Des preuves de vapeur d’eau persistante dans un hémisphère d’Europe, lune glacée de Jupiter

Des astronomes ont mis en évidence la présence de vapeur d’eau persistante sur le satellite jovien glacé Europe en se basant sur des observations du télescope spatial Hubble de la NASA. Cependant, les chercheurs ne comprennent toujours pas pourquoi cette vapeur n’est ainsi présente que dans un hémisphère.

La recherche de traces de vie au sein du Système solaire est un domaine d’étude à lui tout seul, avec de nombreux endroits propices identifiés relativement près de chez nous, dont Europe fait partie. En effet, ce satellite naturel de Jupiter cache un vaste océan sous sa surface glacée, qui pourrait bien offrir toutes les conditions propices à la vie.

Précédemment, les scientifiques avaient déjà détecté de la vapeur d’eau autour d’Europe, mais sous la forme de panaches faisant éruption à travers la glace. Ils sont analogues aux geysers sur Terre, mais s’étendent sur près de 100 kilomètres de haut. Ils produisent des bouffées transitoires de vapeur d’eau dans l’atmosphère de la lune, dont la pression à la surface ne représente qu’un milliardième de celle de l’atmosphère terrestre.

Ces nouveaux résultats montrent toutefois que des quantités similaires de vapeur d’eau se sont répandues sur une plus grande surface d’Europe lors des observations de Hubble entre 1999 et 2015. Cela suggère la présence à long terme d’une atmosphère de vapeur d’eau uniquement dans l’hémisphère « cachée » d’Europe (sa partie qui est toujours opposée à sa direction de mouvement le long de son orbite). La cause de cette asymétrie entre l’hémisphère avant et l’hémisphère arrière n’est pas entièrement comprise. L’étude a été publiée dans la revue Geophysical Research Letters.

Europe
Une photographie de la surface d’Europe prise par la sonde Galileo (Source : NASA).
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Des astronomes ont vu la fin du Système solaire !

Quelque part vers le centre de la Voie lactée, il est une étoile morte, une naine blanche, autour de laquelle orbite une planète géante. Pour les astronomes, le système ressemble à s’y méprendre à ce que deviendra notre Système solaire une fois que notre Soleil aura brûlé tout son carburant. Excitant !

Des bonimenteurs qui prétendent être en mesure de voir votre avenir. Il en existe pas mal. Mais cette fois, ce sont des astronomes tout à fait sérieux qui nous proposent de faire un saut dans le futur. Pour aller voir de quoi sera fait l’avenir de notre Système solaire. Rassurez-vous, ils ne prétendent pas avoir mis au point une machine à voyager dans le temps. Ils ont tout simplement débusqué un système planétaire qui ressemble exactement au destin attendu pour notre Système solaire. À ce qu’il sera lorsque notre Soleil atteindra la fin de sa vie. Dans quelque 5 milliards d’années.

Par effet de microlentille gravitationnelle — qui se produit lorsqu’une étoile proche de la Terre s’aligne momentanément avec une étoile plus éloignée –, ils ont découvert une planète géante. Dont la masse est de l’ordre de 40 % supérieure à celle de notre Jupiter. Et lorsqu’ils sont partis en quête de son étoile hôte, surprise! Celle-ci ne brillait pas suffisamment pour être une étoile de ce que les astronomes appellent la séquence principale.

Fin Système solaire
Une exoplanète de type Jupiter nouvellement découverte est en orbite autour d’une naine blanche, une étoile morte. Pour les astronomes, le système ressemble à ce que sera notre Système solaire quand notre Soleil aura rendu son dernier souffle.
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Et si le temps n’avait pas de commencement ? L’Univers pourrait avoir toujours existé, selon une étude

C’est le titre d’une nouvelle étude menée par deux physiciens de l’Université de Liverpool et de l’Imperial College de Londres. Alors que les scientifiques tentent depuis des décennies de percer les mystères de la naissance de l’Univers, il se pourrait que ce dernier n’ait en réalité pas de commencement. Une certaine approche de la gravitation quantique, appelée théorie des ensembles causaux, suggère en effet que notre univers pourrait avoir toujours existé.

Selon cette théorie, l’espace-temps est fondamentalement discret (a contrario, dans toutes les théories actuelles de la physique, l’espace et le temps sont continus) et les événements de l’espace-temps sont liés par un ordre partiel ; cet ordre partiel possède la signification physique des relations causales des événements de l’espace-temps. Ainsi, à un certain niveau, il existerait une unité fondamentale d’espace-temps.

Bruno Valeixo Bento, du département des sciences mathématiques de l’Université de Liverpool et Stav Zalel, du Laboratoire Blackett de l’Imperial College, ont entrepris d’utiliser cette approche causale pour explorer le début de l’Univers. C’est ainsi qu’ils ont découvert qu’il est possible que notre univers n’ait jamais eu de commencement. Il aurait donc toujours existé dans le passé infini et n’aurait évolué que « récemment » vers ce que nous appelons le Big Bang.

L’Univers repose sur deux théories majeures : la physique quantique et la relativité générale. La première permet de décrire efficacement trois des quatre forces fondamentales de la nature (l’interaction électromagnétique, l’interaction faible et l’interaction nucléaire forte). La théorie de la relativité générale, quant à elle, est la description la plus puissante et la plus complète de la gravitation jamais établie ; elle modélise la gravité comme une courbure de l’espace-temps, dont le rayon est proportionnel à la densité d’énergie.

Théorie Big Bang
Théorie du Big Bang (Source : Mikkel Juul Jensen/Science Photo Library)
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Les éruptions volcaniques relativement récentes sur la Lune, révélées par Chang’e 5, surprennent les scientifiques !

Le 1er décembre 2020, la Chine faisait un nouveau pas dans l’exploration lunaire grâce à la sonde Chang’e 5, qui se posait en douceur sur notre satellite naturel. Au-delà du fait de confirmer une maîtrise technique, la mission avait un réel objectif scientifique : ramener des échantillons de roches lunaires pour les dater et étudier leur composition.

Le 16 décembre 2020, la capsule Chang’e 5 transportant près de deux kilos d’échantillons s’est posée en Mongolie, faisant entrer la Chine dans le top 3 des pays ayant ramené des roches lunaires sur Terre. Dans un article paru récemment dans Science, une équipe internationale, menée par Xiaochao Che, présente les premiers résultats concernant ces échantillons.

Chang’e 5 s’était posée au milieu d’une région nommée Océan des Tempêtes, une immense plaine basaltique que les chercheurs suspectaient être relativement jeune. Le but de la mission a donc été de récupérer des échantillons de basaltes afin de pouvoir les dater et connaître leur composition. L’intérêt de cette étude est double : définir l’âge absolu des basaltes de cette région afin d’affiner la chronologie des impacts lunaires, et déterminer l’origine de ce magmatisme (relativement) récent.

La connaissance de l’âge de ces roches est une considération pour le moins importante. Il faut savoir que sur la Lune, la datation des surfaces se fait habituellement par chronologie des impacts lunaires. La Lune est en effet un corps sans érosion, ce qui implique que les traces des impacts météoritiques ne sont pas progressivement effacées comme sur Terre, à moins d’être détruites par un nouvel impact ou recouvertes par une coulée de lave.

Panorama Chang'e 5
Détail du panorama capturé par Chang’e 5 après son atterrissage réussi sur la Lune. L’atterrisseur est équipé d’une caméra, d’un spectromètre et d’un radar dont les données serviront à fournir le contexte géologique des échantillons. (Source : CNSA)
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Une planète de la taille de la Terre cachée au-delà de Neptune ?

Sur la base d’une série de simulations visant à étudier la formation de notre système solaire, des astronomes suggèrent qu’il pourrait y avoir une autre planète en orbite, située au-delà de Neptune. Cette planète, dont la taille devrait avoisiner celle de la Terre ou de Mars, aurait été « poussée » aux confins de notre système par les géantes gazeuses qui constituent aujourd’hui le système solaire externe.

Cette annonce n’est pas sans rappeler l’hypothétique « planète neuf », dont l’existence supposée aurait été déduite des perturbations observées au niveau de l’orbite de plusieurs objets transneptuniens. En 2016, des astronomes du California Institute of Technology affirmaient, en effet, avoir réuni les preuves de la présence d’une planète géante (d’une masse environ 10 fois supérieure à celle de la Terre), orbitant autour du Soleil environ 20 fois plus loin que Neptune.

Il n’est pas question d’une telle planète neuf ici. Toutefois, les auteurs de cette nouvelle étude publiée dans Annual Review of Astronomy and Astrophysics affirment que les simulations visant à retracer l’évolution du système solaire ne sont pas encore en mesure d’expliquer sa configuration actuelle en raison d’informations manquantes. Ces données manquantes pourraient impliquer une autre planète, qui tournait autrefois autour du Soleil, à des distances comparables à celles des géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune).

Les scientifiques n’ont de cesse d’étudier notre système solaire, pour comprendre à la fois comment les planètes ont vu le jour, mais aussi comment elles sont parvenues aux différentes positions qu’elles occupent aujourd’hui.

Système solaire + 9ème planète
Une autre planète située au-delà de Neptune, dont la taille devrait avoisiner celle de la Terre ou de Mars, aurait été « poussée » aux confins de notre système par les géantes gazeuses qui constituent aujourd’hui le système solaire externe.
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Découverte de l’astéroïde en orbite le plus rapide connu du Système solaire

Une des lois de Kepler indique qu’un corps céleste en orbite autour du Soleil sur une ellipse se déplace plus vite au plus près du Soleil. On vient de découvrir 2021 PH27, un astéroïde qui est parfois plus proche que Mercure du Soleil et qui est à ce moment-là le plus rapide connu.

