Découverte des lunes-océans de Saturne par Cassini-Huygens - Gabriel TOBIE - Encelade
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!
Encelade
Découverte des lunes-
océans de Saturne par
Cassini-Huygens
Gabriel TOBIE
!
Laboratoire de Planétologie et Géodynamique,
CNRS/ Université de Nantes
!
Titan
Saturne et ses lunes
Gabriel TOBIE
LPGNantes, Université de Nantes, CNRS
Enceladus
JUPITER SATURNE
GALILEO (1995-2003) CASSINI-HUYGENS (2004-2017)
Gabriel TOBIE
LPGNantes, Université de Nantes, CNRS
Enceladus
JUPITER SATURNE
1981: Premier survol de Titan par Voyager
Titan
vu par
Voyager 2
Un ocean global de méthane liquide
à la surface de Titan ?
Voyager, NASA/JPL-Caltech
Exploration du système de Saturne
par la mission Cassini-Huygens (NASA-ESA-ASI)
Mise en orbite autour de Saturne:
30 Juin 2004
!
Attitanissage du module européen
Huygens sur Titan le 14 janvier 2005
!
Survols multiples de Titan (127), d’
Encelade (22), et des autres
satellites par la sonde américain
Cassini
!
Fin de mission: 15/09/2017
Nuages
de méthane TITAN: Un cycle actif à base de méthane
Réseau de rivières autour du
site d’atterrissage de Huygens
Un cycle de
précipitation-évaporation
analogue du cycle de
l’eau sur Terre
Cassini/ISS
Huygens/DISR
NASA/JPL/SSI
Tomasko et al. (2005)
ESA/NASA/JPL/U. Arizona
Mers et lacs de méthane-éthane Cassini/RADAR
liquide au pôle nord de Titan
NASA/JPL/LPG/CNRS/U. Nantes
TITAN: Un océan d’eau liquide en profondeur ?
Cassini/ISS
Tobie et al. (2005)
Océan d’eau liquide
enrichi en NH3 à
environ 50 km de
profondeur prédit par
un modèle thermo-
orbital couplée
!
La cristallisation progressive de l’océan interne pourrait expliquer
un dégazage tardif du méthane atmosphérique (Tobie et al. 2006).
TITAN: Un océan d’eau liquide en profondeur ?
Détection d’ondes électromagnétiques durant la descente du
module Huygens par l’instrument HASI-PWA (Simoes et al. 2007)
Interprétées comme une résonance de type
Schumann entre la ionosphère et une couche
électriquement conductrice à 50-80 km de
profondeur (Béghin et al. 2010, 2012).
Cassini/ISS
Premier indice
d’un océan en
profondeur
TITAN: Un océan d’eau liquide en profondeur ?
La fausse
détection par
le Radar
de Cassini
!
(Lorenz et al. 2008)
Sotin et Tobie (2008)TITAN: Un océan d’eau liquide en profondeur ?
La fausse
détection par
le Radar
de Cassini
!
(Lorenz et al. 2008)
Sotin et Tobie (2008)TITAN: Un océan d’eau liquide en profondeur !
Mesure des variations du champ de
gravité dues aux effets de marée
(Iess et al. 2014, Mitri et al. 2014)
Confirmation
d’un océan en
profondeur
εmeas = 0.32° ± 0.02
(3 x the value expected for
a solid satellite) ◦
Obliquité 3 fois plus élevé
que la valeur attendue pour
un intérieur solide
(Baland et al. 2011, 2014)TITAN: Habitabilité de son océan interne ?
Production de molécules Détection d’argon radiogénique par
organiques complexes à partir de Huygens, indiquant un dégazage de
la photochimie de CH4-N2 l’intérieur rocheux (Niemmann et al. 2005,2010)
(Waite et al. 2007, Gudipathi et al. 2014)
> Degré d’échange à travers la
couche de glace à présent ?
! Cassini/ISS
> Recyclage de la matière organique
en surface dans l’océan ?
!
ESA/ATG medialabTITAN: Habitabilité de son océan interne et de ses mers
Mission
Future projectstotoJupiter’s
missions Saturn’smoons
moons
de méthane ?
Jupiter Icy Moon Explorer: Europa Multiple Flyby mission:
ESA mission to Ganymede and Jupiter’s system NASA mission to Europa
Launch: 2022 > Arrival 2030 Launch: 2024; Arrival : 2028-2030
! !
! !
em&Mission&(TSSM)&& Titan&Explorer&& ! Titan&Explorer&&
Titan&and&Saturn&System&Mission&(TSSM)&&
Titan&Mare&Explorer&(TiME)&
JUpiter ! ICy
!
Titan&Mare&Explorer&(TiME)&
Titan&and&Saturn&System&Mission&(TSSM)&& Titan&Mare&E
moon !
NASA$Flagship$study$(2007)$ ESA6NASA$joint$mission$study$(2008)$
NASA$Flagship$study$(2007)$ NASA$Discovery$candidate$(200862012)$
ESA6NASA$joint$mission$study$(2008)$ NASA$Discovery$ca
sion$study$(2008)$ !
