Europe (lune)
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| Caractéristiques orbitales Époque J2000.0 | |
|---|---|
| Demi-grand axe | 671 100 km |
| Apoapside | 676 938 km |
| Périapside | 664 862 km |
| Excentricité | 0,0094 |
| Période de révolution | 3,551181 j 3 j 13 h 13,7 min |
| Vitesse orbitale moyenne | 13.74 km/s |
| Inclinaison | 0.469° |
| Catégorie | Satellite naturel de Jupiter |
| Caractéristiques physiques1 | |
| Rayon équatorial | 1561 km |
| Masse | 4,8×1022 kg |
| Masse volumique | 3010 kg/m3 |
| Gravité équatoriale à la surface | 1.31 m/s² |
| Vitesse de libération | 2 km/s |
| Rotation | synchrone |
| Magnitude absolue | 5.29 |
| Albédo | 0.67 |
| Température | 125 K |
| Atmosphère | dioxygène |
| Pression à la surface | 10-6 Pa |
| Découverte | |
| Découvreur | Galileo Galilei Simon Marius |
| Date | 8 janvier16102vue le 7 mais pas séparée d'Io |
| Publication | avril 1610 (Sidereus Nuncius) |
Europe est la 6e lune (satellite naturel) de la planète Jupiter, le 2e des satellites galiléens. Avec un diamètre de 3 121 km, il est le quatrième en taille des satellites de Jupiter, et le sixième du système solaire. Sa surface est composée de glace, et s'y trouve la plus lisse de tout le système solaire. Bien que sa température soit au maximum de -150 °C, on suppose que par-dessous, il se trouve un océan liquide d'environ 90 km de profondeur. Ceci pourrait la rendre habitable pour certains organismes.
Europe (J II Europa) est une des quatre lunes galiléennes, observées pour la première fois le 7 janvier 1610 par Galilée, avec une simple lunette de grossissement 20 à l'université de Padoue. Galilée n'a pu réussir à observer cette lune que dans la nuit suivante. Le nom d'Europe (grec ancien : Ευρώπη) est celui d'une fille du roi Agénor de Tyr aimée de Zeus, roi des Dieux de l'Olympe. Les noms des autres satellites de Jupiter reçoivent aussi des noms tirés de la mythologie : Io, Ganymède, Callisto. Ces noms ont été suggérés par Simon Marius, qui déclara avoir trouvé ces satellites indépendamment, mais fut accusé de plagiat par Galilée. Marius lui-même attribuait l'idée de ces noms àJohannes Kepler3,4. Mais, aussi bien Galilée que Marius avaient commencé par nommer les quatre satellites visibles de Jupiter selon leurs distances croissantes à ce dernier.
Découverte et dénomination
Cet usage fut en fait gardé longtemps, et Europe fut nommé pendant 3 siècles « Jupiter II », La découverte d'Amalthée, intérieure à Io5, en 1892, aurait dû décaler la nomenclature d'une unité, mais elle se vit octroyer contre toute logique le numéro V. Les sondes Voyager ont découvert encore 3 satellites intérieurs5 en 1979, si bien qu'Europe est maintenant le 6e satellite. La numérotation des satellites de Jupiter suivit l'ordre de leur découverte, mais on revint à la proposition de Simon et Képler6, en donnant des noms extraits de la mythologie, bien que l'appellation séculaire de « Jupiter II » soit encore parfois utilisée pour Europe.
Il faut dire que les quatre satellites galiléens sont tellement brillants qu'on peut les voir avec de bonnes jumelles, ou de petits télescopes, tandis que les autres nécessitent des installations professionnelles.
Orbite et rotation
Europe fait le tour de Jupiter dans le sens direct à une distance moyenne de 670 900 km en 3 j 13 h 14,6 min. L'orbite a une excentricité de 0,0101 : c'est-à-dire que la distance à l'astre des points le plus éloigné et le plus rapproché (les apsides) ne diffèrent que de ±1,01 % de leur moyenne (demi grand axe). Le plan de l'orbite ne fait que 0,47° avec celui de l'équateur de Jupiter.
