Europe, satellite de Jupiter

Dans la mythologie grecque, Europe est le nom de plusieurs héroïnes, mais la plus célèbre est la fille d’Agénor qui fut aimée de Zeus .

Introduction

Nous avons été attirés par le côté mystérieux d’Europe. En effet sa fine surface rainurée semble cacher beaucoup de secrets. Entre autres la possibilité que la vie se soit développée sur cet astre, a été la principale raison de notre choix. Il nous a donc semblé intéressant d’approfondir nos connaissances sur ce satellite.

Dans une première partie nous allons parler de sa découverte par Galilée puis dans une seconde partie des différentes missions qui ont approché notre sujet. Ensuite nous vous présenterons dans une troisième partie Europe ainsi que ses caractéristiques, dans une quatrième les questions de la vie sur le satellite ainsi que de l’existence d’un océan seront abordées et enfin dans une cinquième partie, nous traiterons de la future mission qui permettra peut-être d’apporter des réponses aux questions posées dans la quatrième partie.

 

I. La découverte

II . Les missions autour d’Europe

III. Les caractéristiques d’Europe

IV . Un océan sur Europe ? De la vie ?

V. Projets futurs

Exercice

Bibliographie

 

 

I. La découverte

La lunette d’approche existait depuis plusieurs années déjà quand Galilée eut l’idée de la diriger vers le ciel. Ce fut une révolution, comme l’exploration spatiale aujourd’hui, en ce qui concerne les découvertes qui s’en suivirent.

Voici un extrait des premières observations de Galilée qui menèrent à la découverte des quatre principaux satellites de Jupiter :


   « Le 7 janvier 1610, à une heure du matin, alors que j’explorais le ciel avec ma lunette, Jupiter se présenta à moi ; [...] je pus apercevoir trois petites étoiles à côté de lui. [...]Je fus très étonné parce qu’elles semblaient exactement alignées sur une ligne parallèle à l’écliptique et parce qu’elles étaient beaucoup plus belles que les autres étoiles de même magnitude. Leurs positions étaient comme cela :

[...]Je crus qu’il s’agissait d’étoiles fixes. Quand, le 8 janvier, je ne sais pourquoi, je refis la même observation, je vis une configuration complètement différente [...] :

Devant un tel phénomène, et incapable de concevoir que des étoiles puissent changer de position relatives, je me demandais comment Jupiter pouvait se trouver à l’est de ces étoiles ce jour, alors qu’il se trouvait à l’ouest de deux d’entre elles la veille.[...]. Le 10 janvier [...] ces étoiles apparurent dans la configuration suivante par rapport à Jupiter :

Seulement deux étoiles à l’est de Jupiter, celle du centre étant trois fois plus loin de Jupiter que l’autre étoile. Celle la plus à l’est était deux fois plus brillante que celle du centre alors que la nuit précédente elles m’étaient apparues de même magnitude. J’admis ainsi qu’il y avait dans le ciel, sans aucun doute, des étoiles qui tournaient autour de Jupiter de la même façon que Mercure et Vénus tournent autour du Soleil... »

Cette découverte de Galilée allait bouleverser notre connaissance du système solaire : on avait un exemple de mouvement qui ne se faisait pas autour de la Terre. Et la Terre n’était plus la seule planète qui possédait des lunes qui la suivait dans son mouvement autour du Soleil : Jupiter aussi en avait.

Galilée appela ces étoiles les « astres de Médicis » ou bien astres médicéens en l’honneur du prince de Médicis. Il les nomma comme ceci : Principharus , Victripharus , Cosmipharus et Ferdinandipharus . C’est Simon Marius qui donna les noms de Io, Europe, Ganymède et Callisto en 1614 dans son «  Mundus Jovialis  ».

II . Les missions autour d’Europe

Les missions Voyager

Les missions Voyager sont constituées de deux sondes planétaires Voyager 1 et 2, qui ont été lancées par les Etats-Unis en 1977. De ces deux sondes, juste Voyager 2 est allé à la rencontre de l’astre qui nous intéresse : Europe.

Voyager 2 lancé le 20 août 1977, rencontra pour la première fois Jupiter le 9 juillet 1979 et passa à 71400 kilomètres de celle-ci, puis il s’est approché d’Europe, et compléta alors ce que Voyager 1 n’avait pas fait.

