Rotation de Europe, satellite de Jupiter

Comme Io, Europe est l´un des satellites observés par Galilée dès 1610 du fait d´un éclat important.

Caractéristiques de Europe

Type :
Satellite de Jupiter
Découverte par :
Galilée 7 janvier 1610
Demi-grand axe :
671 100 km
Excentricité :
0,0094
Période de révolution :
3,551 d
Inclinaison de l'orbite :
0,469°
Diamètre à l'équateur :
3 122 km
Masse :
4,8×1022 kg
Masse volumique moyenne :
3010 kg/m³
Gravité à la surface :
1,31 m/s²
Période de rotation :
(synchrone)
Albedo :
0,67
Température à la surface moy :
125 K
Pression atmosphérique :
10-6 Pa
Oxygène O2 :
100 %

Europe est le plus petit des satellites galiléens mais pas le moins brillant : sa surface est constituée d´une banquise de glace qui recouvre probablement un océan.
Comme Ganymède et Callisto, Europe est constitué d´une grande quantité d´eau.

MYTHOLOGIE GRECQUE : Mortelle aimée de Zeus. Celui-ci, métamorphosé en taureau blanc, l'enleva et la conduisit en Crète, où elle devint mère de Minos.

Présentation d'Europe - Lune de Jupiter

Europe (J II Europa) est une des quatre lunes galiléennes, découvertes au début du XVIIe siècle par Galilée et Simon Marius. C'est ce dernier qui la nomma en l'honneur d'Europe, princesse phénicienne, ravie sur une plage de Sidon par Zeus métamorphosé en taureau blanc. De leur union naquirent Minos, Rhadamanthe et Sarpédon.

Europe est le second et le plus petit des quatre satellites galiléens de Jupiter (son rayon de 1565 km correspond à 90% du rayon de notre Lune). C'est également le corps le plus lisse du système solaire. Comme ses frères joviens (Io, Ganymède et Callisto), Europe est un corps tellurique de composition globale chondritique. Les observations spectrales terrestres révèlent que la surface d'Europe est constituée en majeure partie de glace d'eau (albédo=0,64). Les données acquises par les sondes Voyager autour des années 80 confirment et même 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 gravitationnelles.

Sur Io, le plus proche satellite par rapport à Jupiter, les marées entraînent un intense volcanisme de silicates.

Europe, située un peu plus loin, est couverte d'une croûte de glace fracturée et déformée en tous points de sa surface faiblement parsemée de cratères d'impacts météoritiques. 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. On en reparlera plus loin, l'hypothèse du maintien d'un océan liquide profond sous la croûte glacée fut avancée et discutée très tôt par certains auteurs (Cassen, Peale et Reynolds notamment à la fin des années 70). Cette théorie évoquée en janvier 1980 dans le magazine américain Star & Sky par Richard C. Hoagland a retenu l'attention de membres de la NASA (Dr. Robert Jastrow). L'écrivain Arthur C. Clarke la popularisa dans les 3 derniers tomes de sa tétralogie des Odyssées, suites de son célèbre roman 2001, l'odyssée de l'espace.

On estime qu'Europe est un satellite tellurique de Jupiter composé principalement de chondrites. Il est intéressant de noter que la densité moyenne d'Europe est inférieure à celle des chondrites. Par ailleurs les analyses spectrales révèlent la présence d'eau (glace) à sa surface.

Tout comme Io, Europe est soumise aux fortes forces gravitationnelles de Jupiter et de ses autres satellites. Sur Io, cela entraîne un volcanisme intensif. Pourtant la surface d'Europe n'est pas criblée de cratères et semble se renouveler. L'analyse par spectrométrie infrarouge effectuée par la sonde Galileo a révélé la présence à la surface d'Europe de cristaux de sulfate de magnésium, qui sur Terre se retrouvent dans les lacs asséchés. Ces éléments laissent à penser que ce satellite pourrait posséder un immense océan d'eau liquide sous sa surface gelée, propice au développement de la vie.

La glace de surface a probablement de 70 à 100 km d'épaisseur, même si certaines estimations descendent à seulement 3 ou 4 km. Elle est traversée de longues et larges rayures sombres qui indiquent sans doute des fissures et des accumulations de sel. L'océan aurait une profondeur d'environ 100 km (sous la surface gelée), et serait maintenu liquide par l'échauffement produit par les forces de marée produites par la proximité avec Jupiter. Cette théorie évoquée en janvier 1980 dans le magazine américain Star [&] Sky par Richard C. Hoagland a retenu l'attention de membres de la NASA (Dr. Robert Jastrow). L'écrivain Arthur C. Clarke la popularisa dans les 3 derniers tomes de sa tétralogie des Odyssées, suites de son célèbre roman 2001, l'odyssée de l'espace.

Cela fait d'Europe une destination spéciale pour les futures sondes destinées à rechercher une vie extraterrestre et détermine certaines préparations comme une probable expédition pour forer 4 km sous la calotte glaciaire antarctique en direction du lac.

