Astronomie

Qu'est-ce qui serait théoriquement dissous dans les océans intérieurs des lunes et des planètes glacées ?

Qu'est-ce qui serait théoriquement dissous dans les océans intérieurs des lunes et des planètes glacées ?

Je sais que nous avons une indication de "ce qu'il y a dans l'eau" à partir des panaches d'Encelade, mais d'autres endroits seraient-ils les mêmes. Par exemple, l'eau liquide profonde de Titan pourrait-elle contenir du méthane dissous ?

Je réfléchis principalement aux "solutions" possibles qui seraient bénéfiques pour une certaine forme de microbiologie.


Il n'y a aucune garantie de solutions pour la vie (connue), mais fondamentalement, vous avez besoin de solutions d'anions et de cations, comme des phosphates pour construire de longues chaînes ainsi que pour maintenir la neutralité (équilibre acide et électronique), ou tout CHONSP (carbone, hydrogène, oxygène , azote, soufre et phosphore) avec une solution acide neutre (eau), mais cela ne s'applique qu'à la vie du carbone bien connue.


La planète naine Cérès a un océan d'eau salée secret

Les océans souterrains sont le genre de chose que nous nous attendons à voir dans le système solaire externe, en particulier sur les lunes glacées en orbite autour de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Mais selon sept (oui, sept) nouveaux articles publiés dans une collection spéciale Nature, des océans souterrains peuvent également apparaître sur des objets sans planète hôte, comme le montre Cérès, une planète naine dans la principale ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter.

Cérès, comme le montre la nouvelle recherche, était récemment active et peut-être encore, contenant un vaste réservoir d'eau souterraine et présentant une forme de cryovolcanisme (dans laquelle l'eau souterraine atteint la surface) jamais vue auparavant dans un objet céleste. Les océans souterrains sur les lunes glacées, comme Europe de Jupiter et Encelade de Saturne, sont maintenus au chaud par les interactions de marée exercées par leurs planètes hôtes, mais on ne peut pas en dire autant des objets sans planète dans la ceinture d'astéroïdes. Sur Cérès, ce phénomène est plus une question de chimie, car l'eau souterraine reste dans un état de gadoue en raison de sa forte teneur en sel.

La nouvelle recherche, décrite dans des articles publiés dans Nature Astronomy, Nature Geoscience et Nature Communications, comprenait des scientifiques de la NASA, du Lunar and Planetary Institute (LPI), de l'Université de Münster en Allemagne, du National Institute of Science Education and Research (NISER ) en Inde, parmi de nombreuses autres institutions.

Avec une largeur de 590 miles (950 kilomètres), Cérès est le plus gros objet de la ceinture d'astéroïdes. Le vaisseau spatial Dawn de la NASA a visité Cérès de 2015 à 2018, recueillant des données d'une importance critique au cours des cinq derniers mois de la mission, lorsque l'orbiteur a plongé à moins de 35 km de la surface.

Des images haute résolution renvoyées sur Terre ont révélé le cratère Occator avec des détails sans précédent. Ce cratère, formé par un impact géant, est la caractéristique la plus distinctive de la planète naine, mesurant 57 miles de large (92 km), ce qui est assez énorme même selon les normes terrestres. Le cratère Occator s'est révélé être une structure complexe, comportant une dépression centrale recouverte d'une structure en forme de dôme, diverses fissures et sillons, ainsi que des gisements minéraux brillants et des dômes plus petits dispersés partout.

Cette eau peut avoir été responsable des caractéristiques brillantes de la surface de Cérès avant la mission Dawn, mais les données recueillies par l'orbiteur suggèrent que c'est tout à fait le cas.

Un décompte de minuscules cratères d'impact sur Cérès indique une surface relativement jeune. Le cratère Occator s'est formé il y a environ 22 millions d'années, avec certaines des caractéristiques de surface les plus jeunes de Cérès se formant il y a seulement 2 millions d'années.

Une caractéristique commune des cratères d'impact est un pic qui se forme au centre. Une telle caractéristique s'est formée à l'intérieur d'Occator, mais elle s'est effondrée, créant une dépression dans la dépression. Puis, il y a environ 7,5 millions d'années, de l'eau - ou plus une saumure - est remontée à la surface, s'infiltrant à travers ce pic effondré. Cette eau salée s'est évaporée, laissant derrière elle des dépôts réfléchissants sous forme de carbonate de sodium, un mélange de sodium, de carbone et d'oxygène. La tache blanche brillante au centre d'Occator, Cerealia Facula, est le vestige de ce processus.

Des dépôts similaires apparaissent ailleurs dans le cratère, y compris une caractéristique importante appelée Vinalia Faculae. À ces endroits, la saumure remontait à la surface par des fissures et des sillons.


L'océan dans la lune de Jupiter Europa «pourrait être habitable»

La superbe surface de la lune de Jupiter, Europe. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Institut SETI.

Un nouveau modèle de scientifiques de la NASA soutient la théorie selon laquelle l'océan intérieur de la lune Europa de Jupiter serait capable de maintenir la vie. De plus, ils ont calculé que cette eau, considérée comme un océan sous la coquille de glace de surface, pourrait avoir été formée par la décomposition de minéraux contenant de l'eau en raison des forces de marée ou de la désintégration radioactive. Ce travail, qui n'est pas encore évalué par des pairs, est présenté pour la première fois lors de la conférence virtuelle de Goldschmidt, et pourrait avoir des implications pour d'autres lunes du système solaire.

