La dissipation des marées est généralement plus importante dans les océans peu profonds, tandis que l'océan sur Encelade (une lune de Saturne) aurait des dizaines de kilomètres d'épaisseur. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Les lunes glacées du système solaire extérieur détiennent le potentiel de la vie, étant donné qu'ils peuvent contenir des océans d'eau. Mais la vie a aussi besoin d'une source d'apport d'énergie pour remplir des fonctions essentielles telles que la croissance, reproduction et mouvement.
Comment, alors, l'énergie pourrait-elle être générée sur une lune lointaine, loin de la chaleur du soleil ? Un article récent a examiné comment le réchauffement des marées pourrait avoir lieu dans les océans des lunes Titan et Encelade de Saturne, qui sont bien étudiés par la mission Cassini de la NASA et de l'Agence spatiale européenne. Alors que les scientifiques ont une idée de l'épaisseur de ces océans, la quantité d'énergie produite par la dissipation des marées sur ces mondes lointains est inconnue. D'autres modélisations et études seront nécessaires dans les décennies à venir.
Le nouveau papier, "Modélisation numérique de la dissipation des marées avec traînée de fond dans les océans de Titan et Encelade, " a été récemment publié en ligne dans la revue Icarus. La recherche a porté sur deux types différents de modèles de traînée qui affecteraient la dissipation des marées dans les océans, et fait des prédictions sur la façon dont cette dissipation peut changer les orbites des lunes. La recherche a été dirigée par Hamish Hay, doctorant en sciences planétaires au Lunar and Planetary Laboratory de l'Université d'Arizona, et a été co-écrit par son superviseur, Isamu Matsuyama.
Les recherches de Hay ont appliqué une simulation informatique qu'il a développée pour étudier la traînée de marée dans les océans de Titan et Encelade. Ils comprenaient la traînée de Rayleigh (qui s'applique aux écoulements réguliers) et la traînée de fond (qui est plus turbulente). Le flux réel dans les océans des lunes glacées devrait être turbulent.
Une vue en fausses couleurs de Titan, une lune de Saturne entourée d'une épaisse brume orange. On pense que Titan contient un océan avec une croûte glacée sur le dessus, qui sera simulé dans de futures recherches. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
L'énergie marémotrice
Hay a gardé son modèle simple pour voir s'il correspondait aux calculs théoriques d'autres auteurs. Cela signifiait que, par exemple, il n'a pas mis de calotte glaciale sur les océans, c'est ce que l'on trouve sur ces lunes lointaines. Il a également maintenu l'épaisseur des océans uniforme sur toute la lune. C'est une bonne approximation pour les grosses lunes comme Titan, mais pas pour Encelade où nous savons que l'océan est le plus épais au pôle sud. Avec son modèle maintenant connu pour correspondre assez étroitement à la théorie existante, il prévoit de futurs articles pour explorer les effets supplémentaires d'une calotte glaciaire et les changements spatiaux de l'épaisseur de l'océan.
Les lunes glacées dissipent de l'énergie car elles subissent une force gravitationnelle changeante en raison à la fois de la distance variable entre la lune et la planète, et l'inclinaison de l'axe de rotation de la lune. Hay a appliqué chacun d'eux à tour de rôle en faisant varier à la fois l'épaisseur de l'océan et le coefficient de traînée, une représentation numérique de la résistance du fluide, pour voir comment la quantité d'énergie dissipée est affectée. Il a commencé par appliquer la distance lune-planète changeante à Titan avec pour résultat que son modèle a montré plusieurs pics de dissipation d'énergie lorsque l'océan est assez mince, quelques dizaines de mètres d'épaisseur. Cependant, L'océan de Titan est en fait beaucoup plus épais (plus de 100 kilomètres d'épaisseur), donc sa vraie énergie dissipée, en raison de la distance variable entre la lune et la planète, devrait être beaucoup moins.
Lorsque Hay a envisagé la dissipation due à l'inclinaison de l'axe de rotation de Titan, le résultat était tout autre. Si l'océan de Titan fait au moins 100 mètres d'épaisseur, le réchauffement qui se produit est contrôlé par la quantité de résistance que l'océan éprouve lorsqu'il coule, connu sous le nom de « coefficient de traînée inférieur ».
Vue d'artiste de la sonde Cassini dans l'une des phases finales de sa mission en 2017, qui examinera les anneaux de près de Saturne. Crédit :NASA
"Cela signifierait que l'océan dissipe plus d'énergie que prévu autrement, " dit-il. " Bien sûr, cela dépend de l'amplitude du coefficient de traînée du fond, que j'insiste, on ne sait pas, " il a dit.
Sur Encelade, selon la modélisation de Hay, le réchauffement dû à la traînée du fond et à la variation de la distance lune-planète se produit plus facilement lorsque l'océan a moins d'un kilomètre d'épaisseur, beaucoup plus mince que l'épaisseur réelle supposée de l'océan de la lune. Les effets de la traînée de Rayleigh ne montrent aucune quantité significative d'énergie marémotrice dissipée. Contrairement à Titan, l'inclinaison de rotation d'Encelade est probablement trop faible pour provoquer une dissipation de marée importante, donc toute énergie pour Encelade devrait provenir d'un autre processus.
Les marées sont également connues pour avoir un effet sur les orbites des satellites. Par exemple, la dissipation des marées au cours des éons peut circulariser l'orbite d'une planète. Dans le cas de Titan, Le modèle de Hay a montré que la dissipation des marées avec un océan suffisamment épais pourrait réduire la vitesse à laquelle la lune s'éloigne de Saturne. Un océan très mince pourrait faire migrer la lune vers Saturne, mais cela ne devrait pas être le cas sur Titan.
Hay a dit qu'il était trop tôt pour parler en détail des implications pour l'astrobiologie, mais espère que ses recherches mèneront à une meilleure compréhension de l'environnement des marées sur Encelade et Titan et combien d'énergie de marée pourrait être disponible pour la vie sur ces lunes.
La mission de Cassini se terminera en septembre 2017 lorsque le vaisseau spatial, manque de carburant, est dirigé vers Saturne. La manœuvre ne donnera pas seulement aux scientifiques quelques mesures de l'atmosphère de Saturne, mais protégera également les lunes glacées à proximité de tout risque de contamination.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .
