De nouvelles recherches expliquent comment des bulles éclatent dans des lacs d'hydrocarbures glacials sur la plus grande lune de Saturne, Titan, créant potentiellement un effervescence suffisamment intense pour former des caractéristiques géologiques sur la lune.

Titan est recouvert de lacs d'hydrocarbures composés de méthane et d'éthane. Les scientifiques ont remarqué des points lumineux dans ces lacs, qui est apparu sur certaines images du vaisseau spatial Cassini de la NASA et a mystérieusement disparu dans d'autres. Plus tard, ils ont théorisé que ces "îles magiques" pourraient être des explosions de bulles d'azote.

Dans la nouvelle étude publiée dans la revue AGU Lettres de recherche géophysique , les chercheurs ont simulé les lacs de Titan dans une chambre pressurisée. Ils ont trouvé la bonne combinaison de méthane, l'éthane et l'azote sont essentiels à la formation de bulles.

Dans des conditions similaires à celles de Titan, les chercheurs ont découvert que l'éthane devait s'écouler dans des bassins de méthane pour produire des bulles vigoureuses. Il est possible que ces épidémies de bulles soient suffisamment fortes pour façonner les deltas des rivières en corps de liquide sur la lune, selon la nouvelle recherche.

Expliquer comment les bulles se forment dans les lacs de Titan permet désormais aux scientifiques de commencer à sonder des questions fondamentales sur le comportement des liquides sur la lune. De tous les corps de notre système solaire, peu ressemblent plus à la Terre que Titan, et c'est l'un des rares endroits où les scientifiques pensent qu'il pourrait y avoir des conditions nécessaires à la vie extraterrestre.

Les résultats suggèrent également des scénarios auxquels un sous-marin d'exploration pourrait être confronté dans les lacs de Titan, si le vaisseau spatial dégageait de la chaleur et pouvait déclencher une explosion de bulles.

"Plus nous en apprenons sur Titan, plus nous apprenons que nous ne pouvons ignorer les lacs, " a déclaré Kendra Farnsworth, un scientifique planétaire à l'Université de l'Arkansas à Fayetteville et auteur principal de la nouvelle étude. "Et nous trouvons des choses amusantes comme des bulles. Peut-être un peu plus violentes que prévu, mais vraiment amusant à regarder."

Faire des bulles

Titan est la seule lune de notre système solaire à avoir une atmosphère. Son air est composé principalement d'azote - un élément qui forme également la majeure partie de l'atmosphère terrestre - et d'hydrocarbures, qui forment une épaisse, couche brumeuse masquant de nombreuses caractéristiques sur sa surface.

Les nuages ​​de Titan délivrent des pluies d'hydrocarbures sous forme de méthane et d'éthane. Sur Terre, le méthane est un gaz utilisé pour le chauffage, cuisine et électricité, tandis que le gaz éthane est un précurseur du plastique polyéthylène.

Températures sur Titan, cependant, sont suffisamment froids pour que ces composés soient liquides. Là, les hydrocarbures circulent dans l'atmosphère comme le fait l'eau sur Terre. Des lacs de méthane et d'éthane liquides saupoudrent la surface de Titan, ce qui en fait le seul autre corps de notre système solaire en dehors de la Terre à héberger des fluides stables.

Des travaux antérieurs ont révélé que l'azote gazeux de l'atmosphère de Titan pouvait facilement se dissoudre dans des piscines froides contenant de fortes concentrations de méthane, comme lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans la soude. Lors du chauffage, le liquide libérait de l'azote gazeux sous forme de bulles pétillantes.

Mais ces expériences antérieures n'imitaient pas complètement l'environnement naturel de Titan. Ils n'ont pas non plus expliqué quelles conditions pouvaient faire mousser les lacs, bien que les chercheurs pensaient que cela se produisait lors de fortes pluies ou lorsqu'un ruisseau se jette dans un lac.

"Les lacs de Titan ont une dynamique très intéressante, " Farnsworth a déclaré. "Ce ne sont pas seulement des corps liquides statiques."

Titan, mais sur Terre

Pour déterminer comment l'éthane, le méthane et l'azote pourraient éclater en bulles sur Titan, Farnsworth et ses collègues ont mené des expériences dans un engin de six pieds de haut, chambre pressurisée simulant des conditions sur la lune. À l'intérieur, ils ont fixé la pression atmosphérique à 1,5 bar, ce qui est 1,5 fois plus élevé que la Terre au niveau de la mer, et les températures allaient d'un vif 83 degrés Kelvin (-190 Celsius ou -310 Fahrenheit) à un doux 94 degrés Kelvin (-179 Celsius ou -290 degrés Fahrenheit).

Les chercheurs ont permis à un liquide de s'écouler dans une coupelle d'échantillon contenant un pool de l'autre. Les chercheurs ont ensuite refroidi l'intérieur de la chambre jusqu'à ce qu'il soit supérieur ou inférieur à 86 degrés Kelvin (-187 degrés Celsius ou -305 degrés Fahrenheit) pour permettre à l'azote de se dissoudre. Dans une série d'expériences, l'éthane s'est déversé dans des bassins de méthane. En autre, le méthane s'est transformé en éthane. L'équipe a ensuite progressivement réchauffé la chambre et attendu que des bulles éclatent.

Deux scénarios ont donné lieu à des bulles. À des températures inférieures à 86 degrés Kelvin, de l'éthane superposé au méthane riche en azote, quel que soit l'ordre dans lequel ils ont été versés dans la boîte de Pétri. Au fur et à mesure que la température se réchauffait, le méthane en dessous a commencé à mousser et lorsque les couches se sont dissoutes, des bulles ont atteint la surface.

Si la chambre était au-dessus de 86 degrés Kelvin lorsque les chercheurs ont ajouté les liquides, le méthane s'écoulant dans l'éthane n'a produit aucune mousse. Seul l'éthane s'écoulant dans les bassins de méthane a produit des bulles, et ce avec force.

"Le plus surprenant, c'est la violence des explosions, " Farnsworth a déclaré. Au cours d'une expérience, l'explosion de bulles était si forte, cela a affecté l'équipement. "Tout à coup, Je regarde et les bulles ont littéralement explosé et ont frappé mon appareil photo, " se souvient-elle.

Fizz amusant

Les nouveaux résultats suggèrent que les changements de température et de composition sont cruciaux pour la formation de bulles dans les lacs de Titan.

Des bulles éclatent lorsque l'éthane en écoulement se mélange à du méthane sursaturé en azote, ce qui signifie que le méthane contient plus d'azote dissous que les conditions normales ne le permettent. Quand le méthane se réchauffe, il peut contenir moins d'azote dissous, qui s'échappe sous forme de gaz. Le mélange doit également contenir entre 40 et 95 pour cent de méthane pour faire des bulles, selon l'étude.

C'est presque comme faire du rock candy. Lorsque l'eau bouillante est sursaturée de sucre ou contient plus de sucre que ce qui peut normalement être dissous, des cristaux se forment sur un morceau de bois enduit de sucre lorsque le liquide se refroidit.

Les expériences à des températures plus chaudes imitent très probablement ce qui se passe à la surface de Titan, car les températures les plus froides de la lune descendent à seulement 89 degrés Kelvin (-184 Celsius ou -299 Fahrenheit), dit Farnsworth.

"[La nouvelle étude] est un beau travail qui ajoute à ce que nous apprenons sur les lacs de Titan et souligne à quel point le travail de laboratoire est important, " a déclaré Michael Malaska, un scientifique planétaire du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie qui n'a pas participé aux travaux. "C'est comme" bienvenue dans l'étrange "et c'est une façon différente de penser à quelque chose qui n'est pas de l'eau."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.