Des décennies avant qu'une sonde ne plonge un orteil (et un thermomètre) dans les eaux de mondes océaniques lointains, les astrobiologistes de Cornell ont mis au point une nouvelle façon de déterminer la température des océans en fonction de l'épaisseur de leurs coquilles de glace, réalisant ainsi efficacement une océanographie depuis l'espace.

Les données disponibles montrant la variation de l'épaisseur de la glace permettent déjà une prévision pour la partie supérieure de l'océan d'Encelade, une lune de Saturne, et l'étude orbitale prévue par une mission de la NASA sur la coquille de glace d'Europe devrait faire de même pour la lune jovienne, beaucoup plus grande, améliorant ainsi les conclusions de la mission quant à savoir si cela pourrait soutenir la vie.

Les chercheurs proposent qu'un processus appelé "pompage de glace", qu'ils ont observé sous les plates-formes de glace de l'Antarctique, façonne probablement le dessous des coquilles de glace d'Europe et d'Encelade, mais devrait également fonctionner sur Ganymède et Titan, les grandes lunes de Jupiter et de Saturne, respectivement. .

Ils montrent que les plages de températures dans lesquelles la glace et l'océan interagissent (des régions importantes où les ingrédients nécessaires à la vie peuvent être échangés) peuvent être calculées en fonction de la pente d'une coquille de glace et des changements du point de congélation de l'eau à différentes pressions et salinités.

"Si nous pouvons mesurer la variation d'épaisseur de ces coquilles de glace, nous serons alors en mesure d'obtenir des contraintes de température sur les océans, ce qu'il n'existe pas encore d'autre moyen de faire sans forer dans ces coquilles", a déclaré Britney Schmidt, professeur agrégée d'astronomie et des sciences de la Terre et de l'atmosphère au Collège des arts et des sciences et de Cornell Engineering. "Cela nous donne un autre outil pour essayer de comprendre le fonctionnement de ces océans. Et la grande question est :est-ce que des choses y vivent, ou le pourraient-elles ?"

Avec les membres actuels et anciens de son laboratoire d'habitabilité et de technologie planétaire, Schmidt, qui est membre de l'équipe scientifique Europa Clipper de la NASA, est co-auteur de "Les interactions glace-océan sur les mondes océaniques influencent la topographie des coquilles de glace", publié dans le Journal of Geophysical Research :Planètes . Le premier auteur est Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science (A&S) et responsable de programme chez Honeybee Robotics.

En 2019, à l'aide du robot télécommandé Icefin, l'équipe de Schmidt, dont Lawrence, a observé un pompage de glace à l'intérieur d'une crevasse sous la plateforme de glace de Ross en Antarctique. La glace météorique lisse et trouble à la base du plateau a fondu, produisant de l'eau plus fraîche et moins dense qui a remonté la crevasse et a recongelé sous forme de glace marine rugueuse et verte. Les résultats ont été publiés dans Nature Geoscience. et Progrès scientifiques , dans des articles dirigés par Lawrence et Peter Washam, chercheur scientifique au Département d'astronomie (A&S).

Le processus est dû au fait que le point de congélation de l'eau dépend négativement de la pression :à mesure que la profondeur et la pression augmentent, l'eau doit être plus froide pour se dilater et geler. En profondeur, là où la pression est plus forte et le point de congélation plus froid, les courants océaniques peuvent faire fondre la glace plus facilement. Si l’eau glacée fondue flotte et remonte vers des profondeurs moins profondes et une pression plus faible, elle gèlera à nouveau. Le cycle redistribue un peu de glace dans une étagère ou une coquille, modifiant sa composition et sa texture.

"Partout où vous avez cette dynamique, vous vous attendez à un pompage de glace", a déclaré Lawrence. "Vous pouvez prédire ce qui se passe à l'interface glace-océan en fonction de la topographie :où la glace est épaisse ou mince, et où elle gèle ou fond."

Les chercheurs ont cartographié les plages d'épaisseur, de pression et de salinité potentielles des coquilles pour les mondes océaniques avec une gravité variable et ont conclu que le pompage de glace se produirait dans les scénarios les plus probables, mais pas dans tous. Ils ont découvert que les interactions glace-océan sur Europe pourraient être similaires à celles observées sous la plate-forme de glace de Ross – preuve, selon Lawrence, que ces régions pourraient être parmi les plus semblables à la Terre sur les mondes extraterrestres.

La sonde Cassini de la NASA a généré des données suffisantes pour prédire une plage de température pour l'océan d'Encelade en fonction de l'inclinaison de sa coquille de glace des pôles à l'équateur :de moins 1,095 degrés à moins 1,272 degrés Celsius. Connaître les températures permet de comprendre comment la chaleur circule à travers les océans et comment elle circule, affectant l'habitabilité.

Les chercheurs s'attendent à ce que le pompage de glace soit faible sur Encelade, une petite lune (la largeur de l'Arizona) avec une topographie spectaculaire, tandis que sur Europe plus grande, presque de la taille de la lune terrestre, ils prédisent qu'il agira rapidement pour lisser et aplatir la base de la coquille de glace.

Schmidt a déclaré que ces travaux démontrent comment la recherche sur le changement climatique sur Terre peut également bénéficier à la science planétaire, raison pour laquelle la NASA a soutenu le développement d'Icefin.

"Il existe un lien entre la forme de la coquille de glace et la température de l'océan", a déclaré Schmidt. "C'est une nouvelle façon d'obtenir plus d'informations sur les mesures des coquilles de glace que nous espérons pouvoir obtenir pour Europe et d'autres mondes."

Plus d'informations : J. D. Lawrence et al, Les interactions glace-océan sur les mondes océaniques influencent la topographie des coquilles de glace, Journal of Geophysical Research :Planets (2024). DOI :10.1029/2023JE008036

Informations sur le journal : Journal of Geophysical Research :Planètes , Géosciences de la nature , Progrès scientifiques

Fourni par l'Université Cornell