Titan est la deuxième plus grande lune du système solaire et la seule à posséder une atmosphère dense. Au sommet de cette atmosphère riche en azote et en méthane, le rayonnement solaire produit une grande diversité de molécules organiques, dont certaines se retrouvent également sur Terre comme constituants de l'unité de base de la vie, la cellule.

Une équipe de recherche internationale dirigée par Rafael Silva de l'Institut d'astrophysique et des sciences spatiales et maître de la Faculté des sciences de l'Université de Lisbonne (Ciências ULisboa), a analysé la lumière solaire réfléchie par l'atmosphère de Titan et a identifié pour la première fois près d'une centaine de signatures. que la molécule de méthane (CH₄ ) inscrit dans la bande visible du spectre électromagnétique des traces indispensables pour le retrouver dans d'autres atmosphères.

De plus, l'équipe a trouvé des preuves possibles de la présence de la molécule de tricarbone (C₃ ), une molécule qui pourrait participer à la chaîne de réactions chimiques qui génèrent des molécules complexes de Titan. Si cela est confirmé, ce sera la première détection de la molécule de tricarbone sur un corps planétaire.

"L'atmosphère de Titan fonctionne comme un réacteur chimique de taille planétaire, produisant de nombreuses molécules complexes à base de carbone", explique Rafael Silva, ajoutant :"De toutes les atmosphères que nous connaissons dans le système solaire, l'atmosphère de Titan est la plus similaire à celle de Titan. nous pensons qu'il existait au début de la Terre."

Le méthane, qui sur Terre est un gaz, fournit des informations sur les processus géologiques et potentiellement sur les processus biologiques. C’est une molécule qui ne survit pas longtemps dans les atmosphères de la Terre ou de Titan car elle est détruite rapidement et de manière irréversible par le rayonnement solaire. Pour cette raison, sur Titan, le méthane doit être reconstitué par des processus géologiques, tels que la libération de gaz souterrain.

Ces travaux ont apporté de nouvelles informations sur la chimie du méthane lui-même. Les 97 nouvelles raies de son absorption spectrale dans les longueurs d'onde de la lumière visible – dans les régions de couleur orange, jaune et verte – ont été identifiées dans des bandes de raies précédemment associées à l'absorption par le méthane mais jamais individualisées. Pour la première fois, la longueur d'onde et l'intensité de chacune de ces raies sont connues.

"Même dans les spectres à haute résolution, les raies d'absorption du méthane ne sont pas assez fortes avec la quantité de gaz que nous pouvons avoir dans un laboratoire sur Terre. Mais sur Titan, nous avons une atmosphère entière, et le chemin parcouru par la lumière à travers l'atmosphère peut être des centaines de kilomètres de long. Cela rend les différentes bandes et lignes, qui ont un signal faible dans les laboratoires sur Terre, très évidentes sur Titan", explique Rafael Silva.

Connaître et cataloguer toutes les signatures de la molécule de méthane aidera également à identifier de nouvelles molécules, en particulier dans des atmosphères à la chimie aussi complexe, où l'analyse des spectres est difficile en raison de la densité des signatures moléculaires, même avec des instruments à haute résolution.

C'est ainsi que l'équipe a trouvé des signes de la présence possible de la molécule de tricarbone (C₃ ) dans les hautes couches, à 600 kilomètres d'altitude. Dans le système solaire, cette molécule, qui se manifeste par une émission bleutée, n'était jusqu'à présent connue que dans la matière entourant le noyau d'une comète.

Les raies d'absorption sur Titan que l'équipe a associées au tricarbone sont peu nombreuses et de faible intensité bien qu'elles soient très spécifiques à ce type de molécule, c'est pourquoi de nouvelles observations seront réalisées dans le futur pour tenter de confirmer cette détection.

"Plus nous en saurons sur les différentes molécules qui participent à la complexité chimique de l'atmosphère de Titan, mieux nous comprendrons le type d'évolution chimique qui a pu permettre, ou être liée à, l'origine de la vie sur Terre", explique Rafael Silva. , et ajoute :"On pense qu'une partie de la matière organique qui a contribué à l'origine de la vie sur Terre a été produite dans son atmosphère par des processus relativement similaires à ceux que nous avons observés sur Titan."

Actuellement, cette lune de Saturne constitue un monde unique dans le système solaire, constituant un terrain d'essai pour préparer les futures observations de l'atmosphère des planètes extérieures à notre système planétaire, les soi-disant exoplanètes. Parmi ceux-ci, il peut y avoir de petits corps froids comme Titan.

"L'expérience acquise dans des analyses aussi exigeantes pourrait bénéficier aux observations infrarouges avec le télescope spatial James Webb, ou à la future mission spatiale Ariel, de l'Agence spatiale européenne (ESA)", commente Pedro Machado, deuxième auteur de cet article désormais publié.

Les données utilisées pour ces travaux proviennent d'observations réalisées en juin 2018 avec le spectrographe visible et ultraviolet haute résolution UVES, installé sur le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, au Chili. Des données archivées collectées avec le même instrument en 2005 ont également été utilisées.

La recherche est publiée dans la revue Planetary and Space Science. .