Moon-in-a-jar recrée l’atmosphère brumeuse de Titan, la plus grande lune de Saturne

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Les scientifiques ont recréé les conditions chimiques uniques trouvées sur Titan, la plus grande lune de Saturne, dans de minuscules cylindres de verre ici sur Terre, et l’expérience a révélé des caractéristiques auparavant inconnues de la composition minérale de la lune.

Titan est la deuxième plus grande lune du système solaire, derrière Ganymède de Jupiter, et arbore une atmosphère dense composée principalement d’azote avec un soupçon de méthane, selon Space.com. Cette brume jaunâtre oscille autour de moins 290 degrés Fahrenheit (moins 180 degrés Celsius). Sous l’atmosphère, des lacs, des mers et des rivières de méthane et d’éthane liquides recouvrent la croûte glacée de Titan, en particulier près des pôles. Et comme l’eau liquide sur Terre, ces gaz naturels participent à un cycle dans lequel ils s’évaporent, forment des nuages ​​puis pleuvent sur la surface de la lune.

L’atmosphère dense de Titan, le liquide de surface et les cycles météorologiques saisonniers rendent la lune glaciale quelque peu similaire à la Terre, et comme notre planète, la lune est connue pour avoir des molécules organiques qui contiennent du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène, selon la NASA. En raison de cette chimie organique qui se déroule sur Titan, les scientifiques pensent que la lune pourrait servir de laboratoire massif pour étudier les réactions chimiques qui se sont produites sur Terre avant l’émergence de la vie sur la planète, a précédemment rapporté Space.com.

Mais un seul vaisseau spatial, Cassini, a observé Saturne et ses lunes en détail, ce qui rend difficile les recherches terrestres sur la chimie farfelue trouvée sur Titan. Si récemment, une équipe de scientifiques a entrepris de simuler Titan dans un tube à essai.

L’équipe a d’abord placé de l’eau liquide dans de petits cylindres en verre et a abaissé la température à des conditions similaires à celles de Titan, ont déclaré les chercheurs dans un communiqué. Cette eau a gelé pour imiter la croûte glacée de Titan. L’équipe a ensuite introduit de l’éthane dans le tube, qui est devenu liquide comme les lacs à la surface de Titan. Enfin, ils ont ajouté de l’azote pour remplacer l’atmosphère de Titan, puis ont fait varier légèrement la température du tube, pour simuler les variations de température à la surface de Titan et dans différentes couches de son atmosphère.

Dans leur récente étude, présentée jeudi (26 août) lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society, l’équipe a ensuite ajouté deux composés, appelés acétonitrile (ACN) et propionitrile (PCN). Les données de la mission Cassini suggèrent que ces composés sont abondants sur Titan, a déclaré à Live Science le chercheur principal Tomče Runčevski, professeur adjoint au département de chimie de la Southern Methodist University à Dallas.

La plupart des études précédentes ont examiné ces deux composés séparément, sous leurs formes pures, mais l’équipe de Runčevski voulait voir ce qui se passerait lorsque les composés se mélangeraient et se mélangeraient, comme ils pourraient le faire sur Titan. Au lieu de travailler avec chaque composé séparément, “si vous les mélangez… il pourrait y avoir un résultat complètement différent dans la structure, donc comment les molécules s’organiseront et comment les molécules se cristalliseront” ou se transformeront en une forme solide, dit Runčevski.

Et l’équipe a découvert que, lorsqu’ils sont tous deux présents dans des conditions de type Titan, l’ACN et le PCN se comportent assez différemment de l’un ou l’autre composé isolément. À savoir, les températures auxquelles les composés ont fondu ou cristallisé ont radicalement changé, de l’ordre de dizaines de kelvins (centaines de degrés Fahrenheit ou Celsius).

Ces points de fusion et de cristallisation seraient pertinents dans l’atmosphère jaune brumeuse de Titan. Les différentes couches de l’atmosphère diffèrent en température en fonction de leur altitude au-dessus de la surface de la lune, donc pour comprendre comment les produits chimiques se comportent dans la brume, la nouvelle étude suggère que ces variations de température doivent être prises en compte, a déclaré Runčevski.

De plus, l’équipe a découvert que, lorsque l’ACN et le PCN cristallisent, ils adoptent des structures cristallines différentes selon qu’ils sont seuls ou en présence de l’autre composé. Les cristaux se forment lorsque les molécules individuelles d’un composé se transforment en une structure hautement organisée. Bien que les éléments constitutifs de cette structure – les molécules – restent les mêmes, en fonction de facteurs tels que la température, ils peuvent finir par s’emboîter dans des configurations légèrement différentes, a déclaré Runčevski.

Ces variations dans la structure cristalline sont connues sous le nom de “polymorphes”, et lorsqu’elles sont seules, ACN et PCN adoptent un polymorphe à haute température et un autre à basse température. Mais « ce que nous remarquons, c’est que si nous avons un mélange, la stabilité de la haute température et de la basse température [polymorphs] peut être, d’une certaine manière, commuté”, a déclaré Runčevski.

Ces détails précis sur le moment et la manière dont les composés atteignent une structure stabilisée “peuvent vraiment changer notre compréhension du type de minéraux que nous pourrions rencontrer sur Titan”, en termes de polymorphes qu’ils adopteront probablement sur la lune, a-t-il déclaré. Cela peut à son tour déterminer les réactions chimiques qui se produisent entre ces composés et d’autres sur Titan.

La nouvelle étude est limitée dans la mesure où elle ne tient pas compte de tous les produits chimiques présents sur Titan et ne peut donc capturer qu’une image simplifiée de ce qui se passe réellement sur la lune, a déclaré Runčevski.

“Il est important pour nous, scientifiques sur Terre (…) de créer ces modèles d’une complexité croissante, et d’atteindre un jour des modèles vraiment significatifs et qui peuvent vraiment nous aider à mieux comprendre la surface de Titan”, a-t-il déclaré.

La mission Dragonfly de la NASA, qui devrait être lancée en 2026 et arriver à Saturne en 2034, pourrait fournir plus d’informations sur le terrain sur la composition minérale de Titan. Cependant, Runčevski soupçonne que les cristaux que son équipe a observés se forment probablement au bord des lacs de Titan, apparaissant à mesure que l’éthane liquide dans les lacs s’évapore et laisse ces composés sur le rivage. À ce stade, il n’est pas clair si la mission Dragonfly pourrait se concentrer sur cet aspect spécifique de l’environnement Titanian, mais “néanmoins, [the mission] est super excitant, et nous en apprendrons tellement plus sur Titan”, a-t-il déclaré.

Source : Livescience.com