En utilisant les données du télescope spatial NASA / ESA / CSA James Webb et du télescope Keck II, les asrtonomères ont trouvé des preuves de convection de nuages dans l’hémisphère nord du Titan. La plupart des lacs et des mers de Titan sont situés dans ce hémisphère et sont probablement reconstitués par une pluie occasionnelle de méthane et d’éthane. Webb a également détecté une molécule clé contenant du carbone qui donne un aperçu des processus chimiques dans l’atmosphère complexe de Titan.
Titan est un monde intrigant masqué dans une brume jaunâtre et brouillée. Semblable à la Terre, l’atmosphère est principalement de l’azote et a le temps, y compris les nuages et la pluie.
Contrairement à la Terre, dont le temps est entraîné par l’évaporation et la condensation de l’eau, le Titan glacial a un cycle de méthane.
Il s’évapore de la surface et monte dans l’atmosphère, où il se condense pour former des nuages de méthane.
Parfois, il tombe comme une pluie fraîche et huileuse sur une surface solide où la glace d’eau est dure comme des rochers.
« Titan est le seul autre endroit de notre système solaire qui a du temps comme la Terre, dans le sens où il a des nuages et des précipitations sur une surface », a déclaré le Dr Conor Nixon, astronome du Goddard Space Flight Center de la NASA.
À la fois Webb et le télescope Keck II, le Dr Nixon et ses collègues ont observé Titan en novembre 2022 et juillet 2023.
Ces observations ont non seulement montré des nuages dans les latitudes du nord moyen et élevées sur le titan – l’hémisphère où il est actuellement l’été – mais a également montré que ces nuages s’élevant apparemment à des altitudes plus élevées au fil du temps.
Bien que des études antérieures aient observé une convection des nuages aux latitudes du sud, c’est la première fois que des preuves d’une telle convection sont observées dans le nord.
Ceci est important car la plupart des lacs et des mers de Titan sont situés dans son hémisphère nord et l’évaporation des lacs est une source de méthane potentielle majeure.
Sur Terre, la couche la plus basse de l’atmosphère, ou troposphère, s’étend jusqu’à une altitude d’environ 12 km.
Cependant, sur Titan, dont la gravité inférieure permet aux couches atmosphériques de se développer, la troposphère s’étend jusqu’à environ 45 km.
Webb et Keck ont utilisé différents filtres infrarouges pour sonder à différentes profondeurs dans l’atmosphère de Titan, permettant aux astronomes d’estimer les altitudes des nuages.
Les chercheurs ont observé des nuages qui semblaient passer à des altitudes plus élevées sur une période de jours, bien qu’ils n’aient pas pu voir directement de précipitations.
« Les observations de Webb ont été prises à la fin de l’été du nord de Titan, qui est une saison que nous n’avons pas pu observer avec la mission de la NASA / ESA Cassini-Huygens », a déclaré le Dr Thomas Cornet, chercheur d’ESA.
« Avec des observations au sol, Webb nous donne de nouvelles perspectives précieuses sur l’atmosphère de Titan, que nous espérons pouvoir enquêter beaucoup plus près à l’avenir avec une éventuelle mission de l’ESA de visiter le système Saturne. »
Titan est un objet d’un intérêt astrobiologique élevé en raison de sa chimie organique complexe (contenant du carbone), malgré sa température glaciale de moins 180 degrés Celsius.
Les molécules organiques forment la base de toute vie sur Terre, et les étudier sur un monde comme Titan peut aider les scientifiques à comprendre les processus qui ont conduit à l’origine de la vie sur Terre.
L’ingrédient de base qui entraîne une grande partie de la chimie de Titan est le méthane.
Le méthane dans l’atmosphère de Titan est séparé par la lumière du soleil ou les électrons énergiques de la magnétosphère de Saturne, puis recombines avec d’autres molécules pour fabriquer des substances comme l’éthane ainsi que des molécules plus complexes en carbone.
Les données Webb ont fourni une pièce manquante clé pour notre compréhension des processus chimiques: une détection définitive du radical méthyle (CH3), qui se forme lorsque le méthane est brisé.
La détection de cette substance signifie que les scientifiques peuvent voir la chimie en action sur Titan pour la première fois, plutôt que les ingrédients de départ et les produits finaux.
« Pour la première fois, nous pouvons voir le gâteau chimique pendant qu’il monte dans le four, au lieu des ingrédients de départ de la farine et du sucre, puis le dernier gâteau glacé », a déclaré le Dr Stefanie Milam, chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA.
Cette chimie des hydrocarbures a des implications à long terme pour l’avenir du Titan.
Lorsque le méthane est brisé dans la haute atmosphère, une partie se recombins pour fabriquer d’autres molécules qui finissent par se retrouver sur la surface de Titan sous une forme chimique ou une autre, tandis que certains s’échappent de l’atmosphère.
En conséquence, le méthane sera épuisé au fil du temps, à moins qu’il n’y ait une source pour la reconstituer.
Un processus similaire s’est produit sur Mars, où les molécules d’eau ont été brisées et l’hydrogène résultant perdu dans l’espace. Le résultat a été la planète sèche et désertique que nous voyons aujourd’hui.
« Sur Titan, le méthane est un consommable », a déclaré le Dr Nixon.
«Il est possible qu’il soit constamment réapprovisionné et sortant de la croûte et de l’intérieur pendant des milliards d’années.»
« Sinon, tout sera finalement parti et Titan deviendra un monde principalement sans air de poussière et de dunes. »
Les résultats ont été publiés dans la revue Astronomie naturelle.
