En octobre 2018, le télescope spatial James Webb (JWST) sera lancé en orbite. Dans le cadre du programme de télescope spatial de la prochaine génération de la NASA, le JWST passera les années à venir à étudier toutes les phases de l'histoire cosmique. Cela impliquera de sonder la première lumière de l'Univers (causée par le Big Bang), les premières galaxies à se former et les planètes extra-solaires dans les systèmes stellaires voisins.
En plus de tout cela, le JWST sera également dédié à l'étude de notre système solaire. Comme la NASA l’a récemment annoncé, le télescope utilisera ses capacités infrarouges pour étudier deux «mondes océaniques» dans notre système solaire - la lune Europa de Jupiter et la lune Encelade de Saturne. Ce faisant, il ajoutera aux observations précédemment faites par la NASA Galileo etCassini orbiteurs et aider à guider les futures missions vers ces lunes glacées.
Les lunes ont été choisies par des scientifiques qui ont contribué au développement du télescope (alias observateurs à temps garanti) et ont donc le privilège d'être parmi les premiers à l'utiliser. Europa et Enceladus ont été ajoutés à la liste des cibles du télescope car l'un des principaux objectifs du télescope est d'étudier les origines de la vie dans l'Univers. En plus de rechercher des exoplanètes habitables, la NASA souhaite également étudier des objets au sein de notre propre système solaire.
L'un des principaux objectifs sera les panaches d'eau qui ont été observés traversant les surfaces glacées d'Encelade et d'Europe. Depuis 2005, les scientifiques savent qu'Encelade a des panaches qui jaillissent périodiquement de sa région polaire sud, crachant de l'eau et des produits chimiques organiques qui reconstituent l'anneau électronique de Saturne. Il a depuis découvert que ces panaches s’étendent jusqu’à l’océan intérieur qui existe sous la surface glacée d’Encelade.
En 2012, des astronomes utilisant le télescope spatial Hubble ont détecté des panaches similaires provenant d'Europe. Ces panaches ont été repérés en provenance de l'hémisphère sud de la lune, et on estimait qu'ils atteignaient jusqu'à 200 km (125 miles) dans l'espace. Des études ultérieures ont indiqué que ces panaches étaient intermittents, et vraisemblablement l'eau de pluie et les matières organiques de l'intérieur vers la surface.
Ces observations étaient particulièrement intrigantes puisqu'elles ont renforcé le cas d'Europa et d'Encelade ayant des océans intérieurs d'eau chaude qui pourraient abriter la vie. On pense que ces océans sont le résultat d'une activité géologique à l'intérieur causée par la flexion des marées. Sur la base des preuves recueillies par le Galileo et Cassini orbiteurs, les scientifiques ont émis l'hypothèse que ces panaches de surface sont le résultat de ces mêmes processus géologiques.
La présence de cette activité pourrait également signifier que ces lunes ont des évents hydrothermaux situés à leurs limites cœur-manteau. Sur Terre, les évents hydrothermaux (situés au fond de l'océan) auraient joué un rôle majeur dans l'émergence de la vie. En tant que tel, leur existence sur d'autres corps du système solaire est considérée comme une indication possible de la vie extraterrestre.