La mission Galiléo

Galiléo : sonde automatique américaine lancée le 19 octobre 1989 par la navette américaine Atlantis, destinée à l’exploration de Jupiter, est le successeur des sondes Voyager 1 et 2. Il entra  pour la première fois en orbite autour de Jupiter après 6 ans de voyage, en 1995.

Voici son parcours en ce qui concerne le satellite Europe :

12 août 1996 : Voici la première image d’Europe prise par Galiléo :

Juin 1997 : Le Solid State Imaging (SSI) system de la sonde prend ces images d’Europe durant sa 9 ème orbite autour de Jupiter : une vue globale du satellite prise à une distance de 1,25 millions de kilomètres.

6 novembre 1997 : durant sa 11 ème orbite , Galiléo prend l’image ci-dessous depuis environ 217000 km. C’est avec des images comme celles-ci nous avons alors pu connaître l’âge et l’origine de certains terrains tachetés.

16 décembre 1997 : Images de la région Conamara Chaos prises par Galiléo, d’une distance de 900 km.

26 septembre 1998 : Galiléo prend cette image d’ Agenor Linéa (ci-contre) , durant sa 17 ème orbite , depuis une distance de 5000 km.

31 janvier 1999 : Galiléo survole Europe à 1440 km d’altitude. Cette mission s’effectue à 836 millions de km de la Terre (pour parcourir cette distance, un signal radio met plus de 46 min). Ce sera la huitième et dernière rencontre de la mission GEM ( G aliléo E uropa M ission) qui consistait à faire 8 survols d’Europe en basse altitude.

30 juin 1999 : C’est la 21 ème orbite de Galiléo autour de Jupiter. Il traverse alors la proche banlieue de Jupiter et après être passé devant Ganymède, il passe à 118000 km d’Europe puis devant Io.

3 janvier 2000 : Voilà plus de 10 ans que Galiléo est dans l’espace et c’est sa 26 ème orbite autour de Jupiter. Il fait un nouveau survol d’Europe à 351 km d’altitude et se trouve à 697 millions de km de la Terre .

10 janvier 2000 : Galiléo permet de mettre en évidence que le pôle magnétique d’Europe change de position en permanence, ce qui conforte la théorie selon laquelle il y aurait un océan d’eau salée sous la glace qui forme la surface du satellite. Cette surface serait, d’après les spécialistes, une croûte épaisse de plusieurs dizaines de kilomètres de glace.

Galileo est à ce jour notre meilleure source d’images et d’informations, et nous a permis de percer le secret du système jovien et de ses satellites (notamment Europe). La sonde américaine plongera sur Jupiter en août 2003 et l’on verra alors se terminer la longue mission assignée à Galiléo. Repos bien mérité après 14 années de bons et loyaux services.

Cela dit, il nous faudra attendre 2010 avec ses successeurs (voir V. Les projets futurs ) pour pouvoir répondre aux maintes questions que les scientifiques se posent sur l’existence d’un océan et de la vie possible sur Europe (voir IV . Une vie probable sur Europe ).

III. Les caractéristiques d’Europe

Caractéristiques :

Europe est le sixième satellite connu de Jupiter qui en compte dix-sept. Il est situé après Métis, Adrastea, Amalthea, Thebe et Io. C’est le quatrième plus gros, 3138 kilomètres de diamètre, à peine plus petit que notre Lune. Il est précédé de ses trois frères : les satellites galiléens : Ganymède : 5262 kilomètres de diamètre, Callisto : 4800 kilomètres et Io : 3630 kilomètres. Sa masse est de 4,80x10 19 tonnes soit environ 0,65 fois la masse de la lune. Son orbite est de 670 900 kilomètres de Jupiter ou 9,40 rayons joviens et son élongation maximale est de 3 minutes 40 secondes d’arc. Enfin sa période de rotation autour de Jupiter est de 3,55 jours.

Io, Europe, Ganymède et Callisto (55 ko)

 

 

 

 

Io

Europe

Ganymède

Callisto

Etude de la surface :

Europe se situe 5 fois plus loin du Soleil que la Lune et sa température de surface est de -145°C. Cette température n’explique en rien comment la glace d’Europe peut avoir une activité c’est pour cela qu’Europe intrigue tant les scientifiques. Ils pensent que la forte gravité de Jupiter entraîne un phénomène de marée et pétrit à distance l’intérieur du satellite, l’échauffant en le détendant et en le compressant. Cette idée fit son apparition dans les années 1970, lors du survol de Voyager. La sonde découvrit une surface comportant très peu de cratères et surtout parcourue par de mystérieuses lignes. On supposa que cette surface était jeune, qu’elle se renouvelait en continu. De même on expliqua ces lignes par la présence de quelque chose de mobile sous la croûte. En 1990, grâce à la sonde Galileo  et sa vue plus détaillée on confirma que certaines parties de la surface d’Europe n’étaient âgées que de 10 millions d’années.

La surface d’Europe ne ressemble à rien d’autre dans le système solaire intérieur. Elle est extraordinairement lisse. Les plus hautes formations dépassent à peine les 100 mètres de haut mais ce ne sont pas les plus visibles. Sur Europe ce sont des formations d’albédo qui sont les plus marquantes. (Taches sombres ou claires à la surface d’un objet qui pourrait ne pas être de nature géologique ou topographique).

Sur la photo ci-dessous, les parties blanc brillant et bleuâtres de la surface d’Europe se composent principalement de glace d’eau, avec très peu de poussières. En revanche les parties plus foncées à droite sur l’image peuvent être recouvertes de sels hydratés et d’autres poussières inconnues comme ce composé rouge. A gauche de l’image on peut voir aussi d’autres composés inconnus jaunes cette fois-ci. Quant aux longues lignes sombres ce sont des fractures dans la croûte, dont certaines atteignent 3000 kilomètres de long.

Images globales d'Europe par Galileo (24 ko)

Cette photo a été prise en juin 1997 à une distance de 1,25 millions de kilomètres par le Solid State Imaging (SSI) system de la sonde Galileo, durant sa neuvième orbite autour de Jupiter. C’est une image en couleurs composites de violet, vert et infrarouge d’Europe.

Agenor Linea (233 ko)

La photo ci-contre représente Agenor Linea. C’est une structure étrange sur Europe car elle est assez brillante. A l’intérieur on y trouve plusieurs longues bandes, chacune présentant de fines stries dans le sens de la longueur. Comme le reste du satellite Agenor Linea a très peu de cratères mais est coupé par  quelques fractures.

Cette photo a été prise le 26 septembre 1998 depuis la distance de 5000 kilomètres pendant la 17 ème orbite de Galileo autour de Jupiter.

Sur cette autre photo, on peut voir une multitude de formes aussi différentes les unes que les autres ressemblant à des dalles. En fait ce sont de gros blocs plats de glace qui se sont cassés et qui ressemblent fortement aux grands icebergs tabulaires de l’Antarctique. D’après Belton : «  Ils ont dérivé loin de l’endroit d’où ils sont partis. » « Mais ils s’assemblent ensemble comme les pièces d’un puzzle. ».

Cette photo a été prise par la sonde Galileo le 9 avril 1997.

La surface d’Europe nous montre des visages très variés et les scientifiques essayent de les expliquer par tous les moyens. L’étude de cette surface se fait d’abord chez nous en Antarctique où l’on étudie les glaces pour expliquer les phénomènes observés sur Europe. C’est dans le plus grand lac sous-glaciaire de l’Antarctique : le lac Vostok que l’on a découvert de faibles traces de bactéries. Cette découverte relance la question de la vie extraterrestre dans le possible océan d’Europe.

Champ magnétique ?

L’intense champ magnétique de Jupiter balaye continûment Europe et celle-ci répond avec un faible écho magnétique dans le sens opposé au champ de Jupiter. C’est grâce à la sonde Galileo que l’on en prit connaissance. D’après Margaret Kivelson de l’UCLA (un membre de l’équipe Galileo) pour que cela arrive, le champ magnétique de Jupiter doit générer des courants électriques à l’intérieur d’Europe qui  eux-mêmes créent un autre champ magnétique. Margaret Kivelson et ses collègues montrèrent que ce champ prend vraiment une signification parfaite si une couche conductrice se trouve à quelques kilomètres sous la surface d’Europe. L’idée de l’océan se précise.

IV . Un océan sur Europe ? De la vie ?

            Les astrobiologistes pensent que là où il y a de l’eau, il y a de la vie. Ils l’ont prouvé récemment sur Terre : la vie prospère bel et bien dans une extrême chaleur, un froid terrible, une intense lumière ou une profonde obscurité. Les signes qui apparaissent depuis quelques temps sur Europe attirent leur attention. Nous allons essayer, d’après nos sources d’informations, de vous exposer leurs théories en suivant leur cheminement :

La surface d’Europe.

