Grâce aux observations de la sonde spatiale internationale Cassini, les scientifiques ont exploré les monticules en forme d'anneau qui entourent certaines des piscines trouvées aux pôles de la plus grande lune de Saturne, Titan. L'étude révèle plus sur la façon dont ces caractéristiques se sont formées.

La mission NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens a passé 13 ans dans le système saturnien, avec la sonde Cassini emportant la sonde Huygens de l'ESA, qui s'est posé sur la lune glacée en 2005. Lors du tour de Cassini de Saturne et de ses lunes, il a fait plus de 100 survols de Titan, révélant environ 650 lacs et mers dans les régions polaires de Titan, dont 300 sont au moins partiellement remplis d'un mélange liquide de méthane et d'éthane.

La plupart des petits lacs de Titan se caractérisent par des dépressions aux arêtes vives, vide ou plein, avec des sols relativement plats, des profondeurs allant jusqu'à 600 m, et raide, bords extérieurs étroits d'environ 1 km de large.

Certains lacs, cependant, sont entourés de remparts :des monticules en forme d'anneau qui s'étendent sur des dizaines de kilomètres à partir du rivage d'un lac. Contrairement aux jantes, ces remparts enserrent totalement leur lac d'accueil.

"La formation des lacs de Titan, et leurs caractéristiques environnantes, reste une question ouverte, " dit Anezina Solomonidou, chercheur ESA au Centre Européen d'Astronomie Spatiale (ESAC) près de Madrid, Espagne, et auteur principal d'une nouvelle étude sur les remparts de Titan.

"Les remparts peuvent contenir des indices importants sur la façon dont les régions polaires remplies de lacs de Titan sont devenues ce que nous voyons aujourd'hui. Des recherches antérieures ont révélé leur existence, mais comment se sont-ils formés ?"

Solomonidou et ses collaborateurs ont combiné pour la première fois les données spectrales et radar de Cassini pour explorer cinq régions proches du pôle nord de Titan avec des lacs remplis et des remparts surélevés, et trois lacs vides d'une région voisine. Les lacs avaient une superficie de 30 à 670 km², et étaient entièrement entourés de remparts de 200 à 300 m de haut qui s'étendaient vers l'extérieur depuis les périmètres du lac jusqu'à 30 km.

Les observations ont été recueillies par Cassini au fil des ans lors des survols de Titan avec le Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), qui sonde la couche supérieure de la surface (des dizaines de µm), et avec l'instrument RADAR, qui peut pénétrer plus loin, jusqu'à des dizaines de cm, en fonction des propriétés du matériau de surface. Ce dernier a été utilisé à la fois en mode radiométrie et en utilisant son imageur radar à synthèse d'ouverture (SAR).

"Les données spectrales ont montré que les remparts ont une composition différente par rapport à leur environnement, " ajoute Solomonidou.

"Les fonds des lacs vides que nous avons étudiés semblent également être spectralement similaires aux remparts, suggérant que les bassins vides et les remparts peuvent être fabriqués à partir de, ou enduit de, matériel similaire, et peut donc avoir formé d'une manière similaire."

L'émissivité des remparts, tel qu'examiné par la co-auteur Alice Le Gall du laboratoire LATMOS de l'UVSQ à Paris, La France, était également similaire à celle d'une autre caractéristique importante et répandue vue sur Titan, que les scientifiques appellent un labyrinthe. Un paysage labyrinthique sillonné de différents canaux formés par l'érosion fluviale au fil du temps, le terrain labyrinthique est suspecté d'être riche en matières organiques, plutôt que fait de glace d'eau. La similitude observée suggère que les remparts peuvent être riches en matières organiques, trop.

« Les remparts sont également toujours complets :alors que les jantes et autres caractéristiques ont été usées et brisées au fil du temps, des remparts encerclent toujours complètement leur lac, " a ajouté Le Gall. " Cela nous aide à contraindre les scénarios de la façon dont ils auraient pu se former. "

La nouvelle étude suggère deux mécanismes possibles dans lesquels de tels remparts peuvent être créés :soit un processus impliquant un sous-sol saturé d'eau souterraine, étant donné les différences d'élévation entre les fonds des lacs vides et les lacs remplis, ou celui dans lequel le bassin et la croûte entourant un lac durcissent d'abord puis se dégonflent, conduisant le lac à s'infiltrer dans le sous-sol, et laisser une région du bassin du lac en saillie au-dessus du terrain environnant pour former un rempart.

L'exhaustivité observée des remparts apporte un éclairage supplémentaire par rapport aux bords des bassins plus dégradés. Si les jantes sont en matériau plus fragile que les remparts, alors les remparts doivent être relativement vieux pour apparaître comme ils le font. Dans ce scénario, un lac se formerait, suivi d'un rempart, puis une jante, qui est incapable de résister à l'érosion en raison de sa composition plus faible.

Cependant, si les jantes et les remparts sont du même matériau, alors les remparts peuvent être relativement jeunes :un bassin se formerait, avec des matières résiduelles aspirées dans les rebords puis dans des remparts plus grands. Ce dernier scénario impliquerait que les lacs délimités par des remparts sont parmi les plus jeunes de Titan, car ils n'ont pas encore vu leur rempart érodé et enlevé.

"Il est difficile de préciser le mécanisme exact de la formation de ces remparts, mais avec plus de recherche vient une compréhension croissante des corps intrigants tels que Titan, " a ajouté Solomonidou.

"L'analyse des données Cassini des lunes glacées de Saturne, en particulier lors de la combinaison des données de plusieurs instruments, est très pertinent pour préparer la mission JUICE qui explorera les lunes glacées de Jupiter, " a déclaré le co-auteur Olivier Witasse, qui est également scientifique de projet pour la mission JUICE de l'ESA.

"Même si Titan est exceptionnel, avec des lacs et des pluies que l'on ne trouve pas dans les lunes de Jupiter, en savoir plus sur Titan ajoute beaucoup à notre compréhension collective des lunes glacées du système solaire."

Les futures missions étudieront davantage le système solaire externe - JUICE, par exemple, se lancera en 2022 et partira à la découverte du système Jupiter, alors que la NASA envisage d'envoyer une autre mission, Libellule, spécifiquement à Titan du milieu à la fin des années 2020. Avec un vaisseau spatial de nouvelle génération prêt à en révéler davantage sur les lunes glacées autour des planètes géantes de notre système solaire, les scientifiques sont impatients de découvrir les secrets de la formation et de l'évolution de ces objets fascinants.

"Analyse spectrale et émissive des remparts surélevés autour des lacs nord de Titan, " par A. Solomonidou et al. est publié dans Icare .