Les efforts pour étudier ces «mondes océaniques» seront dirigés par Geronimo Villanueva, scientifique planétaire au Goddard Space Flight Center de la NASA. Comme il l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA, lui et son équipe aborderont certaines questions fondamentales:
«Sont-ils faits de glace d'eau? La vapeur d'eau chaude est-elle libérée? Quelle est la température des régions actives et de l'eau émise? Les mesures du télescope Webb nous permettront de répondre à ces questions avec une précision et une précision sans précédent. »
L'équipe de Villanueva fait partie d'un effort plus vaste pour étudier le système solaire, dirigé par Heidi Hammel - vice-présidente exécutive de l'Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA). Comme elle a décrit la campagne «Ocean World» de JWST à Space Magazine par e-mail:
«Nous rechercherons des signatures d'activité du panache sur ces mondes océaniques ainsi que sur des sites actifs. Avec la caméra proche infrarouge de NIRCAM, nous aurons juste assez de résolution spatiale pour distinguer les régions générales des lunes qui pourraient être «actives» (création de panaches). Nous utiliserons également la spectroscopie (en examinant des couleurs spécifiques de la lumière) pour détecter la présence d'eau, de méthane et de plusieurs autres espèces organiques dans le panache. »
Pour étudier Europa, Villanueva et ses collègues prendront des images haute résolution d’Europa à l’aide de la caméra proche infrarouge JWST (NIRCam). Ceux-ci seront utilisés pour étudier la surface de la lune et rechercher des points chauds qui indiquent des panaches et une activité géologique. Une fois le panache localisé, l'équipe déterminera sa composition à l'aide du spectrographe infrarouge proche (NIRSpec) et de l'instrument infrarouge moyen (MIRI) de Webb.
Pour Enceladus, l'équipe analysera la composition moléculaire de ses panaches et effectuera une large analyse de ses caractéristiques de surface. En raison de sa petite taille, la haute résolution de la surface ne sera pas possible, mais cela ne devrait pas être un problème car le Cassini l'orbiteur a déjà cartographié une grande partie de son terrain de surface. En tout, Cassini a passé les 13 dernières années à étudier le système Saturne et conclura la phase «Grande Finale» de sa mission ce 15 septembre.
On espère que ces relevés trouveront des preuves de signatures organiques dans les panaches, comme le méthane, l'éthanol et l'éthane. Pour être honnête, rien ne garantit que les observations du JWST coïncideront avec les panaches provenant de ces lunes ou que les émissions contiendront suffisamment de molécules organiques pour être détectables. De plus, ces indicateurs pourraient également être causés par des processus géologiques.
Néanmoins, le JWST est sûr de fournir des preuves qui permettront aux scientifiques de mieux caractériser les régions actives de ces lunes. Il est également prévu qu’il sera en mesure de localiser des emplacements qui seront intéressants pour de futures missions, comme la mission Europa Clipper de la NASA. Composée d'un orbiteur et d'un atterrisseur, cette mission - qui devrait être lancée dans les années 2020 - tentera de déterminer si Europa est habitable.
Comme l'a expliqué le Dr Hammel, l'étude de ces deux «Ocean Moons» vise également à faire progresser notre compréhension des origines de la vie dans l'Univers:
«On pense que ces deux lunes océaniques fournissent des environnements susceptibles d'abriter la vie aquatique telle que nous la connaissons. À ce stade, la question de la vie ailleurs est complètement inconnue, bien qu'il y ait beaucoup de spéculations. JWST peut nous rapprocher de la compréhension de ces environnements potentiellement habitables, en complément des missions de robots spatiaux en cours de développement (Europa Clipper) et qui pourraient être planifiées pour l'avenir. Dans le même temps, JWST examinera les environnements potentiellement habitables beaucoup plus éloignés des planètes autour d'autres étoiles. Ces deux axes d'exploration - local et lointain - nous permettent de faire des avancées significatives dans la recherche de vie ailleurs. »
Une fois déployé, le JWST sera le télescope spatial le plus puissant jamais construit, s'appuyant sur dix-huit miroirs segmentés et une suite d'instruments pour étudier l'univers infrarouge. Bien qu'il ne soit pas destiné à remplacer le télescope spatial Hubble, il est à bien des égards l'héritier naturel de cette mission historique. Et il est certain que cela devrait s'étendre sur bon nombre des plus grandes découvertes de Hubble, dont la plus importante se trouve ici dans le système solaire.
N'oubliez pas de regarder cette vidéo sur les types de données spectrographiques que le JWST fournira dans les années à venir, gracieuseté de la NASA:
