
Europa a, ou nous pensons qu’elle a, la plupart de ce dont la vie a besoin pour se maintenir. L’eau est l’ingrédient principal, et il a une abondance d’eau dans son océan souterrain. Europa a plus d’eau que les océans de la Terre. Il contient également les nutriments chimiques nécessaires. La vie a besoin d’énergie, et la source d’énergie d’Europe est la flexion des marées de Jupiter, qui chauffe son intérieur et empêche l’océan de geler solidement. Ce sont des faits assez bien établis pour la plupart des scientifiques.
La lune gelée a également de l’oxygène à sa surface, un autre indice intrigant d’habitabilité. L’oxygène est généré lorsque la lumière du soleil et les particules chargées de Jupiter frappent la surface de la lune. Mais il y a un problème : l’épaisse calotte glaciaire d’Europe est une barrière entre l’oxygène et l’océan. La surface d’Europe est gelée, donc toute vie devrait être dans son vaste océan.
Comment l’oxygène peut-il passer de la surface à l’océan ?
Lorsque des particules chargées frappent la surface d’Europa, elles séparent les molécules d’eau. L’hydrogène plus léger flotte dans l’espace, mais l’oxygène reste derrière. Si l’oxygène parvient d’une manière ou d’une autre à l’océan, il pourrait fournir de l’énergie chimique à la vie microbienne. Crédit image : NASA
Selon une nouvelle lettre de recherche, des bassins d’eau salée dans la coquille glacée d’Europe pourraient transporter l’oxygène de la surface vers l’océan. La lettre de recherche est « Transport d’oxydant vers le bas à travers la coquille de glace d’Europa par percolation de saumure basée sur la densité,» publié dans la revue Geophysical Research Letters. L’auteur principal est Marc Hesse, professeur au Département des sciences géologiques de l’UT Jackson School of Geosciences.
Ces piscines saumâtres existent à des endroits de la coquille où certaines glaces fondent en raison des courants de convection dans l’océan. Le célèbre et photogénique d’Europe terrain chaotique formes au-dessus de ces piscines.
Le terrain du Chaos couvre environ 25% de la surface gelée d’Europe. Le terrain chaotique est l’endroit où les crêtes, les fissures, les failles et les plaines sont mélangées. Il n’y a pas de compréhension claire des causes exactes du terrain chaotique, bien qu’il soit probablement lié au réchauffement et à la fonte inégaux du sous-sol. Certaines des images les plus emblématiques d’Europe mettent en évidence cette caractéristique étrangement belle.
Image de la coquille de glace d’Europe, prise par le vaisseau spatial Galileo, d’un « terrain chaotique » fracturé. Les piscines d’eau salée sous un terrain chaotique peuvent transporter de l’oxygène vers l’océan de la lune. Crédit image : NASA/JPL-Caltech
Les scientifiques pensent que la calotte glaciaire d’Europe a une épaisseur d’environ 15 à 25 km (10 à 15 miles). UNE étude 2011 ont découvert que le terrain chaotique d’Europe peut être situé au-dessus de vastes lacs d’eau liquide à seulement 3 km (1,9 miles) sous la glace. Ces lacs ne sont pas directement reliés à l’océan souterrain, mais peuvent s’y déverser. Selon cette nouvelle étude, les lacs saumâtres peuvent se mélanger à l’oxygène de surface et, avec le temps, peuvent fournir de grandes quantités d’oxygène à l’océan souterrain plus profond.
Cette figure de l’étude montre comment les oxydants sont générés et distribués dans la glace de surface d’Europe. Pulvérisations de radiolyse H2O en H2 et O, avec O se recombinant en O2. Certains des O2 est libéré dans l’atmosphère de la lune, mais la majeure partie retourne dans le régolithe glacé et est piégée dans des bulles. Les bulles sont le principal réservoir proche de la surface pour les oxydants. Pendant des milliers d’années, les bulles peuvent se frayer un chemin jusqu’à l’océan. Crédit image : Hesse et al. 2022.
« Notre recherche place ce processus dans le domaine du possible », a déclaré Hesse. « Il fournit une solution à ce qui est considéré comme l’un des problèmes en suspens de l’habitabilité de l’océan souterrain d’Europe. »
Les chercheurs ont montré comment l’oxygène est transporté à travers la glace dans leur simulation. La saumure chargée d’oxygène se déplace vers l’océan souterrain dans une vague de porosité. Une onde de porosité transporte la saumure à travers la glace en élargissant momentanément les pores de la glace avant de se refermer rapidement. Pendant des milliers d’années, ces ondes de porosité transportent la saumure riche en oxygène vers l’océan.
