Pendant les 13 ans et 76 jours que le Cassini mission autour de Saturne, de l’orbiteur et de son atterrisseur (le Huygens sonde) a révélé beaucoup de choses sur Saturne et ses systèmes de lunes. Cela est particulièrement vrai pour Titan, la plus grande lune de Saturne et l'un des objets les plus mystérieux du système solaire. Grâce aux nombreux survols de Cassini, les scientifiques ont beaucoup appris sur les lacs de méthane de Titan, l'atmosphère riche en azote et les caractéristiques de surface.
Même si Cassini plongés dans l’atmosphère de Saturne le 15 septembre 2017, les scientifiques se penchent toujours sur ce qu’elle a révélé. Par exemple, avant de terminer sa mission, Cassini a capturé l'image d'un étrange nuage flottant au-dessus du pôle sud de Titan, composé de particules de glace hybrides toxiques. Cette découverte est une autre indication de la chimie organique complexe qui se produit dans l'atmosphère de Titan et à sa surface.
Comme ce nuage était invisible à l'œil nu, il n'était observable que grâce au spectromètre infrarouge composite de Cassini (CIRS). Cet instrument a repéré le nuage à une altitude d'environ 160 à 210 km (100 à 130 mi), bien au-dessus des nuages de pluie de méthane de la troposphère de Titan. Il couvrait également une grande zone près du pôle sud, entre 75 ° et 85 ° de latitude sud.
À l'aide de l'empreinte chimique obtenue par l'instrument CIRS, les chercheurs de la NASA ont également mené des expériences en laboratoire pour reconstruire la composition chimique du nuage. Ces expériences ont déterminé que le nuage était composé des molécules organiques de cyanure d'hydrogène et de benzène. Ces deux produits chimiques semblaient s'être condensés ensemble pour former des particules de glace, plutôt que d'être superposés.
Pour ceux qui ont passé plus de dix ans à étudier l'atmosphère de Titan, c'était une découverte plutôt intéressante et inattendue. Comme Carrie Anderson, co-enquêteur du CIRS au Goddard Space Flight Center de la NASA, l'a déclaré dans un récent communiqué de presse de la NASA:
"Ce nuage représente une nouvelle formule chimique de glace dans l'atmosphère de Titan. Ce qui est intéressant, c'est que cette glace nocive est constituée de deux molécules qui se sont condensées ensemble à partir d'un riche mélange de gaz au pôle sud. "
La présence de ce nuage autour du pôle sud de Titan est également un autre exemple des modèles de circulation mondiale de la lune. Cela implique des courants de gaz chauds envoyés de l'hémisphère qui connaît l'été à l'hémisphère en hiver. Ce modèle s'inverse lorsque les saisons changent, ce qui conduit à une accumulation de nuages autour du pôle qui connaît l'hiver.
Lorsque l'orbiteur Cassini est arrivé à Saturne en 20o4, l'hémisphère nord de Titan connaissait l'hiver - qui a commencé en 2004. Cela a été mis en évidence par l'accumulation de nuages autour de son pôle nord, que Cassini a repéré lors de sa première rencontre avec la lune plus tard la même année. De même, les mêmes phénomènes se déroulaient autour du pôle sud vers la fin de la mission de Cassini.
Cela correspondait aux changements saisonniers sur Titan, qui ont lieu environ tous les sept ans terrestres - une année sur Titan dure environ 29,5 années terrestres. En règle générale, les nuages qui se forment dans l'atmosphère de Titan sont structurés en couches, où différents types de gaz se condensent en nuages glacés à différentes altitudes. Lesquels condensent dépend de la quantité de vapeur présente et des températures - qui deviennent de plus en plus froides plus près de la surface.
Cependant, parfois, différents types de nuages peuvent se former sur une gamme d'altitudes, ou se condenser avec d'autres types de nuages. Cela semble certainement être le cas lorsqu'il s'agit du grand nuage de cyanure d'hydrogène et de benzène qui est repéré au-dessus du pôle sud. La preuve de ce nuage a été dérivée de trois séries d'observations Titan faites avec l'instrument CIRS, qui ont eu lieu entre juillet et novembre 2015.