Europe est l'une des plus grandes lunes du système solaire. Depuis les survols des vaisseaux spatiaux Voyager et Galileo, les scientifiques ont soutenu que la croûte de surface flotte sur un océan souterrain. Cependant, les origines et la composition de cet océan ne sont pas claires.

Les chercheurs, basés au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie, ont modélisé des réservoirs géochimiques à l'intérieur d'Europe à l'aide des données de la mission Galileo. Le chercheur principal Mohit Melwani Daswani a déclaré : « Nous avons pu modéliser la composition et les propriétés physiques du noyau, de la couche de silicate et de l'océan. Nous constatons que différents minéraux perdent de l'eau et des substances volatiles à différentes profondeurs et températures. Nous avons additionné ces substances volatiles estimées ont été perdus de l'intérieur, et ont découvert qu'ils sont cohérents avec la masse prédite de l'océan actuel, ce qui signifie qu'ils sont probablement présents dans l'océan. »

Les chercheurs ont découvert que des mondes océaniques tels qu'Europe peuvent être formés par métamorphisme : en d'autres termes, le réchauffement et l'augmentation de la pression provoqués par la décroissance radioactive précoce ou le mouvement ultérieur des marées souterraines provoqueraient la décomposition des minéraux contenant de l'eau et la libération des substances piégées. l'eau.

Ils ont également découvert que cet océan aurait été à l'origine légèrement acide, avec des concentrations élevées de dioxyde de carbone, de calcium et de sulfate. "En effet, on pensait que cet océan pouvait encore être plutôt sulfurique", a déclaré Mohit Melwani Daswani, "mais nos simulations, couplées aux données du télescope spatial Hubble, montrant du chlorure à la surface d'Europe, suggèrent que l'eau est très probablement devenue riche en chlorure. Dans En d'autres termes, sa composition est devenue plus semblable à celle des océans sur Terre. Nous pensons que cet océan pourrait être tout à fait habitable pour la vie. »

Il a poursuivi: "Europa est l'une de nos meilleures chances de trouver de la vie dans notre système solaire. La mission Europa Clipper de la NASA sera lancée dans les prochaines années, et notre travail vise donc à préparer la mission, qui étudiera l'habitabilité d'Europe. Nos modèles nous amène à penser que les océans d'autres lunes, comme la voisine d'Europe, Ganymède, et la lune Titan de Saturne, peuvent également s'être formés par des processus similaires. Nous devons cependant encore comprendre plusieurs points, comme la façon dont les fluides migrent à travers l'intérieur rocheux d'Europe.

Les chercheurs se sont maintenant associés à des groupes à Nantes et à Prague pour tenter d'identifier si les volcans du fond marin ont pu contribuer à l'évolution de l'eau riche en chlorure sur Europa. La NASA a récemment publié de nouvelles photos haute résolution d'Europe, montrant des sites d'exploration possibles pour tester ces résultats.

Commentant, le professeur Steve Mojzsis, professeur de géologie à l'Université du Colorado, a déclaré : « Une question de longue date quant à savoir si un monde "océanique masqué" comme Europa pourrait être habitable se résume à savoir s'il peut soutenir un flux d'électrons qui pourrait fournir Ce qui reste incertain, c'est si de telles lunes glacées pourraient jamais générer suffisamment de chaleur pour faire fondre la roche. Une chimie intéressante a certainement lieu dans ces corps, mais quel flux fiable d'électrons pourrait être utilisé par la vie extraterrestre pour s'alimenter dans le froid, profondeurs sombres ? Un aspect clé qui rend un monde « habitable » est une capacité intrinsèque à maintenir ces déséquilibres chimiques. On peut dire que les lunes glacées n'ont pas cette capacité, donc cela doit être testé lors de toute future mission en Europe. "


Ganymède pourrait abriter un «club sandwich» d'océans et de glace

Le concept de cet artiste de la lune de Jupiter Ganymède, la plus grande lune du système solaire, illustre le modèle "club sandwich" de ses océans intérieurs. Crédit : NASA/JPL-Caltech

(Phys.org) - La plus grande lune de notre système solaire, un compagnon de Jupiter nommé Ganymède, pourrait avoir de la glace et des océans empilés en plusieurs couches comme un club sandwich, selon une nouvelle recherche financée par la NASA qui modélise la composition de la lune.

Auparavant, on pensait que la lune abritait un océan épais pris en sandwich entre seulement deux couches de glace, une en haut et une en bas.

"L'océan de Ganymède pourrait être organisé comme un sandwich Dagwood", a déclaré Steve Vance du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, expliquant la ressemblance de la lune avec les sandwichs à plusieurs niveaux du personnage de dessin animé "Blondie". L'étude, dirigée par Vance, fournit de nouvelles preuves théoriques du modèle "club sandwich" de l'équipe, proposé pour la première fois l'année dernière. La recherche paraît dans la revue Sciences planétaires et spatiales.