La période d'Europe est en résonance orbitale avec celle de ses deux voisins dans les rapports 2:1 et 1:2. C'est-à-dire que quand Ganymède fait un tour, Europe en fait 2 et Io 4. Cette résonance est stabilisée par les forces mutuelles de gravitation entre Jupiter, Io, Europe et Ganymède.
Europe présente comme les autres satellites de Jupiter une rotation synchrone, qui lui fait montrer toujours la même face à la planète (comme la Lune terrestre).
Caractéristiques physiques
Structures externes
Champ magnétique
Pendants les survols de Galileo, un faible champ magnétique a été mesuré, six fois plus faible que celui de Ganymède et six fois plus fort que celui de Callisto7. Ce champ magnétique varie lors du mouvement de la magnétosphère très marquée de Jupiter. Ces données indiquent qu'il existe sous la surface d'Europe une couche conductrice de l'électricité, comme pourrait l'être un océan d'eau salée.
D'ailleurs, les mesures spectroscopiques montrent que les lignes et structures rougeâtres à la surface sont riches en sels comme ceux demagnésium. Ces dépôts de sel pourraient avoir été laissés à l'occasion de l'évaporation d'eau remontée en surface. Les sels détectés sont en principe incolores, et il faudrait d'autres éléments chimiques comme le fer ou le soufre pour donner cette coloration.
Anneaux
En 1999, un disque de débris sous forme d'un anneau de grains de poussière ténue a été détecté tout comme pour Callisto et Ganymède8.
Par ailleurs, l'hydrogène moléculaire produit à partir de la glace superficielle par le rayonnement UV solaire et les particules chargées (de l'environnement magnétosphérique de Jupiter) ainsi qu'une partie de l'oxygène aussi produit ainsi, sous l'état atomique ou moléculaire, forment un anneau en forme de tore de gaz neutre, qui a été détecté par les sondes Cassini et Galileo. Les modèles prédisent que presque tous les atomes ou molécules de ce tore gazeux finissent par être ionisés, et contribuent ainsi au plasma magnétosphérique de Jupiter9.
Atmosphère
Europe possède une atmosphère très ténue, composée principalement d'O2. Sa pression au sol est entre 10-7 et 10-6 Pa.
Son origine est la radiolyse de la glace superficielle par les UV solaires et les particules chargées de la magnétosphère jovienne. Les fragments de molécule d'eau sont éjectés, les atomes d'hydrogène peuvent échapper à la gravitation mieux que ceux d'oxygène, d'où une accumulation relative d'oxygène dans l'atmosphère.
Une partie de l'oxygène peut s'adsorber sur la glace, voire pénétrer dedans, ce qui peut favoriser un transport d'oxygène vers l'intérieur.
Surface
La surface d'Europe est la plus lisse10 dans le système solaire : les observations spectrales terrestres révèlent que sa surface est constituée en majeure partie de glace d'eau (albédo = 0,64, un des plus élevés de tous les satellites)11,12. Cette surface est striée de craquelures et de rayures, avec relativement peu de cratères. Cette surface très lisse et ces structures rappellent fort les banquises des régions polaires terrestres.
Les récentes images de la sonde Galileo ont permis de distinguer que 3 grandes familles de structures « géologiques » façonnent la surface glacée d'Europe :
- des structures ponctuelles exogènes (d'origine externe) : les cratères et les éjecta projetés à grande distance lors de leur formation,
- des structures ponctuelles endogènes (d'origine interne) : de petites dimensions (lenticulae) – dômes, taches planes, dépressions – ou de plus grandes dimensions – régions de chaos,
- des structures linéaires (lineae).
Il n'y a pas encore de consensus sur les interprétations parfois contradictoires de la nature de ces structures13.
Le niveau de rayonnement à la surface d'Europe est équivalent à une dose de 540 rem (5 400 mSv) par jour, soit plus de 104 fois la dose considérée comme acceptable pour les travailleurs directement affectés à des travaux nucléaires14.
Lignes
La surface de la croûte de glace est déchirée par de longues et larges bandes sombres qui indiquent une intense déformation. Celle-ci prend l'allure d'un vaste réseau de fractures, fossés ou sillons entremêlés, en périphérie desquelles s'accumulent parfois des sulfates hydratés de magnésium et de sodium et/ou de l'acide sulfurique, et que l'on nomme « linea » (plur. lineae). Ces reliefs sont de toute manière modérés, et on n'a pas vu de sommets de plus de quelques centaines de mètres.
Ce constat témoigne de l'existence d'importants mouvements tectoniques (horizontaux et verticaux) dans la croûte de glace et d'un renouvellement de la surface.
Les lineae ressemblent fortement aux fractures et failles des banquises terrestres. Les plus larges ont quelque 20 km de large, des bords peu marqués et une région intérieure de matériau clair, strié15.
Elles pourraient avoir été engendrées par un cryovolcanisme ou le jaillissement de geysers d'eau liquide, qui aurait écarté la croûte de glace. Cependant un examen détaillé sur des photos de détail montre que les parties de cette croûte glacée se sont déplacées l'une par rapport à l'autre, à travers les lineae, voire cassées, qui la rend comparable à une faille transformante terrestre. Ceci reproduit bien le comportement d'une banquise.
L'hypothèse la plus probable est que ces lineae ont été produites par une série d'éruptions de glace « chaude » au moment où la croûte s'ouvrait et laissait apparaître des couches de glaces plus chaudes en-dessous16. Cet effet peut être assimilé au phénomène terrestre des dorsales océaniques.
La croûte est mise en mouvement par les forces de marée, dues à la faible excentricité de l'orbite d'Europe. En raison de la très forte attraction de Jupiter, l'amplitude de la marée est néanmoins d'une trentaine de mètres, avec la période de l'orbite, soit 3 jours et demi.
En raison des paramètres bien connus de cette marée, les banquises devraient présenter un schéma de dislocations prévisible. Les photos détaillées montrent que seules les régions les plus jeunes géologiquement sont en accord avec cette prévision. Les autres régions en diffèrent d'autant plus qu'elles sont plus vieilles.
Ceci peut s'interpréter par l'hypothèse que la surface d'Europe se déplace légèrement plus vite que son intérieur, en raison de la présence d'une couche liquide qui découple les deux mouvements17 (voir Champ magnétique plus haut). Les effets de marée supplémentaires s'exerçant sur la couche de glace en raison de ce déplacement apportent une correction qui va dans le sens des phénomènes observés. L'analyse citée montre que seules quelques fractures majeures sont provoquées à chaque tour de glissement.
Des comparaisons entre les photos de Voyager et de Galileo montrent que ce glissement est limité à un tour au plus pour 12 000 ans18.
On ne voit sur Europe que très peu de cratères de collision, et trois seulement ont un diamètre supérieur à 5 km. Le deuxième en taille, Pwyll, a un diamètre de 26 km. C'est une des structures géologiques les plus jeunes d'Europe, car lors de la collision, des éjecta clairs ont été projetés à des milliers de kilomètres, recouvrant la plupart des autres structures.
La faible cratérisation est une indication de ce que la surface d'Europe est géologiquement active et très jeune19,11. Des estimations, à partir de la probabilité de collision avec des comètes et des astéroïdes, donnent un âge entre 20 et 180 millions d'années20.
Les cratères les plus jeunes visibles ont visiblement été comblés par de la glace fraîche et aplanis. Ce mécanisme, ainsi que le calcul du réchauffement par les marées conduisent à penser que la couche de glace d'Europe est épaisse de 10 à 15 km.
Autres structures
Un autre type de structure de surface consiste en formes circulaires ou elliptiques, appelées lenticulae (plur. du latin lenticula « tache »). De nombreuses sont des dômes, d'autres des dépressions, ou simplement des taches sombres plates. Ces lenticulae proviennent apparemment de cheminées de glace plus chaude, comparable aux chambres magmatiques de la Terre.
Une telle remontée provoque le rehaussement des dômes (diapir), dont le sommet ressemble à la plaine de glace qui l'entoure21 ; les taches sombres plates pourraient être de l'eau de fonte de la glace arrivant en surface, et regelée.
Des zones chaotiques comme le Conomara chaos sont formées comme par un puzzle de pièces et de morceaux, entouré de glace lisse. Ils ont l'aspect d'icebergs dans une mer gelée. Ils pourraient provenir comme les dômes de remontée de glace, mais sur une plus grande largeur, brisant et morcelant la surface au moment de son émergence22.
Une vue nouvelle suggère que les lenticulae ne diffèrent pas en nature des zones de chaos, et que les dômes, taches et dépressions ne sont que des artefacts résultant d'une interprétation hâtive des premières images, à basse résolution, de Galileo. Ceci impliquerait que la glace est trop fine pour soutenir le modèle convectif du diapir pour la formation des structures23,24.
Structures internes
La masse1 d'Europe dépasse la somme totale des satellites du système solaire plus petits que lui : masse d'Europe : 4,8×1022 g, masse de Triton plus tous les plus légers : 3,95×1022 g.
Comme ses frères galiléens (Io, Ganymède et Callisto), Europe est un corps tellurique de composition globale chondritique.
Les données acquises par les sondes Voyager autour des années 1980 révèlent de grandes disparités entre les quatre satellites galiléens, suggérant un rôle prédominant de l'effet des marées joviennes qui soumettent les satellites à d'énormes forces de marée gravitationnelle. Ces forces de marée se manifestent pour Europe en une différence1 de 3 km entre le rayon dans la direction radiale et les rayons perpendiculaires. Malgré la (faible) excentricité de leurs orbites, au périapside, les forces tendent à augmenter cette différence, et se relâchent légèrement à l'apoapside : sur Io, le plus proche satellite par rapport à Jupiter, les marées entraînent un intense volcanisme de silicates.
Sur Europe, l'amplitude de la marée est plus faible que sur Io, quelque 30 m et son rythme plus faible. Elle ne peut entraîner que la fusion de la glace, avec un renouvellement de la surface rapide, marqué par le faible nombre de cratères. Sur Ganymède, un peu plus éloigné encore, on trouve à la fois des régions jeunes et peu cratérisées, et des régions âgées, constellées de cratères. Enfin, Callisto, la plus éloignée, apparaît dénuée de toute activité, et est uniformément recouverte de cratères.
Océan subglaciaire
Existence
Les divers arguments évoqués ci-dessus : variabilité du champ magnétique, découplage apparent de la surface de glace par rapport à l'ensemble du satellite, marqué par la dérive25 des lineae par rapport à l'axe Jupiter-Europe, poussent à l'hypothèse que sous la glace se trouve un océan continu d'eau salée (conductrice de l'électricité), dont les remontées conduiraient après évaporation aux dépôts de sel remarqués le long des lineae.
L'exemple le plus spectaculaire est celui des régions de chaos, structure assez commune sur Europe, et que l'on peut interpréter comme des régions où l'océan subglaciaire a fondu à travers la croûte glacée. Cette interprétation est très controversée. La plupart des géologues qui ont étudié Europe sont en faveur de ce que l'on appelle le modèle « à glace épaisse », dans lequel l'océan n'interagit jamais, ou rarement tout au plus, directement avec la surface26.
Épaisseur de la glace
Les différents modèles pour l'estimation de l'épaisseur de glace donnent des valeurs comprises entre quelques kilomètres et des dizaines de kilomètres27.
Les moyennes de température sur la surface d'Europe vont d'environ 110 K (-160 °C) sur l'équateur à seulement 50 K (-220 °C) vers les pôles, ce qui rend la croûte glacée d'Europe aussi dure que le granit28.
Le meilleur indice pour le modèle de la glace épaisse est l'étude des grands cratères : les plus grandes structures d'impact sont entourées d'anneaux concentriques, et paraissent être remplis de glace fraîche relativement plate. En se reposant sur cette donnée et sur les marées, on peut estimer l'épaisseur de la couche de glace à 10 – 30 km, qui inclut une certaine épaisseur de glace moins froide et plus ductile, ce qui amènerait à une épaisseur de l'océan liquide par dessous à environ 150 km20.
Ceci conduit à un volume des océans d'Europe de 3×1018 m3, soit deux fois celui des océans terrestres.
Dans le modèle de la glace mince, la glace n'aurait que quelques kilomètres d'épaisseur. Mais la plupart des planétologues concluent que ce modèle ne prend en compte que les couches supérieures de la croûte d'Europe, qui se comportent élastiquement sous l'effet des marées.
Un exemple est l'analyse des flexions, dans lequel la croûte est modélisée comme un plan ou une sphère chargée et fléchie sous le poids. Ce genre de modèle suggère que la partie élastique extérieure de la croûte n'aurait que 200 m. Si la couche de glace d'Europe n'a que quelques kilomètres, ceci signifierait que des contacts réguliers entre l'intérieur et la surface auraient lieu, par les lineae ouvertes, ce qui provoquerait la formation des régions chaotiques27.
Chauffage de l'océan
Le chauffage par la désintégration radioactive, qui devrait être similaire à celui de la Terre (en watts par kilogramme de roche), ne peut fournir le réchauffement nécessaire à Europe, car le volume par unité de surface est beaucoup plus faible en raison d'une plus petite taille de la lune, ce qui fait que l'énergie se dissipe plus vite.
Les premiers indices d'un océan souterrain proviennent des théories concernant le système de chauffage par les marées (c'est une conséquence de l'orbite légèrement excentrique d'Europe et accessoirement de la résonance orbitale avec les autres satellites galiléens). L'énergie thermique fournie pour maintenir liquide cet océan proviendrait des marées dues à l'excentricité de l'orbite, servant aussi de moteur à l'activité géologique de la glace de surface29,28.
À la fin de 2008, il a été suggéré que Jupiter pourrait maintenir les océans chauds par des ondes de marées dues à l'obliquité, faible certes, mais non nulle, du plan de l'équateur sur celui de l'orbite. Ce genre de marée, qui n'avait pas été considéré auparavant, engendre des ondes de Rossby, dont la vitesse est faible, quelques kilomètres par jour, mais qui peuvent comporter une énergie cinétique significative. Pour l'estimation actuelle de l'inclinaison axiale de l'ordre de 1°, les résonances des ondes de Rossby pourraient emmagasiner 7,3×1018 Jd'énergie cinétique, soit 200 fois la quantité du flux de la marée dominante30,31.
La dissipation de cette énergie pourrait être la principale source d'énergie thermique de l'océan. Il resterait à préciser le bilan d'énergie entre formation des ondes et dissipation sous forme thermique.
Structure centrale
Sous la couche d'eau – ou de glace plastique – d'une épaisseur de l'ordre de 100 km, Europe présente une structure similaire à celle desplanètes telluriques, en ce sens qu'elle consiste principalement de roches silicatées.
On estime que la croûte de glace a subi une migration séculaire de 80°, se retrouvant pratiquement à angle droit, ce qui serait hautement improbable si la glace était attachée rigidement au manteau32.
Enfin, Europe possède probablement en son centre un relativement petit cœur de fer33.
Possibilités de vie extra-terrestre
La mission Galileo s'est terminée en 2003, et on a dirigé la sonde vers Jupiter pour qu'elle s'y écrase. Ceci était une précaution pour éviter, entre autres, qu'un corps a priori non stérile ne vienne heurter Europe et la contaminer avec des microorganismes terrestres.
Europe semble être le seul corps du système solaire avec la Terre renfermant d'une part de l'eau sous forme liquide, et étant animé d'autre part de mouvements tectoniques très récents. La possibilité d'existence d'eau liquide a provoqué des spéculations sur l'existence de formes de vie extraterrestre dans les océans d'Europe.
Corps actif disposant d'eau liquide au contact de silicates, Europe réunit deux des conditions préalables au support de la vie telle que nous la connaissons sur Terre.
Arguments contre la possibilité de vie sur Europe
Jusqu'aux années 1970, la vie n'était pensée comme possible que dans une entière dépendance de l'énergie du Soleil.
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