L'instrument CIRS fonctionne en séparant la lumière infrarouge dans ses couleurs constitutives, puis mesure la force de ces signaux aux différentes longueurs d'onde pour déterminer la présence de signatures chimiques. Auparavant, il était utilisé pour identifier la présence de nuages de glace au cyanure d'hydrogène au-dessus du pôle sud, ainsi que d'autres produits chimiques toxiques dans la stratosphère de la lune.
Comme l'a déclaré F. Michael Flasar, l'investigateur principal du CIRS à Goddard:
«Le CIRS agit comme un thermomètre de télédétection et une sonde chimique, détectant le rayonnement thermique émis par les gaz individuels dans une atmosphère. Et l'instrument fait tout à distance, en passant par une planète ou une lune. »
Cependant, lors de l'examen des données d'observation pour les «empreintes digitales» chimiques, Anderson et ses collègues ont remarqué que les signatures spectrales du nuage de glace ne correspondaient pas à celles de tout produit chimique individuel. Pour résoudre ce problème, l'équipe a commencé à mener des expériences en laboratoire où des mélanges de gaz étaient condensés dans une chambre qui simulait les conditions dans la stratosphère de Titan.
Après avoir testé différentes paires de produits chimiques, ils en ont finalement trouvé une qui correspondait à la signature infrarouge observée par le CIRS. Au début, ils ont essayé de laisser un gaz se condenser avant l'autre, mais ont constaté que les meilleurs résultats étaient obtenus lorsque les deux gaz étaient introduits et laissaient se condenser en même temps. Pour être honnête, ce n'était pas la première fois qu'Anderson et ses collègues découvraient de la glace condensée dans les données du CIRS.
Par exemple, des observations similaires ont été faites près du pôle nord en 2005, environ deux ans après que l'hémisphère nord a connu son solstice d'hiver. À cette époque, les nuages glacés ont été détectés à une altitude beaucoup plus basse (inférieure à 150 km, ou 93 mi) et ont montré des empreintes chimiques de cyanicide à l'hydrogène et de caynoacétylène - l'une des molécules organiques les plus complexes de l'atmosphère de Titan.
Cette différence entre cela et la dernière détection d'un nuage hybride, selon Anderson, se résume à des différences de variations saisonnières entre les pôles nord et sud. Alors que le nuage polaire nord observé en 2005 a été repéré environ deux ans après le solstice d'hiver nord, le nuage sud Anderson et son équipe récemment examinés ont été repérés deux ans avant le solstice d'hiver sud.
En bref, il est possible que le mélange des gaz soit légèrement différent dans les deux cas, et / ou que le nuage nordique ait eu une chance de se réchauffer légèrement, modifiant ainsi quelque peu sa composition. Comme Anderson l'a expliqué, ces observations ont été rendues possibles grâce aux nombreuses années que la mission Cassini a passées autour de Saturne:
«L'un des avantages de Cassini était que nous avons pu survoler Titan encore et encore au cours de la mission de treize ans pour voir les changements au fil du temps. C'est une grande partie de la valeur d'une mission à long terme. »
Des études supplémentaires seront certainement nécessaires pour déterminer la structure de ces nuages glacés de composition mixte, et Anderson et son équipe ont déjà quelques idées sur leur apparence. Pour leur argent, les chercheurs s'attendent à ce que ces nuages soient bosselés et désordonnés, plutôt que des cristaux bien définis comme les nuages mono-chimiques.
Dans les années à venir, les scientifiques de la NASA passeront certainement beaucoup de temps et d'énergie à trier toutes les données obtenues par le Cassini mission au cours de sa mission de 13 ans. Qui sait quoi d'autre ils détecteront avant d'avoir épuisé les vastes collections de données de l'orbiteur?
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