Le modèle basé sur la physique construit par les chercheurs montre une onde de porosité (forme sphérique) transportant de la saumure et de l’oxygène à la surface d’Europe à travers la coquille de glace de la lune jusqu’à l’océan d’eau liquide en dessous. Le graphique montre le temps (en milliers d’années) et la profondeur de la coquille de glace (en kilomètres). Le rouge indique des niveaux d’oxygène plus élevés. Le bleu représente des niveaux inférieurs d’oxygène. Crédit image : Hesse et al. 2022
La relation entre le terrain chaotique et le transport d’oxygène n’est pas complètement claire. Mais les scientifiques pensent que les remontées d’eau convective causées par le réchauffement des marées font partiellement fondre la glace, se manifestant par un terrain chaotique confus à la surface. La glace sous la saumure doit être fondue ou partiellement fondue pour que la saumure riche en oxygène s’écoule dans l’océan. « Pour que ces saumures s’écoulent, la glace sous-jacente doit être perméable et donc partiellement fondue. Des études antérieures montrent que le réchauffement des marées augmente la température des remontées d’eau dans la partie convective de la coquille de glace d’Europe jusqu’au point de fusion de la glace pure », écrivent les auteurs.
« Étant donné que des terrains chaotiques se forment probablement sur remontées diapiriques, il est plausible que la glace sous-jacente soit partiellement fondue », indique la lettre. La présence de NaCl dans la glace de liaison augmente probablement la fonte.
La surface d’Europe est extrêmement froide mais pas assez froide pour recongeler si rapidement que l’oxygène ne peut pas être transporté dans les saumures. Aux pôles de la lune, la température ne dépasse jamais moins 220 C (370 F.) Mais les résultats du modèle « … démontrent que le regel à la surface est trop lent pour arrêter le drainage de la saumure et empêcher la livraison d’oxydant à l’océan interne. » Bien que la glace de surface d’Europe soit gelée, la glace en dessous est convective, ce qui retarde la congélation. Et certaines recherches montrent que le le fond marin peut être volcanique.
Cette illustration montre comment le volcanisme à l’intérieur d’Europe pourrait fonctionner pour maintenir un océan liquide. Crédit image : NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll
L’étude indique qu’environ 86% de l’oxygène absorbé à la surface d’Europe se rend dans l’océan. Au cours de l’histoire de la lune, ce pourcentage aurait pu changer considérablement. Mais l’estimation la plus élevée produite par le modèle des chercheurs crée un océan riche en oxygène très similaire à celui de la Terre. Quelque chose pourrait-il vivre sous la glace ?
Vue d’artiste d’un hypothétique cryobot océanique (un robot capable de pénétrer la glace d’eau) à Europe. Crédit image : NASA
« Il est tentant de penser à une sorte d’organismes aérobies vivant juste sous la glace », a déclaré le co-auteur Steven Vance, chercheur au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA et superviseur de son Planetary Interiors and Geophysics Group.
Kevin Hand est l’un des nombreux scientifiques qui s’intéressent vivement à Europa, à son potentiel de vie et à la prochaine mission Europa Clipper. Hand est un scientifique de la NASA/JPL dont les travaux se concentrent sur Europa. Il espère que Hesse et ses collègues chercheurs ont résolu le problème de l’oxygène dans les océans de la lune gelée.
« Nous savons qu’Europe a des composés utiles comme l’oxygène à sa surface, mais est-ce que ceux-ci se rendent dans l’océan en dessous, où la vie peut les utiliser? » Il a demandé. « Dans le travail de Hesse et de ses collaborateurs, la réponse semble être oui. »
Quelles questions l’Europa Clipper peut-il poser qui pourraient confirmer ces résultats ?
Le Clipper est la première mission dédiée à Europa. Nous pensons savoir beaucoup de choses sur Europa que nous n’avons pas été en mesure de confirmer. Le Clipper est conçu pour répondre à trois objectifs plus larges :
- Étudiez la composition de l’océan pour déterminer s’il possède les composants nécessaires pour maintenir la vie.
- Enquêtez sur la géologie de la lune pour comprendre comment la surface s’est formée, y compris le terrain chaotique.
- Déterminez l’épaisseur de la coquille de glace et s’il y a de l’eau liquide à l’intérieur et en dessous. Ils détermineront également comment l’océan interagit avec la surface : est-ce que quelque chose dans l’océan monte à travers la coquille jusqu’au sommet ? Est-ce que des matériaux de la surface descendent dans l’océan ?
Ce dernier point parle du transport potentiel d’oxygène de la surface vers l’océan. L’Europa Clipper embarquera dix instruments qui travailleront ensemble pour répondre à ces questions.
le SPectromètre MAss pour l’exploration planétaire/Europe (MASPEX) est particulièrement intéressant pour le transport d’oxygène sur Europa.
« MASPEX obtiendra des réponses cruciales des gaz proches d’Europe, tels que la chimie de la surface, de l’atmosphère et de l’océan suspect d’Europe », explique la page Web de l’instrument. « MASPEX étudiera comment le rayonnement de Jupiter modifie les composés de surface d’Europe et comment la surface et l’océan échangent des matériaux. »
MASPEX, et le reste des instruments d’Europa Clipper, pourraient confirmer le transport d’oxygène de la surface vers l’océan, où la vie pourrait l’utiliser si la vie existe là-bas. Mais nous devrons attendre un peu. Europa Clipper devrait être lancé en octobre 2024 et n’atteindra le système Jupiter que 5,5 ans plus tard. Une fois sur place, sa phase scientifique devrait durer quatre ans. Il pourrait donc être 2034 avant que nous ayons toutes les données.
En attendant, des recherches comme celle-ci vont aiguiser nos appétits.
La source: Univers aujourd’huipar Evan Gough.
