NASA Juno : La croûte glacée d'Europe mesure 18 milles d'épaisseur

La sonde spatiale Juno de la NASA a fourni les premières mesures directes de la coquille glacée recouvrant Europe, la lune de Jupiter, estimant que la croûte mesure environ 18 milles (29 kilomètres) d'épaisseur. Cette découverte majeure, récemment publiée dans Nature Astronomy, utilise les données du survol de Juno en 2022 pour résoudre un débat scientifique de longue date concernant la structure de la lune. En scrutant sous la surface gelée grâce à une technologie avancée de micro-ondes, les chercheurs ont déterminé qu'Europe possède une coquille externe rigide et redoutable qui repose sur un vaste océan liquide souterrain, modifiant fondamentalement notre compréhension de l'habitabilité potentielle de la lune.

Pourquoi l'épaisseur de la coquille de glace d'Europe est-elle importante pour l'habitabilité ?

L'épaisseur de la coquille de glace d'Europe est cruciale pour l'habitabilité car elle détermine l'efficacité du transport des nutriments et de l'oxygène de la surface vers l'océan souterrain. Une croûte de 18 milles d'épaisseur agit comme une barrière thermique et physique importante, limitant potentiellement les échanges chimiques nécessaires au maintien de la vie. Alors qu'une coquille plus mince faciliterait une connectivité plus aisée, un modèle plus épais suggère que les processus de maintien de la vie pourraient dépendre de conduits géologiques spécifiques, comme des fissures ou des vides poreux, plutôt que d'un contact direct avec la surface.

L'intérêt scientifique pour Europe provient en grande partie de l'hypothèse de la « coquille épaisse » contre celle de la « coquille mince ». Pendant des décennies, les planétologues ont débattu pour savoir si la glace ne mesurait que quelques milles d'épaisseur ou s'il s'agissait d'une plaque tectonique massive. Les données de Juno soutiennent cette dernière version, impliquant que l'environnement interne de la lune est plus isolé qu'on ne l'espérait auparavant. Cet isolement signifie que toute activité biologique dans l'océan dépendrait de l'énergie chimique générée par l'activité hydrothermale au fond de la mer ou par le transport vertical rare d'oxydants à travers l'épais plafond de glace.

La régulation thermique au sein de l'océan souterrain est également dictée par ce couvercle glacé. Une coquille de 30 kilomètres offre une isolation immense, emprisonnant la chaleur interne générée par le « malaxage » gravitationnel des forces de marée massives de Jupiter. Ce chauffage par effet de marée maintient l'eau à l'état liquide, mais la profondeur considérable de la glace complique la théorie du « tapis roulant » où la glace de surface coule et apporte des matériaux oxygénés vers la saumure en dessous. Comprendre ces dynamiques est l'objectif principal des chercheurs d'institutions comme le Jet Propulsion Laboratory de la NASA et le Southwest Research Institute.

Que révèle le radiomètre à micro-ondes de Juno sur Europe ?

Les données du radiomètre à micro-ondes (MWR) de Juno révèlent que la coquille glacée d'Europe se compose d'une couche externe froide et rigide d'une épaisseur d'environ 18 milles, caractérisée par des irrégularités internes. L'instrument a détecté une diffusion de micro-ondes correspondant à de petites fissures, pores ou vides de quelques pouces de diamètre s'étendant sur des centaines de pieds dans la croûte. Ces conclusions suggèrent que la glace n'est pas un bloc uniforme mais une structure géologique complexe façonnée par d'intenses contraintes thermiques et mécaniques.

L'instrument Microwave Radiometer (MWR) est unique par sa capacité à « voir » à travers la glace solide en mesurant les émissions thermiques sur six fréquences différentes. Contrairement aux caméras traditionnelles qui ne capturent que les réflexions de surface, le MWR détecte la chaleur s'échappant de différentes profondeurs au sein de la glace. En analysant ces différentes longueurs d'onde, l'équipe de Juno peut créer un profil vertical de la température et de la structure de la glace, réalisant ainsi un véritable « scanner » d'un corps céleste à des milliers de milles de distance.

Les conclusions clés de l'analyse du MWR incluent les détails structurels suivants :

• Gradient thermique : Les données indiquent une différence de température marquée entre la surface glaciale et la glace plus chaude plus profondément dans la coquille.
• Centres de diffusion : De minuscules vides et fractures, probablement causés par le chauffage par effet de marée, sont fréquents dans toutes les couches supérieures.
• Variations de conductivité : Des différences dans les signaux micro-ondes suggèrent la présence de sels ou de « poches de saumure » emprisonnées dans la matrice de glace.
• Rigidité crustale : Les mesures confirment que la couche supérieure est extrêmement rigide et froide, résistant à l'écoulement de la glace plus chaude située en dessous.

Quel est l'impact de ces données de Juno sur la future mission Europa Clipper ?

Les données de Juno sur la coquille de glace de 18 milles d'épaisseur apportent des contraintes critiques pour la future mission Europa Clipper, permettant aux scientifiques d'affiner leurs stratégies de sondage radar et leurs cibles instrumentales. En établissant une base de référence pour la profondeur de la croûte, la NASA peut mieux calibrer l'instrument REASON du vaisseau Clipper pour pénétrer la glace et rechercher des poches d'eau liquide. Cette synergie garantit que l'arrivée de Clipper en 2030 sera optimisée pour la réalité géologique spécifique d'Europe.

La préparation de la mission Europa Clipper implique d'identifier les zones les plus prometteuses pour l'investigation, telles que les régions où la glace pourrait être plus mince ou plus active. Les découvertes de Juno font office de rapport de reconnaissance, mettant en évidence le « terrain de chaos » — des régions de glace brisée et déplacée — qui pourraient servir de fenêtres sur l'océan souterrain. Les scientifiques vont désormais prioriser ces zones pour l'imagerie haute résolution et l'analyse spectroscopique afin de détecter des composés organiques ou des signes de panaches de vapeur.

De plus, le succès de la mission Juno avec le MWR a démontré la valeur de la détection multi-longueurs d'onde dans le système jovien. Cela a des implications directes pour la mission JUICE de l'Agence spatiale européenne (ESA), qui est également en route pour étudier les lunes de Jupiter. En croisant les données micro-ondes de Juno avec les futures mesures radar et gravitationnelles, la communauté scientifique mondiale pourra construire un modèle 3D haute fidélité d'Europe, nous rapprochant de la réponse à savoir si ce monde glacé pourrait héberger une vie extraterrestre.

Activité géologique et évolution du terrain de chaos

Le chauffage par effet de marée reste le moteur principal de l'évolution de la surface d'Europe et de sa coquille de 18 milles d'épaisseur. Parce qu'Europe orbite autour de Jupiter selon une trajectoire elliptique, l'immense gravité de la planète étire et comprime la lune, générant une friction et une chaleur au sein de la glace. Ce processus est responsable de la formation du « terrain de chaos », où la surface glacée semble avoir fondu, s'être brisée en radeaux, avant de geler à nouveau dans un paysage désordonné. Les données de Juno suggèrent que ces caractéristiques sont probablement le résultat de la convection au sein de l'épaisse coquille de glace plutôt que d'une fonte de glace mince.

L'observation de panaches potentiels ou de rejets de vapeur d'eau gagne également un nouveau contexte avec une estimation crustale de 18 milles. Si l'eau perce effectivement la surface, elle doit voyager à travers des fractures massives ou être poussée vers le haut par une pression intense. Les chercheurs recherchent maintenant des preuves de ces conduits à haute pression dans la télémétrie de Juno. Si des panaches existent, ils offrent un « échantillon gratuit » de l'océan caché, permettant aux futurs engins spatiaux de voler à travers la vapeur et d'analyser sa composition chimique sans avoir besoin d'une mission de forage complexe.

Prochaines étapes pour l'exploration d'Europe

Alors que la mission Juno poursuit sa durée de vie prolongée, son attention reste portée sur l'environnement complexe du système jovien. Les données recueillies lors du survol de 2022 seront étudiées pendant des années, fournissant une feuille de route pour la prochaine génération d'explorateurs. L'objectif n'est plus seulement de confirmer l'existence d'un océan, mais de caractériser l'habitabilité de cet environnement. Les futurs modèles intégreront l'épaisseur de 18 milles pour simuler les courants océaniques, les concentrations de sel et le potentiel de survie de la vie dans les profondeurs sombres et pressurisées d'Europe.