Lors des missions spatiales, on a observé que la surface d’Europe présentait peu de cratères. Ceci implique donc que sa surface est jeune ; or  les débris de l’espace devraient « pleuvoir » de façon régulière. Les scientifiques ont conclu que la surface d’Europe se renouvelle elle-même du dessous et de façon continue.

De plus, les chercheurs ont trouvé une région à 45° à l’ouest de l’excroissance extérieure d’Europe où la surface a clairement été déchirée : des bords dentelés, apparemment complémentaires,  qui autrefois s’assemblaient, sont maintenant séparés par des bandes de glace (visibles en rouge sombre). Belton affirme qu’avec ces images, il est évident que la croûte a été écartée et remplie à partir du dessous.

Qu’est-ce qui pourrait être en dessous ?

           

Nous savons que les scientifiques ont observé des mouvements de la croûte d’Europe de différentes vitesses par rapport à ceux de l’intérieur d’Europe. Cette « peau » ne peut pas se déplacer sur de la roche dure mais sur quelque chose de plus doux comme de l’eau. Seulement, Bob Papallardo soulève un problème : de la glace molle et « chaude » pourrait aussi bien faire l’affaire et expliquer le mouvement des icebergs ce qui est moins vraisemblable pour accueillir toute forme de vie.

Est-ce de la glace molle ou de l’eau ?

Les taches et les buttes, qui parsèment  la surface d’Europe, font penser que ce sont des mouvements de convection sous la glace. Le matériau qui en serait la cause pourrait être de l’eau ou de la glace molle. D’après Pappalardo et ses collègues, ce ne pourrait être de l’eau car si la chaleur (car il faut une source de chaleur pour rendre la glace liquide ou molle) produite à l’intérieur d’Europe ne suffirait pas à agir jusqu’à la croûte. D’après ses calculs, l’eau refroidirait trop vite (si l’on suppose que la chaleur vient plutôt du centre du satellite). Il en serait de même pour la glace molle. Ils ont donc pensé que l’arrangement le plus probable est une combinaison d’eau et de glace molle (voir schémas ci-contre).

Il reste toutefois à démontrer que la croûte d’Europe est soumise à l’action de la chaleur.

D’où proviendrait cette chaleur ?

Pour cette question aussi les chercheurs ne sont pas tous d’accord :

● Certains pensent que la chaleur est due aux marées produites par Jupiter. En effet, la gravité de Jupiter sur Europe est très importante (voir calculs des interactions gravitationnelles ci-dessous). Europe tourne sur elle-même et orbite autour de Jupiter à la même vitesse, montrant ainsi toujours la même face à Jupiter. Comme notre Lune, ce satellite supporte deux excroissances résultant de l’effet de marée. Une faisant face en permanence à Jupiter et l’autre diamétralement opposée. Selon les avis, ces marées pétrissent l’intérieur d’Europe ou agissent sur son noyau rocheux produisant de la chaleur et du magma.

● D’autres supposent que cela pourrait être produit par des sortes de fumeurs noirs comme on a pu en trouver dans les fonds des océans de la Terre.

INTERACTION GRAVITATIONNELLE ENTRE LA TERRE ET LA LUNE

Nous avons :                                                                 Interaction gravitationnelle :

- distance moyenne Terre-Lune : 368 116 000 m        F= [ mt x ml / (distance Terre-Lune ) 2 ] x G

- masse Terre ( mt ) : 5,97.10 24 kg                                   F= [ 5,97.10 24 x 7,35.10 22 / (368 116 000) 2 ] x 6,67.10 -11

- masse Lune (ml) : 7,35.10 22 kg                                   F=    2,16.10 20 N

- constante gravitationnelle :

  G=6,67.10 -11 N.m 2.kg -2

INTERACTION GRAVITATIONNELLE ENTRE JUPITER ET EUROPE

Nous avons :                                                         Distance Europe-Jupiter :

- l’orbite d’Europe est de 670 900 000 m                      670 900 000+1 569 000 + 71 492 000 = 743 961 000 m

- masse d’Europe (me) : 4,80.10 22 kg          

- masse de Jupiter ( mj ): 1,90.10 27 kg                  Interaction gravitationnelle :

- rayon d’Europe : 1 569 000 m                                    F’= [ me x mj   /  (distance Europe-Jupiter ) 2 ] x G

- rayon de Jupiter : 71 492 000 m                                 F’ = [ 4,80.10 22 x 1,90.10 27 / (743 961 000) 2 ] x 6,67.10 -11

- constante gravitationnelle :

  G=6,67.10 -11 N.m 2.kg -2                                                  F’ =   1,10.10 22 N

      L’interaction gravitationnelle entre Jupiter et Europe est environ 50 fois plus importante que celle entre le Terre et la Lune.

