Une publication dans Nature Astronomy

Des observations du télescope spatial Hubble démontrent la présence d'eau dans l'atmosphère de Ganymède



©NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Une équipe scientifique internationale - dont font partie des chercheurs du Laboratoire de physique atmosphérique et planétaire (LPAP) de l’ULiège - vient de rapporter la première détection de vapeur d'eau dans l'atmosphère de Ganymède, une des quatre grandes lunes de Jupiter. Cette découverte - basée sur des observations inédites avec le télescope spatial Hubble - fait l’objet d’une publications dans Nature Astronomy.

P

ratiquement toutes les planètes du système solaire possèdent une atmosphère dont les propriétés physiques et chimiques sont extrêmement variables d'une planète à l'autre. Même notre Lune possède une atmosphère extrêmement ténue. Dans ce cas, on parle plutôt d'une exosphère. Les satellites des planètes peuvent donc aussi avoir une sorte d’atmosphère. « En ce qui concerne les satellites de Jupiter ( Io, Europe, Ganymède et Callisto), ces lunes ont une masse suffisante pour retenir les composés les plus lourds qui forment leur exosphère, explique le Pr Denis Grodent, Directeur de l’Unité de Recherche STAR (Faculté des Sciences), responsable du Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire (LPAP) de l’Université de Liège et co-auteur de l’étude publiée dans Nature Astronomy. Pour Ganymède on peut même dire que cette atmosphère contient principalement de l'oxygène (O2) et de la vapeur d'eau (H2O). Ces constituants, très présents dans l'atmosphère de la Terre, proviennent de la surface de ce satellite qui est en majorité composée de glace d'eau. »

Il existe au moins trois mécanismes pour approvisionner l'atmosphère de Ganymède à partir de cette glace de surface: le "sputtering" (pulvérisation), la radiolyse (la décomposition de la matière par des rayonnements ionisants) et la sublimation (changement d’état d’un corps de l’ état solide à l’état gazeux). A cela s'ajoute un grand nombre de réactions physico-chimiques. « La présence d'O2 et H2O dans l'atmosphère de Ganymède était déjà prédite par des modèles physiques, explique le Dr Bertrand Bonfond, chercheur qualifié FNRS au LPAP et co-auteur de l’étude, mais jusqu'à présent seul l'oxygène avait pu être détecté, notamment grâce à l'observation par le télescope spatial Hubble (HST), des aurores ultraviolettes qui entourent les pôles de Ganymède. » On parle ici de quantités infimes de ces molécules, la pression de l'atmosphère à la surface de Ganymède étant cent milliards de fois plus petite que celle de la Terre. Il aura donc fallut de nouvelles observations, encore plus précises, de cette lune de Jupiter à l’aide du télescope Hubble pour enfin pouvoir détecter la vapeur d'eau. « Cette détection est très indirecte, reprend Denis Grodent, car elle repose sur le rapport entre deux émissions aurorales de l'oxygène atomique à deux longueurs d'onde différentes, ce qu'on appelle un "rapport de couleur". »

Cette étude montre clairement que la concentration en vapeur d'eau est la plus importante là où Ganymède est le plus exposé à la lumière du soleil (au point subsolaire, le point le plus proche du Soleil, là où les rayons atteignent la lune de manière perpendiculaire) et disparaît du côté nuit, ce qui démontre le rôle majeur du processus de sublimation de la glace d'eau de surface. « En fait, reprend Bertrand Bonfond, au point subsolaire l'atmosphère est quasiment entièrement constituée de vapeur d'eau, alors que côté nuit, il n'y a plus que de l'oxygène (O2). Cette asymétrie entre les côtés jour et nuit doit certainement engendrer un transport des constituants atmosphériques, sous forme de vents. » C'est clairement une des propriétés de l'atmosphère de Ganymède que devra étudier en détail la mission ESA-JUICE, à laquelle participe activement le LPAP, lorsque celle-ci se placera en orbite autour de Ganymède ... en 2033.

emissions aurorales Ganymede 

Images HST/STIS des émissions aurorales de Ganymède à 135,6 nm (gauche) et 130,4 nm (droite) dont le rapport a permis de montrer la présence de la vapeur d'eau. Le vecteur montre la direction vers le Nord de Jupiter (N). Les losanges indiquent le centre du disque et les astérisques sont sur le point subsolaire. Les intensités sont données en Rayleigh et les distances en rayon de Ganymède (ordonnée de droite). Crédit: ESA/NASA/Roth

Référence scientifique

Lorenz Roth, Nickolay Ivchenko, G. Randall Gladstone, Joachim Saur, Denis Grodent, Bertrand Bonfond, Philippa Molyneux, Kurt Retherford. Evidence for a sublimated water atmosphere on Ganymede from Hubble Space Telescope observations. Nature Astronomy, 2021

Contacts

Denis Grodent

Bertrand Bonfond

Partagez cette news