NASA$Discovery$candidate$(200862012)$
!
!
! Explorer !
!
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! (ESA) !
!
!
&Aerial&Vehicle&for&In&Situ&and&Airborne& Cassini/ISS &Aerial&Vehicle&for&In&Situ&and&Airborne&
! &Aerial&Vehicle&for
Titan&and&Enceladus&Mission&(TandEM)& &Titan&Aerial&Explorer&(TAE)&
Titan&and&Enceladus&Mission&(TandEM)& Reconnaissance&(AVIATR)& Reconnaissa
!
Reconnaissance&(AVIATR)&
n&Aerial&Explorer&(TAE)& ESA$L16CV$candidate$(2007)$ &Titan&Aerial&Explorer&(TAE)&
!
2030-2032
M36CV$candidate$(2010))$ NASA$Discovery$candidate$(2010)$ ESA$M36CV$candidate$(2010))$
ESA$L16CV$candidate$(2007)$ NASA$Discovery$candidate$(2010)$
ESA$M36CV$candidate$(2010))$ NASA$Discovery
! ! E T:
! ! !
2
De nombreux projets Explorer of Enceladus and Titan
proposés depuis 2007,
!
aucun sélectionné pour le
!
Characterize the internal oceans of
moment…
!
Europa and Ganymede and assess !
their habitability.
&Journey&to&Enceladus&and&Titan&(JET)&
&Enceladus&Life&Finder&(ELF)&
! &Journey&to&Enceladus&and&Titan&(JET)&
&Enceladus&Life&Finder&(ELF)&
&Journey&to&Enceladus&and&Titan
Explorer of Enceladus and Titan (E T)2
NASA$Discovery$candidate$(2010)$
NASA$Discovery$candidate$(201
NASA$Discovery$candidate$(2010)$
NASA$Discovery$candidate$(2015)$
NASA$Discovery$candidate$(2015)$ ESA M5-CV candidate (2016)Encelade: les premiers indices de Voyager
Image Voyager 2
Vue d’artiste publiée en 1986
Vue d’artiste publiée
dans National
Geographic en 1981Encelade redécouverte par Cassini
Détection d’une courbure du champ magnétique de Saturne au voisinage
d’Encelade lors des 2 premiers survols
Première image d’Encelade
prise à contre-jour montrant
une anomalie de brillance
au dessus du pôle sud
Survols de février et mars 2005
Les premiers indices…Encelade redécouverte par Cassini
MAG (Dougherty et al. 2006) ISS (Porco et al. 2006)
CDA (Spahn et al. 2006)
Survol du 24 juillet 2005
Découverte de
jets de vapeur
et de grain de glaceEncelade redécouvert par Cassini-Huygens
UVIS (Hansen et al. 2006)
Détection d’un panache de vapeur
d’eau, contenant du dioxide de
carbone et du méthane
INMS (Waite et al. 2006)Encelade redécouverte par Cassini Enigme de l’anneau E résolue
Identification des
sources des jets
Spitale et Porco (2017)
Tous les jets proviennent des 4 grandes fractures au pôle sudIdentification des
sources des jets
Porco et al. (2014)
Une centaine de sources de jet identifiéesOrigines des
éruptions ?
Modèle froid Modèle chaud:
sublimation de glace ébullition d’eau
et clathrates (T< -50°C) (T ~0°C)Premiers indices
en faveur
d’eau liquide
Détection de sels dans les
grains de glace de l’anneau E,
puis confirmation dans les jets
Postberg et al. (2009, 2011)Premiers indices
en faveur
d’eau liquide
Giese et al. (2012)
Une mer salée sous une Tobie et al. (2008), Behounkova et al. (2012),
épaisse couche de glace ? Spencer and Nimmo (2012)Encelade encore plus active
que l’on pense ?
Howett et al. (2011)
Lainey et al. (2012)Origine de mystérieuses nano-grains
de silice ?
Détection de nano-grain de silice pure
s’échappant du système de Saturne lors
de l’arrivée de Cassini en 2004 ….
Kempf et al. (2005)
Origine de ces grains
restée mystérieuse
pendant 10 ansEncelade: source de ces nano-grains ?
Ces nano-grains
proviennent de
l’anneau E.
Hsu et al. (2011)
Donc ils proviennent
vraisemblablement
d’Encelade…Activité hydrothermale dans Encelade ?
Conditions de
formation de
nano-grains de
silice:
!
Eau chaude
( >90°C) circulant
dans un noyau
poreux
Hsu et al. (2015),
Sekine et al. (2015)Activité hydrothermale dans Encelade ?
Détection d’hydrogène
lors du dernier
survol rapproché
(28 Oct. 2015)
Waite et al. (2017)
Activité confirméeDétection d’un océan global à partir des
librations
! Libration forcée de 0.12°
! estimée grâce aux images
! ISS de Cassini
Un océan global sous une
couche de glace de 20-25
km nécessaire pour
expliquer l’amplitude des
librations
31
Thomas et al. (2016)LETTERS
Une couche de glace encore plus NATURE
fineASTRONOM
que l’on pensait …
a b
E E´
t
cp1 F
cl2 cl3
! E
! cl3
E´
! clh F
20-25 km Ice s
hell
O
d’épaisseur
csp t
en O Oce
an
moyenne cl
… 3
cl2 t
cp1
Le Gall et al. (2017)
Cadek et al. (2016)
Figure 3 | Possible scenario for the heat production and transport in the subsurface of Enceladus’s SPT. a, Orthographic projection of the SPT with th
structural units mapped in ref. 26 superimposed. The E16 RADAR swath is outlined in black and the regions with a peak thermal anomaly are marked re
mais pas plus de Flux de chaleur
b, Notional sketch of the subsurface below the profiles, OE and OF (see a). Point E corresponds to one of the two identified warm curved scarps (prob
similar to that in point E′) associated with an upward deflection of the isotherm. Point F corresponds to the possible dormant sulcus detected in the m
quelques pouvant
of the E16 track, in a region where the thickness of the ice shell is probably less than that below point E (or E′) but greater than that in the central SPT.
dotted line represents a subsurface isotherm and the arrows indicate the extensional and compressional stresses around the ‘tiger stripes’.
kilomètres
palaeo-heat flows comparable to the SPT’s present-day output (for
atteindre 1 W/m2
(see Supplementary Information). One of the thermal anomalies seems
d’épaisseur au
example, ref. ) suggest that the leading and trailing sides have also
32
experienced episodes of being in a dissipative state. The present
(10 xInformation).
Flux
to coincide with a large sulcus-like feature whose depth was estimated by
radarclinometry (see Supplementary
pôle sud
detection of a possible dormant sulcus and of warm fractures at the
edge of ‘plate-like’ features is a further argument for a non-steady
Data availability. The dataterrestre !)archived in the Planetar
reported in this paper are
Data System: http://pdsimage.wr.usgs.gov/archive/co-v_e_j_s-radar-3-sbdr-v1
state of Enceladus, involving a dynamical evolution of the ice shell. CORADR_0232/. The simulation results are available from A.L.G. on request.
Subsurface radar sounding together with detailed surface mapping
by a future exploration mission may reveal the complex subsurface Received 2 November 2016; accepted 24 January 2017;
published 13 March 2017ENCELADE: La lune « hydrothermale »
Courants ascendants d’eau
chaude (>100°C) produits par
les chauffage de marée dans
un noyau poreux non
consolidé.
!
LETTERS Points chauds préférentielle-
NATURE ASTRO
ment aux pôles, entrainant un
a b amincissement de la couche
t
de glace. E E´
cp1 F
cl2 cl3
E
E´
cl3
clh F
hell
Ice s
O csp t an
O Oce
cl3
cl2 t
Choblet al. (2017)
cp 1 Le Gall et al. (2017)
ESA/LPG/CNRS/U. Nantes/NASA/JPL/SSI&Aerial&Vehicle&for&In&Situ&and&Airborne&
ENCELADE: Un &Aerial&Vehicle&for&In&Situ&and&Airborne&
oasis pour la vie ?
E)& ESA Reconnaissance&(AVIATR)&
M5 Mission Candidate Reconnaissance&(AVIATR)&
Titan&Aerial&Explorer&(TAE)&
)$ Explorer
NASA$Discovery$candidate$(2010)$
ESA$M36CV$candidate$(2010))$
of Enceladus and TitanNASA$Discovery$candidate$(2010)$
(E2T)
E2T:
Explorer of Enceladus and Titan
Enceladus&and&Titan&(JET)&
&Journey&to&Enceladus&and&Titan&(JET)&
Explorer
NASAofNewEnceladus
scovery$candidate$(2010)$ andCandidate
Frontiers
2
Titan (E T)
NASA$Discovery$candidate$(2010)$
ESA M5-CV
Enceladus candidate
Life (2016)
Finder (ELF)
Enceladus Life etc. (ELSHA)
NASA/JPL/SwRIEUROPE : Habitabilité de l’océan interne ?
Profondeur et composition
NASA
Europa Clipper
de l’océan ? !
! entrée en phase B (21/02/2017)
Energie interne ? lancement prévue en 2022-2024
!
Activité volcanique sur le
plancher océanique ?
Europa Lander (en projet)
Appel à proposition pour instruments (18/05/2017)
NASA/JPL-CaltechGANYMEDE: Caractéristiques de son océan interne ?
Quelle est la structure de ESA JUpiter ICy moon Explorer (JUICE)
l’hydrosphère de Ganymède ?
Quelle est l’efficacité des
échanges du noyau jusqu’à la
surface ?
Choblet et al. (2017)
Kalousova et al. (2017)
!
Lancement prévu en 2022
Opéra1on autour de Jupiter: 2030 - 2032
Mise en orbite autour de Ganymède: 2031
! ESA/ATG medialabSuite en 2030 …
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