            Tous les scientifiques qui se penchent sur ce sujet n’ont pas les mêmes hypothèses, ni les mêmes réponses. Nous attendons donc tous avec impatience que le futur et les avancées technologiques nous en disent un peu plus.

V. Projets futurs

La perspective d’une vie sur Europe, près de nous, dans le système solaire alimente les différentes idées de missions vers ce satellite. La NASA rassemble des fonds pour une mission intitulée Europa Orbiter et qui va consister à envoyer une sonde en orbite autour d’Europe pour recueillir de multiples informations.

Vue d'artiste de Europa Orbiter (23 ko) Un radar, produit de vingt ans d’expérience et de recherche à travers les glaces de l’antarctique, sera embarqué pour scruter l’intérieur d’Europe. Don Blankenchip de l’université du Texas à Austin dirigea, il y a peu de temps, l’équipe de recherche qui détermina l’aptitude du radar à résoudre la question de l’océan sur Europe. Il en sortit que les capacités du radar permettraient de détecter la présence d’une interface glace/eau à travers 10 kilomètres de glace froide et fragile.

Mais d’après Clark Chapman du Southwest Research Institute à Boulder dans le Colorado, les ondes émises par le radar pourrait être absorbées en rencontrant une couche de glace chaude et molle. Il pense pouvoir utiliser les cratères de surface d’Europe pour éviter le problème. Effectivement à ces endroits les couches sont moins épaisses et permettraient plus facilement le passage des ondes. Bill McKinnon de l’université Washington à St Louis soutient cette idée. Ses calculs montrent que la convection des couches inférieures de glace serait plus froide que la glace fixe et que par conséquent le radar serait capable d’utiliser ces parties comme des fenêtres.

Un autre instrument mesurera les variations d’altitude de la surface d’Europe. C’est grâce à cet altimètre que l’on confirmera la présence d’un océan sur Europe. En effet, l’effet de marée de Jupiter sur Europe devrait entraîner un changement d’altitude de trente mètres si le satellite cachait un océan d’eau et une variation de seulement un mètre s’il était composé de glace chaude et molle.

La date de lancement est prévue pour 2008 si tout va bien. La sonde mettra deux ans pour rejoindre Jupiter et enfin se mettra en orbite autour d’un de ses satellites : Europe. Cette mission spatiale en annonce d’autres. Elle sera le précurseur à l’envoi sur Europe de robots, de sous-marins pour percer la croûte et les mystères qu’elle renferme.

Exercice

Képler, contemporain de Galilée qui a découvert Europe, aurait pu lui permettre d'aller plus loin dans ses observations grâce à sa troisième loi : " les carrés des périodes de révolution (T) sont proportionnels aux cubes des rayons des orbites (R)."

1- Exprimer cette loi.

2- Compléter le tableau suivant, en déterminant le coefficient de proportionnalité grâce aux données sur Europe.

Satellites de Jupiter

 

rayon de l'orbite

(R en km )

période de révolution

(T en jours)

Io

 

1,8

Europe

670 900

3,6

Ganymède

 

7,2

Callisto

 

16,7

3- Le coefficient de proportionnalité permet d'accéder à la masse du corps autour duquel les autres sont en rotation, ici Jupiter.

Déterminer la masse de Jupiter sachant que la relation est :

                        M J = 4 p 2 / ( k . G )

avec :   M J : masse de Jupiter en kilogramme,

            G : constante gravitationnelle : G = 6,67.10 -11 N.m 2.kg -2 ,

            k : coefficient de proportionnalité exprimé en s 2.m -3.

Bibliographie

http://jmm45.free.fr/sondes/voyager/voyager.htm

http://jmm45.free.fr/sondes/galileo/galileo.htm

http://jmm45.free.fr/sondes/europaor/europaor.htm

http://jmm45.free.fr/planetes/europe/europe.htm

http://jmm45.free.fr/articles/docsjupi/waterwor/waterwor.htm

http://www.cam.org/~sam/billavf/nineplanets/europa.htm

http://astroclub.net/mars/rceleste/expgalileo.htm

PHYSIQUE 1 er S Collection Parisi Edition BELIN

Science et vie n°1020 septembre 2002

Quid 2002 Robert Laffont