Dans un nouveau rapport sur Avancées scientifiques , Marc Elowitz, et une équipe de scientifiques en sciences physiques, physique optique, la science planétaire et la recherche sur les rayonnements aux États-Unis, ROYAUME-UNI., Inde, et Taïwan, a présenté la première analyse des spectres de réflectance dans l'ultraviolet lointain des régions des hémisphères avant et arrière de Rhéa, tels que collectés par le spectrographe d'imagerie ultraviolette Cassini lors de survols ciblés. Dans ce travail, ils visaient spécifiquement à expliquer la large caractéristique d'absorption non identifiée centrée à près de 184 nanomètres des spectres résultants. A l'aide de mesures en laboratoire de la spectroscopie UV d'un ensemble de molécules, Elowitz et al. ont trouvé un bon ajustement aux spectres de Rhea avec à la fois le monohydrate d'hydrazine et plusieurs molécules contenant du chlore. Ils ont montré que le monohydrate d'hydrazine était le candidat le plus plausible pour expliquer la caractéristique d'absorption à 184 nm. L'hydrazine était également un propulseur dans les propulseurs de Cassini, cependant, dans ce cas, les propulseurs n'ont pas été utilisés pendant les survols glacés des satellites et, par conséquent, le signal a été supposé ne pas provenir du carburant du vaisseau spatial. Les scientifiques ont ensuite expliqué comment le monohydrate d'hydrazine peut être produit chimiquement sur des surfaces glacées.

La lune de Saturne Rhéa

La connaissance de la géologie et de la topographie de surface de la deuxième plus grande lune de Saturne, Rhéa, avait considérablement progressé grâce à plusieurs survols au cours de la mission Cassini-Huygens. La surface de Rhéa est fortement cratérisée avec des caractéristiques géomorphologiques indiquant une activité endogène telle que de grands cratères d'impact dans la direction nord-sud. La température de surface de Rhéa peut varier d'environ 40 à 100 K, avec un albédo géométrique visible élevé. L'albédo, c'est à dire., la quantité de lumière réfléchie par un objet céleste, correspondait à une surface composée de glace d'eau, généralement pris en charge par la mesure des caractéristiques d'absorption infrarouge (IR). En général, Rhéa orbite autour de Saturne à une distance d'environ 8,75 rayons de Saturne avec une vitesse de 8,5 Km/s, où son hémisphère voyageur est irradié par du plasma voyageant à environ 57 km/s. Les grains de l'anneau E de Saturne pourraient bombarder et recouvrir une grande partie de la surface de Rhéa, et de tels bombardements provenant de différentes sources pourraient provoquer des changements chimiques dans la surface irradiée pour synthétiser une chimie de surface riche. Cependant, la composition de surface de Rhea reste actuellement largement inconnue. Dans ce travail, Elowitz et al. utilisé quatre observations de Rhéa résolues par disque de spectrographe d'imagerie ultraviolette Cassini/ultraviolet lointain (UVIS/FUV). Pour réduire le bruit dans les données, les chercheurs ont appliqué un filtre de lissage. Ils ont noté que les spectres étaient dominés par les caractéristiques d'absorption de glace d'eau, comme indiqué dans les précédents satellites glacés. Ils ont exploré les explications des larges spectres d'absorption dans la gamme de longueurs d'onde d'environ 179 à 189 nm dans les spectres UVIS de Rhéa.

Les scientifiques ont mesuré les spectres de laboratoire de plusieurs espèces moléculaires et de leurs mélanges pour dériver des contraintes optiques. Rhea et Dione sont généralement connus pour partager une géomorphologie similaire basée sur le sous-système scientifique d'imagerie à haute résolution (ISS) de Cassini. Les deux satellites glacés de taille moyenne consistaient en une exosphère oxygène/dioxyde de carbone avec des propriétés compositionnelles et photométriques similaires. Rhéa et Dione présentaient tous deux des hémisphères principaux plus brillants avec très peu d'obscurcissement des membres aux angles de phase faibles. L'équipe a attribué les hémisphères les plus brillants au dépôt de glace d'eau pure de l'anneau E de Saturne, où Rhéa et Dione ont montré des propriétés photométriques similaires aux côtés des rapports de couleur orange/violet pour impliquer la similitude de leurs surfaces. Ils ont obtenu les spectres modèles résultants du monohydrate d'hydrazine (N 2 H 4 .H 2 O) et le trichlorométhane (CHCl 3 ) sous une couche de glace d'eau en utilisant des mesures d'absorbance en laboratoire et la théorie de Hapke. Après examen des spectres modélisés, Elowitz et al. a montré la présence de molécules d'hydrazine monohydrate ou de chlorométhane pour expliquer la faiblesse, large absorption observée entre les régions de 179 et 189 nm. Les résultats n'ont pas montré de variations significatives de la force des bandes entre les observations ou les emplacements sur Rhea.

Les origines des composés chlorés sur Rhea

L'équipe a ensuite exploré les sources et les puits possibles de chaque espèce moléculaire, comprendre les composés chimiques responsables des faibles spectres d'absorption de la région d'intérêt. Ils ont émis l'hypothèse de la présence d'une source de tétrachlorure de carbone (CCl 4 ) sur Rhéa, suivi d'une nouvelle couche de glace d'eau délivrée par-dessus celle de l'anneau en E de Saturne. La technique de spectroscopie de réflectance UV n'était sensible qu'aux quelques micromètres supérieurs, permettant aux scientifiques de détecter une couche de composés de chlorométhane sous les dépôts de glace d'eau. Cependant, il était encore difficile d'expliquer la présence de composés chlorés via des voies chimiques sur Rhéa puisque leur origine nécessitait la présence d'une couche océanique interne ou la livraison exogène par des micrométéoroïdes ou des astéroïdes contenant du chlore. Par exemple, si les composés existaient profondément à l'intérieur de Rhéa, ils pourraient abaisser le point de congélation de la glace d'eau pour augmenter la probabilité d'une couche aqueuse. Les chercheurs avaient précédemment détecté des sels à base de chlore tels que le chlorure de sodium sur des panaches d'Encelade comme preuve d'un océan interne. Cependant, il était peu probable que les composés chlorés migrent à la surface de Rhea à travers les fissures de la coquille de glace en raison de la profondeur comparativement plus grande de sa couche liquide. La source possible restante de chlore était via la livraison exogène par les astéroïdes chondritiques à travers l'histoire. Le chlore condensé a peut-être ensuite été redistribué vers d'autres régions du satellite par pulvérisation cathodique induite par des particules chargées de la magnétosphère de Saturne, pour expliquer la large distribution des composés chlorés échantillonnés.

Comprendre la production d'hydrazine monohydrate sur Rhea

Par rapport au chlorométhane, la production de monohydrate d'hydrazine était plus facile à expliquer en raison de réactions chimiques impliquant de l'eau-glace et de l'ammoniac ou de la livraison de l'atmosphère riche en azote de Titan. Elowitz et al. envisagé la possibilité d'une contamination des données UVIS par un propulseur hydrazine de la sonde Cassini, bien que cela soit hautement improbable puisque les propulseurs à hydrazine n'ont pas été utilisés pendant les survols glacés des satellites. L'équipe a confirmé la signature spécifique d'une caractéristique de 184 nm sur la surface de Rhéa en utilisant les observations du spectromètre UV effectuées par la sonde Cassini. En plus de ça, l'irradiation de l'ammoniac par des particules chargées de la magnétosphère de Saturne a induit la dissociation des molécules d'ammoniac pour former du diazène et de l'hydrazine. La source d'ammoniac sur Rhéa pourrait être primordiale, incorporé à son intérieur lors de sa formation et remonté à la surface en période d'activité endogène, comme en témoignent les images de l'ISS Cassini, bien qu'il soit peu probable que l'ammoniac survive indéfiniment à la surface. L'équipe suggère une analyse plus approfondie pour comprendre le potentiel de transfert de matériaux de satellite à satellite à travers l'atmosphère de Titan pour expliquer la présence de monohydrate d'hydrazine sur Rhea.

De cette façon, Mark Elowitz et ses collègues ont détaillé le premier levé géochimique de la surface glacée de la lune de Saturne Rhéa dans la région de l'ultraviolet lointain. Les résultats ont indiqué la présence possible de composés chlorométhanes sous une couche de glace d'eau, ou la présence d'un complexe d'hydrazine monohydrate. Ils ont supposé que l'hydrazine était le candidat prédominant pour les caractéristiques spectrales UV observées à 184 nm, par rapport aux composés du chlorométhane. L'équipe a attribué la présence d'ammoniac dans la couche supérieure glacée de Rhea à la source du monohydrate d'hydrazine. Les chercheurs ont également l'intention d'explorer la possibilité de synthèse d'hydrazine dans l'atmosphère de Titan, la plus grande lune de Saturne, et son transfert de satellite à satellite pour atteindre Rhéa à travers des périodes géologiques.

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