Les résultats soutiennent l'idée que la vie primitive pourrait avoir surgi sur la lune glacée. Les scientifiques disent que les endroits où l'eau et la roche interagissent sont importants pour le développement de la vie, par exemple, il est possible que la vie ait commencé sur Terre dans des évents bouillonnants sur nos fonds marins. Avant la nouvelle étude, on pensait que le fond marin rocheux de Ganymède était recouvert de glace et non de liquide, un problème pour l'émergence de la vie. Les résultats du "club sandwich" suggèrent le contraire : la première couche au-dessus du noyau rocheux pourrait être de l'eau salée.

"C'est une bonne nouvelle pour Ganymède", a déclaré Vance. "Son océan est immense, avec des pressions énormes, on pensait donc qu'une glace dense devait se former au fond de l'océan. Lorsque nous avons ajouté des sels à nos modèles, nous avons trouvé des liquides suffisamment denses pour couler au fond de la mer."

Les scientifiques de la NASA ont soupçonné pour la première fois un océan à Ganymède dans les années 1970, sur la base de modèles de la grande lune, qui est plus grande que Mercure. Dans les années 1990, la mission Galileo de la NASA a survolé Ganymède, confirmant l'océan de la lune et montrant qu'il s'étendait à des profondeurs de centaines de kilomètres. Le vaisseau spatial a également trouvé des preuves de mers salées, contenant probablement du sulfate de magnésium.

Les modèles précédents des océans de Ganymède supposaient que le sel ne modifiait pas beaucoup les propriétés du liquide avec la pression. Vance et son équipe ont montré, grâce à des expériences en laboratoire, à quel point la quantité de sel augmente réellement la densité des liquides dans les conditions extrêmes à l'intérieur de Ganymède et des lunes similaires. Il peut sembler étrange que le sel puisse rendre l'océan plus dense, mais vous pouvez voir par vous-même comment cela fonctionne en ajoutant du vieux sel de table ordinaire à un verre d'eau. Plutôt que d'augmenter de volume, le liquide se rétrécit et devient plus dense. C'est parce que les ions de sel attirent les molécules d'eau.

Les modèles se compliquent lorsque les différentes formes de glace sont prises en compte. La glace qui flotte dans vos boissons s'appelle "Ice I". C'est la forme de glace la moins dense et plus légère que l'eau. Mais à des pressions élevées, comme celles des océans extrêmement profonds comme celui de Ganymède, les structures cristallines de la glace deviennent plus compactes. "C'est comme trouver un meilleur agencement de chaussures dans vos bagages - les molécules de glace s'entassent plus étroitement", a déclaré Vance. La glace peut devenir si dense qu'elle est plus lourde que l'eau et tombe au fond de la mer. La glace la plus dense et la plus lourde que l'on pense persister à Ganymède est appelée « Glace VI ».

En modélisant ces processus à l'aide d'ordinateurs, l'équipe a créé un océan pris en sandwich entre jusqu'à trois couches de glace, en plus du fond rocheux. La glace la plus légère est sur le dessus et le liquide le plus salé est assez lourd pour couler au fond. De plus, les résultats démontrent un possible phénomène étrange qui fait que les océans « neigent vers le haut ». Au fur et à mesure que les océans tourbillonnent et que les panaches froids serpentent, de la glace dans la couche océanique supérieure, appelée « Glace III », pourrait se former dans l'eau de mer. Lorsque la glace se forme, les sels précipitent. Les sels les plus lourds tomberaient ainsi vers le bas, et la glace plus légère, ou « neige », flotterait vers le haut. Cette "neige" fond à nouveau avant d'atteindre le sommet de l'océan, laissant éventuellement de la neige fondante au milieu du sandwich lunaire.

"Nous ne savons pas combien de temps la structure Dagwood-sandwich existerait", a déclaré Christophe Sotin de JPL. "Cette structure représente un état stable, mais divers facteurs pourraient signifier que la lune n'atteint pas cet état stable.

Sotin et Vance sont tous deux membres de l'équipe Icy Worlds du JPL, qui fait partie de l'institut multi-institutionnel d'astrobiologie de la NASA basé au centre de recherche Ames à Moffett Field, en Californie.

Les résultats peuvent également être appliqués aux exoplanètes, des planètes qui entourent les étoiles au-delà de notre soleil. Certaines super-Terres, planètes rocheuses plus massives que la Terre, ont été proposées comme des "mondes aquatiques" recouverts d'océans. Pourraient-ils avoir la vie ? Vance et son équipe pensent que des expériences en laboratoire et une modélisation plus détaillée des océans exotiques pourraient aider à trouver des réponses.

Ganymède est l'une des cinq lunes de notre système solaire censées abriter de vastes océans sous des croûtes glacées. Les autres lunes sont Europa et Callisto de Jupiter et Titan et Encelade de Saturne. L'Agence spatiale européenne développe une mission spatiale, appelée JUpiter ICy moons Explorer ou JUICE, pour visiter Europa, Callisto et Ganymède dans les années 2030. La NASA et le JPL contribuent à trois instruments de la mission, dont le lancement est prévu en 2022.


Origine

En 1979, les missions Voyager 1 et 2 ont traversé le système jovien et ont pris des photos détaillées de la surface d'Europe. Ces photos sont ce qui a conduit les scientifiques à envisager la possibilité que cette lune glacée puisse avoir un océan intérieur. Depuis lors, les preuves de cela ont considérablement augmenté et, combinées aux données indiquant la présence de panaches de surface, ont renforcé les arguments en faveur de la vie à l'intérieur.

La découverte de conditions similaires sur d'autres lunes joviennes, plusieurs lunes de Saturne et d'autres corps glacés en orbite autour de géantes gazeuses ou dans la ceinture de Kuiper ont conduit de nombreux membres de la communauté scientifique à spéculer que ces corps pourraient être l'endroit le plus prometteur à regarder. pour la vie au-delà de la Terre. Ces dernières années, cet argument a été étendu par les astronomes et les astrobiologistes au domaine interstellaire.

Europa pendant l'approche la plus proche de Voyager 2. Crédit : NASA/JPL

L'une de ces personnes est le Dr Lynnae C. Quick, planétologue de la NASA et membre du Aube, Europa Clipper, et Libellule équipes scientifiques. Elle est également membre de l'équipe scientifique de la NASA Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI) Toolbox for Research and Exploration (TREX), des feuilles de route de la NASA pour les mondes océaniques (ROW) et du groupe d'évaluation des planètes extérieures ( OPAG) Comité de pilotage.

Comme elle l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA (daté du 18 juin) :

Des panaches d'eau jaillissent d'Europe et d'Encelade, nous pouvons donc dire que ces corps ont des océans souterrains sous leurs coquilles de glace et qu'ils ont de l'énergie qui entraîne les panaches, qui sont deux exigences pour la vie telle que nous la connaissons. Donc, si nous pensons que ces endroits sont peut-être habitables, peut-être que des versions plus grandes d'entre eux dans d'autres systèmes planétaires sont également habitables.

« Si nous voyons que la densité d'une planète est inférieure à celle de la Terre, cela indique qu'il pourrait y avoir plus d'eau là-bas et pas autant de roche et de fer. Mais si la température de surface d'une planète est inférieure à 32 degrés Fahrenheit (0 degré Celsius), où l'eau est gelée, alors nous avons un monde océanique glacé, et les densités de ces planètes sont encore plus faibles.

Les objectifs du groupe ROW ont été énoncés lors d'une présentation intitulée « Exploration Pathways for Europa after initial In-Situ Analyzes for Biosignatures », qui a eu lieu le 27 février 2017 à l'événement «Planetary Science», hébergé par la NASA. Atelier Vision 2050. Ils comprennent la recherche de biosignatures sur Europa, l'analyse de matériaux proches de la subsurface et les estimations de profondeur de son océan, et la caractérisation des propriétés de surface/subsurface.

Europe, la lune glacée de Jupiter. Crédits : NASA/Jet Propulsion Laboratory, Institut SETI

Comme Kevin Peter Hand, scientifique en chef adjoint pour l'exploration du système solaire au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, l'a expliqué au cours de la présentation, ces trois objectifs sont étroitement liés :

« Si des biosignatures étaient trouvées dans le matériau de surface, l'accès direct et l'exploration des environnements océaniques et d'eau liquide d'Europe seraient un objectif hautement prioritaire pour l'enquête astrobiologique de notre système solaire. L'océan d'Europe abriterait le potentiel pour l'étude d'un écosystème existant, représentant probablement une deuxième origine indépendante de la vie dans notre propre système solaire. L'exploration ultérieure nécessiterait des véhicules robotiques et des instruments capables d'accéder aux régions d'eau liquide habitable d'Europe pour permettre l'étude de l'écosystème et des organismes.

Des arguments similaires ont été avancés par Manasvi Lingam et Abraham Loeb, deux chercheurs du Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et de l'Institute for Theory and Computation (ITC) de l'Université Harvard. Dans une étude de 2018, intitulée « Subsurface Exolife », les deux ont remis en question les notions traditionnelles d'habitabilité en utilisant comme exemples les lunes glacées de Jupiter, Saturne et d'autres géantes gazeuses.

Comme le professeur Loeb a résumé ce cas pour Universe Today par courrier électronique en décembre 2017, en déclarant :

« La notion conventionnelle d'habitabilité planétaire est la zone habitable (ZH), à savoir le concept selon lequel la « planète » doit être située à la bonne distance de l'étoile de sorte qu'elle puisse être capable d'avoir de l'eau liquide à sa surface. Cependant, cette définition suppose que la vie est : (a) basée sur la surface, (b) sur une planète en orbite autour d'une étoile, et (c) basée sur de l'eau liquide (comme solvant) et des composés carbonés. En revanche, notre travail assouplit les hypothèses (a) et (b), bien que nous retenions toujours (c).

Les scientifiques ont récemment déterminé qu'une certaine souche de bactéries terrestres pouvait prospérer dans les conditions trouvées sur Encelade. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute

La complexité intérieure de la lune de Saturne, Encelade, révélée

Une équipe du Southwest Research Institute a développé un nouveau modèle géochimique qui révèle que le dioxyde de carbone (CO2) de l'intérieur d'Encelade, une lune de Saturne qui abrite l'océan, peut être contrôlé par des réactions chimiques à son fond marin. L'étude du panache de gaz et des embruns gelés libérés par les fissures de la surface glacée de la lune suggère un intérieur plus complexe qu'on ne le pensait auparavant.

"En comprenant la composition du panache, nous pouvons apprendre à quoi ressemble l'océan, comment il est devenu ainsi et s'il fournit des environnements où la vie telle que nous la connaissons pourrait survivre", a déclaré le Dr Christopher Glein, auteur principal de SwRI. d'un papier en Lettres de recherche géophysique décrivant la recherche. "Nous avons mis au point une nouvelle technique d'analyse de la composition du panache pour estimer la concentration de CO dissous2 dans l'océan. Cela a permis à la modélisation de sonder des processus intérieurs plus profonds."

L'analyse des données de spectrométrie de masse du vaisseau spatial Cassini de la NASA indique que l'abondance de CO2 s'explique mieux par les réactions géochimiques entre le noyau rocheux de la lune et l'eau liquide de son océan souterrain. L'intégration de cette information avec les découvertes précédentes de silice et d'hydrogène moléculaire (H2) indique un noyau plus complexe et diversifié sur le plan géochimique.

« Sur la base de nos découvertes, Encelade semble démontrer une expérience massive de séquestration du carbone », a déclaré Glein. "Sur Terre, les climatologues étudient si un processus similaire peut être utilisé pour atténuer les émissions industrielles de CO2. En utilisant deux ensembles de données différents, nous avons dérivé le CO2 gammes de concentration qui sont étrangement similaires à ce que l'on pourrait attendre de la dissolution et de la formation de certains mélanges de minéraux contenant du silicium et du carbone au fond de la mer."

Un autre phénomène qui contribue à cette complexité est la présence probable d'évents hydrothermaux à l'intérieur d'Encelade. Au fond des océans de la Terre, les cheminées hydrothermales émettent des fluides chauds, riches en énergie et chargés de minéraux qui permettent à des écosystèmes uniques regorgeant de créatures inhabituelles de prospérer.

"L'interface dynamique d'un noyau complexe et de l'eau de mer pourrait potentiellement créer des sources d'énergie qui pourraient soutenir la vie", a déclaré le Dr Hunter Waite de SwRI, chercheur principal du spectromètre de masse neutre ionique (INMS) de Cassini. "Bien que nous n'ayons trouvé aucune preuve de la présence de vie microbienne dans l'océan d'Encelade, les preuves croissantes d'un déséquilibre chimique offrent un indice alléchant que des conditions habitables pourraient exister sous la croûte glacée de la lune."

La communauté scientifique continue de récolter les fruits du survol rapproché d'Encelade effectué par Cassini le 28 octobre 2015, avant la fin de la mission. INMS détecté H2 alors que le vaisseau spatial survolait le panache, et un instrument différent avait précédemment détecté de minuscules particules de silice, deux produits chimiques considérés comme des marqueurs des processus hydrothermaux.

« Sources distinctes de CO observées2, silice et H2 impliquent des environnements minéralogiquement et thermiquement divers dans un noyau rocheux hétérogène ", a déclaré Glein. " Nous suggérons que le noyau est composé d'une couche supérieure carbonatée et d'un intérieur serpentinisé. " Les carbonates se présentent généralement sous forme de roches sédimentaires telles que le calcaire sur Terre, tandis que les minéraux de serpentine sont formés à partir de roches ignées des fonds marins riches en magnésium et en fer.

Il est proposé que l'oxydation hydrothermale du fer réduit profondément dans le noyau crée H2, tandis que l'activité hydrothermale recoupant des roches carbonatées contenant du quartz produit des fluides riches en silice. De telles roches ont également le potentiel d'influencer le CO2 la chimie de l'océan via des réactions à basse température impliquant des silicates et des carbonates au fond de la mer.

"Les implications pour la vie possible permise par une structure centrale hétérogène sont intrigantes", a déclaré Glein. "Ce modèle pourrait expliquer comment les processus de différenciation et d'altération planétaires créent des gradients chimiques (énergétiques) nécessaires à la vie souterraine."


Des biosphères peu profondes pourraient-elles exister sous les plafonds glacés des lunes océaniques ?

Des espèces comme les vers tubicoles vestimentifères, Riftia pachyptila, comme celles trouvées près des îles Galapagos, représentent les types de vie qui peuvent persister près des sources hydrothermales des eaux profondes. Crédit : NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift Expedition 2011. Crédit : Astrobio.net

Une vie extraterrestre pourrait potentiellement exister sous les coquilles glacées de la lune Europa de Jupiter et d'autres mondes gelés grâce à l'intersection de l'énergie chimique s'élevant des bouches hydrothermales au fond de l'océan et des oxydants se diffusant de la surface.

Les océans mondiaux existent cachés sous les croûtes glacées de corps tels que les lunes de Jupiter Europa, Ganymède et Callisto, et les lunes de Saturne Encelade et Titan. Contrairement aux océans de la Terre, qui sont chauffés d'en haut par le Soleil, ces vastes étendues d'eau sont probablement réchauffées d'en bas par les bouches hydrothermales du fond marin.

Une source potentielle des principaux éléments constitutifs de la vie dans ces océans cachés pourrait être les réactions chimiques entre l'eau de mer et le fond marin ou les cheminées hydrothermales. La chaleur des bouches hydrothermales brasserait ces eaux, déplaçant les microbes et les nutriments vers le haut.

Dans le même temps, les électrons à haute énergie bombardant les surfaces glacées de ces mondes gelés depuis leurs planètes géantes voisines généreraient des produits chimiques appelés oxydants, qui pourraient aider les organismes à utiliser des molécules de carburant, tout comme l'oxygène aide la vie sur Terre à brûler des nutriments pour produire de l'énergie. . Le barattage des croûtes glacées pourrait livrer ces oxydants dans les océans cachés.

L'astrobiologiste Michael Russell du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, et ses collègues suggèrent que là où une croûte glacée et un océan caché se rencontrent dans un monde gelé comme Europe, ces deux sources des éléments constitutifs de la vie pourraient se rejoindre et potentiellement soutenir l'évolution de la vie. Sous la croûte glacée d'Europe, ils suggèrent qu'une biosphère peu profonde – un réseau d'écosystèmes – peut se former.

La surface d'Europe est une coquille de glace recouvrant un océan mondial et présentant des caractéristiques étonnantes. De longues fissures et crêtes linéaires sillonnent la surface, interrompues par des régions de terrain perturbé où la croûte de glace de surface s'est fissurée et a recongelé en de nouveaux motifs. Crédit : NASA/JPL-Caltech

"Tous les ingrédients et l'énergie gratuite nécessaires à la vie sont tous concentrés au même endroit", explique Russell.

Les scientifiques ont détaillé leurs recherches dans un article publié dans la revue Astrobiologie.

Les scientifiques ont noté que les couches où la glace et l'eau se rencontrent peuvent soutenir une grande variété de vie sur Terre. Des communautés denses de plusieurs espèces d'algues, de bactéries, de protistes et même d'invertébrés multicellulaires se forment chaque année sous la banquise près de l'Antarctique lorsque la lumière du soleil alimente la photosynthèse des algues. De plus, les eaux de ruissellement des sources sulfureuses de Gypsum sur l'île Axel Heiberg dans l'Extrême-Arctique canadien abritent des banderoles de bactéries sous le couvert de neige et de glace.

Les chercheurs suggèrent que leurs découvertes pourraient aider à concentrer la recherche de toute vie sur Europe en utilisant des robots pour explorer les dessous des croûtes glacées. Ils ajoutent que, sur Europe, les microbes pourraient atteindre des densités comparables aux tapis microbiens sur Terre.

"Si nous devions trouver de la vie sur Europe, cela soutiendrait fortement la théorie des cheminées alcalines sous-marines", qui suggère que la vie sur Terre est née à proximité de cheminées hydrothermales alcalines sous-marines, explique Russell.


Une danse orbitale peut aider à préserver les océans sur des mondes glacés

Image composite en couleurs améliorées de Pluton (en bas à droite) et de sa plus grande lune Charon (en haut à gauche) prise par le vaisseau spatial New Horizons de la NASA le 14 juillet 2015. Pluton et Charon sont montrés avec des tailles relatives approximativement correctes, mais leur véritable séparation n'est pas mettre à l'échelle. Crédit : NASA/JHUAPL/SwRI

Selon une nouvelle étude de la NASA, la chaleur générée par l'attraction gravitationnelle des lunes formées à partir de collisions massives pourrait prolonger la durée de vie des océans d'eau liquide sous la surface des grands mondes glacés de notre système solaire externe. Cela augmente considérablement le nombre d'endroits où la vie extraterrestre pourrait être trouvée, car l'eau liquide est nécessaire pour soutenir les formes de vie connues et les astronomes estiment qu'il existe des dizaines de ces mondes.

"Ces objets doivent être considérés comme des réservoirs potentiels d'eau et de vie", a déclaré Prabal Saxena du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, auteur principal de la recherche publiée dans Icarus le 24 novembre. "Si notre étude est correcte, nous peut avoir plus d'endroits dans notre système solaire qui possèdent certains des éléments critiques pour la vie extraterrestre."

Ces mondes glacials se trouvent au-delà de l'orbite de Neptune et incluent Pluton et ses lunes. Ils sont connus sous le nom d'objets transneptuniens (TNO) et sont beaucoup trop froids pour avoir de l'eau liquide à leur surface, où les températures sont inférieures à 350 degrés au-dessous de zéro Fahrenheit (inférieures à moins 200 degrés Celsius). Cependant, il existe des preuves que certains peuvent avoir des couches d'eau liquide sous leurs croûtes glacées. En plus des densités apparentes similaires à celles d'autres corps soupçonnés d'avoir des océans souterrains, une analyse de la lumière réfléchie par certains TNO révèle des signatures de glace d'eau cristalline et d'hydrates d'ammoniac. Aux températures de surface extrêmement basses de ces objets, la glace d'eau prend une forme désordonnée et amorphe au lieu des cristaux régulièrement ordonnés typiques des régions plus chaudes, comme les flocons de neige sur Terre. En outre, le rayonnement spatial convertit la glace d'eau cristalline en une forme amorphe et décompose les hydrates d'ammoniac, de sorte qu'ils ne devraient pas survivre longtemps sur les surfaces de TNO. Cela suggère que les deux composés peuvent provenir d'une couche d'eau liquide intérieure qui a éclaté à la surface, un processus connu sous le nom de cryovolcanisme.

La majeure partie de la chaleur à longue durée de vie à l'intérieur des TNO provient de la désintégration des éléments radioactifs qui ont été incorporés dans ces objets au fur et à mesure de leur formation. Cette chaleur peut être suffisante pour faire fondre une couche de la croûte glacée, générant un océan souterrain et peut-être le maintenir pendant des milliards d'années. Mais à mesure que les éléments radioactifs se désintègrent en des éléments plus stables, ils cessent de libérer de la chaleur et l'intérieur de ces objets se refroidit progressivement, et tous les océans souterrains finiront par geler. Cependant, la nouvelle recherche a révélé que l'interaction gravitationnelle avec une lune peut générer suffisamment de chaleur supplémentaire à l'intérieur d'un TNO pour prolonger considérablement la durée de vie d'un océan souterrain.

L'orbite de n'importe quelle lune évoluera dans une "danse" gravitationnelle avec son objet parent pour atteindre l'état le plus stable possible - circulaire, alignée avec l'équateur de son parent, et avec la lune tournant à une vitesse où le même côté fait toujours face à son parent. De grandes collisions entre des objets célestes peuvent générer des lunes lorsque de la matière est projetée en orbite autour de l'objet plus gros et fusionne en une ou plusieurs lunes sous sa propre gravité. Étant donné que les collisions se produisent dans une grande variété de directions et de vitesses, il est peu probable qu'elles produisent des lunes avec des orbites parfaitement stables au départ. Alors qu'une lune générée par collision s'ajuste à une orbite plus stable, l'attraction gravitationnelle mutuelle fait que les intérieurs du monde parent et de sa nouvelle lune s'étirent et se détendent à plusieurs reprises, générant une friction qui libère de la chaleur dans un processus connu sous le nom de réchauffement de marée.

Image composite de Wright Mons, l'un des deux cryovolcans potentiels repérés à la surface de Pluton par la sonde New Horizons en juillet 2015. Crédit : NASA/JHUAPL/SwRI

L'équipe a utilisé les équations pour le réchauffement des marées et calculé sa contribution au « bilan thermique » pour une grande variété de systèmes TNO-lune découverts et hypothétiques, y compris le système Eris-Dysnomia. Eris est le deuxième plus grand TNO actuellement connu après Pluton.

"Nous avons découvert que le réchauffement des marées peut être un point de basculement qui peut avoir préservé des océans d'eau liquide sous la surface de grands TNO comme Pluton et Eris jusqu'à nos jours", a déclaré Wade Henning de la NASA Goddard et de l'Université du Maryland, College Park, un co-auteur de l'étude.

« Surtout, notre étude suggère également que le réchauffement des marées pourrait rendre les océans profondément enfouis plus accessibles aux futures observations en les rapprochant de la surface », a déclaré Joe Renaud de l'Université George Mason, Fairfax, Virginie, co-auteur de l'article. "Si vous avez une couche d'eau liquide, la chaleur supplémentaire du chauffage des marées ferait fondre la prochaine couche de glace adjacente."

Bien que l'eau liquide soit nécessaire à la vie, elle ne suffit pas à elle seule. La vie a également besoin d'un approvisionnement en éléments constitutifs chimiques et d'une source d'énergie. Au fond de l'océan sur Terre, certains endroits géologiquement actifs ont des écosystèmes entiers qui prospèrent dans l'obscurité totale, car les bouches hydrothermales appelées "fumeurs noirs" fournissent les ingrédients nécessaires sous forme de produits chimiques riches en énergie dissous dans de l'eau surchauffée. Le réchauffement des marées ou la chaleur de la désintégration des éléments radioactifs pourraient tous deux créer de tels évents hydrothermaux, selon l'équipe.

The team would like to develop and use even more accurate models of tidal heating and TNO interiors to determine how long tidal heating can extend the lifetime of a liquid water ocean and how the orbit of a moon evolves as tidal heating dissipates energy. The team would also like to discover at what point a liquid water ocean forms whether it forms almost immediately or if it requires a significant buildup of heat first.


Worlds with underground oceans could be more conducive to life than Earth

Researchers from the Southwest Research Institute have put forward a new theory that says worlds with underground oceans could be more conducive to life than planets like Earth with surface oceans. The researcher says one of the most significant discoveries in planetary science in the last quarter decade has been worlds with oceans beneath layers of rock and ice are common in the solar system.

Worlds of the sort include icy moons like Europa, Titan, Enceladus, and distant bodies like Pluto. Researcher S. Allen Stern wrote in his research that the prevalence of interior water ocean worlds in our solar system suggests they are likely to be prevalent in other star systems as well. He believes the presence of interior water oceans vastly expands the conditions for planetary habitability and biological survival over time.

It’s known that planets like Earth with oceans on their surface have to be within a narrow range of distances from the host star to maintain temperatures required for the liquid oceans on their surface. However, worlds with interior water oceans can be found across a much wider range of distances from their stars. This dramatically increases the number of potentially habitable worlds likely to exist around the galaxy.

Stern also believes that planets like Earth with surface oceans are more subject to threats to life that could develop from asteroids and comets, solar flares spewing dangerous radiation, and nearby supernova explosions, among others. Interior water ocean worlds would be impervious to this sort of threat because oceans are protected by a roof of ice and rock, often several to many tens of kilometers thick. This makes the interior water ocean worlds better suited to provide environmental stability and less likely to suffer threats to life from their atmosphere, star, or solar system.