Toutefois, une expédition à destination de cette lune de Jupiter poserait des problèmes presque insurmontables qui ont empêché de la lancer :

  • distance considérable, donc consommation importante de carburant, temps de trajet et délais considérables dans les communications;
  • difficulté à maintenir longtemps en orbite une sonde qui serait soumise à une gravité complexe (à proximité de Jupiter), donc consommation supplémentaire de carburant.
La structure interne d'Europe

Le moment d'inertie d'Europe (C/MR²=0,347) indique une répartition radiale des masses non homogène : Europe est un corps différencié. Ceci signifie que la structure interne d'Europe est constituée d'une succession d'enveloppes de compositions différentes. Depuis le centre vers la surface, on distingue successivement un probable noyau métallique entouré d'un manteau silicaté lui-même enveloppé d'une couche externe d'eau (H2O) de 70 à 140 km d'épaisseur selon les modèles.

Les faibles températures de surface (de l'ordre de 100 degrés Kelvin, soit -173 degrés Celsius) impliquent la cristallisation de cette couche externe d'eau en une croûte de glace. Néanmoins, la proximité du corps massif qu'est Jupiter soumet Europe à de fortes déformations liées aux effets de marée. Les frottements internes, notamment aux limites de couches, engendrés par ces importantes déformations provoquent une forte dissipation thermique. Cette source de chaleur supplémentaire permettrait de maintenir un océan liquide sous une croûte de glace superficielle. La présence d'eau liquide, longtemps sujette à débats, fait actuellement l'objet d'un large consensus dans la communauté scientifique concernée. De nombreuses approches confirment en effet l'existence passée et même actuelle d'un océan liquide sous la croûte de glace superficielle :

  1. analyse des structures « géologiques » de surface,
  2. méthodes géophysiques (champ magnétique propre notamment),
  3. modélisation des flux thermiques,
  4. spectrométrie NIMS (Near-Infrared Mapping Spectrometer embarqué à bord de Galileo) révélant des signatures spectrales caractéristiques de sels de magnésium et de sodium en surface,
  5. production de givre sur la base d'observations au spectromètre ultra-violet embarqué (UVS),
  6. âge moyen de la surface plutôt jeune (30 à 70 millions d'années selon Zahnle et al. 2003), comparable et même inférieur à celui de la croûte océanique terrestre.

Les caractéristiques de la croûte de glace sont en revanche toujours des sujets de débats. L'une des questions qui anime bon nombre de planétologues concerne les modalités du transfert thermique. Le processus d'évacuation de la chaleur interne (produite par désintégration des éléments radioactifs du manteau et du noyau + les effets de marées) peut être de deux types: conductif (simple diffusion de la chaleur de proche en proche sans mouvement de matière) ou convectif (la glace va « transporter » la chaleur vers la surface, comme les bulles d'huile colorée d'une lampe à magma, avant de se refroidir et de redescendre vers la base de la croûte de glace). La seule réponse à cette question conditionne également l'estimation de l'épaisseur, de la structure et même de la composition chimique de la croûte de glace d'Europe.

De nombreuses approches (observation, modélisation) confirment qu'un transfert convectif de la chaleur a récemment existé (et existe même peut-être encore actuellement) dans la croûte de glace. Certaines structures « géologiques » imagées par les sondes Voyager puis Galileo à la surface d'Europe fournissent de bonnes illustrations de ce phénomène.

Finalement le débat concernant la croûte de glace oppose deux écoles : les partisans d'une croûte plutôt fine et conductive (<10 km), et les partisans d'une croûte relativement épaisse et convective (de 15 à 50 km). Aucune de ces deux écoles ne remet en cause l'existence d'un profond océan liquide sous la croûte glacée d'Europe. Ceci fait d'Europe 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 ! 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.

Les structures « géologiques » de la surface d'Europe

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),
  • des structures ponctuelles endogènes (d'origine interne),
  • des structures linéaires.

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 entremêlées en périphérie desquelles s'accumulent parfois des sulfates hydratés de magnésium et de sodium (McCord et al., 1998) et/ou de l'acide sulfurique (Carlson et al., 1999).

Cela fait d'Europe une destination spéciale pour les futures sondes destinées à rechercher une vie extraterrestre et détermine certaines préparations comme une probable expédition pour forer 4 km sous la calotte glaciaire antarctique en direction du lac Vostok.

Toutefois, une expédition à destination de cette lune de Jupiter poserait des problèmes presque insurmontables qui ont empêché de la lancer :

  • distance considérable, donc consommation importante de carburant, temps de trajet et délais considérables dans les communications ;
  • difficulté à maintenir longtemps en orbite une sonde qui serait soumise à une gravité complexe (à proximité de Jupiter), donc consommation supplémentaire de carburant.

La photo qui illustre le tableau ci-contre est une image d'Europe acquise par la sonde Galileo. (Source: NASA/DLR)

Vidéo : © MIMATA - Planète Astronomie
Tableau de données : © Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides
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