Stern also notes that the layers of rock and ice that protect these interior oceans also conceal life from being detected by virtually all astronomical techniques available to scientists today. Stern also believes that interior water ocean worlds could help crack the so-called Fermi Paradox by answering questions about why we don’t see obvious evidence of life in the universe.


Jupiter’s Moon Ganymede May Have Oceans and Ice Stacked Up in Multiple Layers

This artist’s concept of Jupiter’s moon Ganymede, the largest moon in the solar system, illustrates the “club sandwich” model of its interior oceans. Scientists suspect Ganymede has a massive ocean under an icy crust. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

New research based on laboratory experiments shows that Jupiter’s moon Ganymede may have oceans and ice stacked up in multiple layers like a club sandwich.

The largest moon in our solar system, a companion to Jupiter named Ganymede, might have ice and oceans stacked up in several layers like a club sandwich, according to new NASA-funded research that models the moon’s makeup.

Previously, the moon was thought to harbor a thick ocean sandwiched between just two layers of ice, one on top and one on bottom.

“Ganymede’s ocean might be organized like a Dagwood sandwich,” said Steve Vance of NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California, explaining the moon’s resemblance to the “Blondie” cartoon character’s multi-tiered sandwiches. The study, led by Vance, provides new theoretical evidence for the team’s “club sandwich” model, first proposed last year. The research appears in the journal Planetary and Space Science.

The results support the idea that primitive life might have possibly arisen on the icy moon. Scientists say that places where water and rock interact are important for the development of life for example, it’s possible life began on Earth in bubbling vents on our sea floor. Prior to the new study, Ganymede’s rocky sea bottom was thought to be coated with ice, not liquid — a problem for the emergence of life. The “club sandwich” findings suggest otherwise: the first layer on top of the rocky core might be salty water.

“This is good news for Ganymede,” said Vance. “Its ocean is huge, with enormous pressures, so it was thought that dense ice had to form at the bottom of the ocean. When we added salts to our models, we came up with liquids dense enough to sink to the sea floor.”

NASA scientists first suspected an ocean in Ganymede in the 1970s, based on models of the large moon, which is bigger than Mercury. In the 1990s, NASA’s Galileo mission flew by Ganymede, confirming the moon’s ocean, and showing it extends to depths of hundreds of miles. The spacecraft also found evidence for salty seas, likely containing the salt magnesium sulfate.

Previous models of Ganymede’s oceans assumed that salt didn’t change the properties of liquid very much with pressure. Vance and his team showed, through laboratory experiments, how much salt really increases the density of liquids under the extreme conditions inside Ganymede and similar moons. It may seem strange that salt can make the ocean denser, but you can see for yourself how this works by adding plain old table salt to a glass of water. Rather than increasing in volume, the liquid shrinks and becomes denser. This is because the salt ions attract water molecules.

The models get more complicated when the different forms of ice are taken into account. The ice that floats in your drinks is called “Ice I.” It’s the least dense form of ice and lighter than water. But at high pressures, like those in crushingly deep oceans like Ganymede’s, the ice crystal structures become more compact. “It’s like finding a better arrangement of shoes in your luggage — the ice molecules become packed together more tightly,” said Vance. The ice can become so dense that it is heavier than water and falls to the bottom of the sea. The densest and heaviest ice thought to persist in Ganymede is called “Ice VI.”

By modeling these processes using computers, the team came up with an ocean sandwiched between up to three ice layers, in addition to the rocky seafloor. The lightest ice is on top, and the saltiest liquid is heavy enough to sink to the bottom. What’s more, the results demonstrate a possible bizarre phenomenon that causes the oceans to “snow upwards.” As the oceans churn and cold plumes snake around, ice in the uppermost ocean layer, called “Ice III,” could form in the seawater. When ice forms, salts precipitate out. The heavier salts would thus fall downward, and the lighter ice, or “snow,” would float upward. This “snow” melts again before reaching the top of the ocean, possibly leaving slush in the middle of the moon sandwich.

“We don’t know how long the Dagwood-sandwich structure would exist,” said Christophe Sotin of JPL. “This structure represents a stable state, but various factors could mean the moon doesn’t reach this stable state.

Sotin and Vance are both members of the Icy Worlds team at JPL, part of the multi-institutional NASA Astrobiology Institute based at the Ames Research Center in Moffett Field, California.

The results can be applied to exoplanets too, planets that circle stars beyond our sun. Some super-Earths, rocky planets more massive than Earth, have been proposed as “water worlds” covered in oceans. Could they have life? Vance and his team think laboratory experiments and more detailed modeling of exotic oceans might help find answers.

Ganymede is one of five moons in our solar system thought to support vast oceans beneath icy crusts. The other moons are Jupiter’s Europa and Callisto and Saturn’s Titan and Enceladus. The European Space Agency is developing a space mission, called JUpiter ICy moons Explorer or JUICE, to visit Europa, Callisto and Ganymede in the 2030s. NASA and JPL are contributing to three instruments on the mission, which is scheduled to launch in 2022.

Other authors of the study are Mathieu Bouffard of Ecole Normale Supérieure de Lyon, France, and Mathieu Choukroun, also of JPL and the Icy World team of the NASA Astrobiology Institute. JPL is managed by the California Institute of Technology in Pasadena for NASA.