Au début de son célèbre cours de relativité générale, le prix Nobel de physique Steven Weinberg, récemment décédé, expliquait que pendant quelques décennies, les astronomes avaient multiplié les hypothèses pour rendre compte d’une mystérieuse anomalie concernant Mercure : l’avance anormale de son périhélie. On sait en effet depuis Kepler que les planètes se déplacent sur des orbites elliptiques et Newton a prouvé que cela était une conséquence de ses lois de la mécanique et de la gravitation. Mais les travaux ultérieurs de mathématiciens tels Lagrange, Laplace et Gauss ont montré également que lorsque l’on a plus de deux corps, les perturbations gravitationnelles que chacun exerce sur les autres conduisent à des modifications des mouvements de ces corps qui ne sont plus de simples ellipses et dont les paramètres déterminant la forme et la position dans l’espace de ces ellipses en particulier autour du Soleil varient dans le temps.

On peut ainsi calculer que le point d’une orbite elliptique d’une planète le plus rapproché du Soleil, son périhélie, peut tourner lentement au cours du temps autour de lui. C’est le cas de Mercure, de sorte qu’à chaque orbite bouclée, son périhélie se déplace. Mais tout calcul fait avec les principaux corps célestes connus de son époque, l’astronome français Urbain Le Verrier, qui s’était déjà illustré par la découverte par le calcul de Neptune en 1846 à partir d’anomalies du mouvement d’Uranus, arriva à la conclusion en 1859 que l’on ne pouvait pas rendre compte de la totalité du mouvement du périhélie de Mercure sans introduire la gravitation d’une nouvelle planète en orbite autour du Soleil qu’il a baptisée Vulcain.

Censée être de petite taille et proche, trop proche, du Soleil pour avoir été détectée plus tôt, Vulcain fut chassée par les astronomes et certains crurent l’avoir observée quelque part à l’intérieur de l’orbite de Mercure mais en vain. Toutefois, comme l’explique donc Weinberg, cette absence de détection pouvait s’expliquer soit par la présence de plus petits corps célestes encore plus difficile à détecter, comme des astéroïdes, soit par une modification de la loi de Newton en 1/r2 de la gravitation en postulant, comme l’avait fait l’astronome et mathématicien polymathe états-unien d’origine canadienne Simon Newcomb, une loi avec un exposant très légèrement différent de 2, ou encore en supposant que le Soleil n’était pas parfaitement sphérique. On peut montrer en effet en se basant sur la fameuse théorie du potentiel gravitationnel d’un objet de forme et de densité quelconque qu’il suffit de modifier un peu cette forme pour avoir des termes correcteurs à la loi en 1/r2 sans changer la théorie de Newton et rendant compte du mouvement de Mercure.

Mercure & 2021 PH27
Une vue d’artiste de l’astéroïde 2021 PH27 proche de Mercure (Source : Katherine Cain/Scott Sheppard/Carnegie Institution for Science).
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Les images de galaxies lointaines les plus détaillées révélées pour la première fois

Grâce aux données collectées par le Low Frequency Array (LOFAR) — un réseau de plus de 70 000 antennes réparties dans plusieurs pays européens, constituant le plus grand radiotélescope du monde — une équipe internationale d’astronomes vient de publier des images de galaxies avec un niveau de détail sans précédent. Ce travail de près d’une décennie a permis de révéler des phénomènes spatiaux impossibles à détecter avec des télescopes optiques.

Le réseau LOFAR est géré par ASTRON, l’Institut néerlandais de radioastronomie. Le réseau capture des images à des fréquences radio FM — comprises entre 88 et 108 MHz — qui contrairement aux sources de longueurs d’onde plus courtes comme la lumière visible, ne sont pas bloquées par les nuages de poussière et de gaz qui peuvent entourer certains objets d’observation. Ainsi, des régions de l’espace qui apparaissent sombres dans le visible brillent intensément dans les ondes radio.

Le travail réalisé par cette équipe d’astronomes, dirigée par le Dr Leah Morabito de l’Université de Durham, a permis de révéler de nouveaux détails sur le fonctionnement des galaxies lointaines et des trous noirs supermassifs, examinés à une résolution 20 fois supérieure à celle des images LOFAR standards — où seules les données provenant des antennes situées aux Pays-Bas sont utilisées. Cette fois-ci, l’équipe a exploité toutes les antennes du réseau, créant un télescope « virtuel » doté d’une pseudo lentille de près de 2000 kilomètres de diamètre !

Contrairement aux antennes réseau conventionnelles, qui combinent plusieurs signaux en temps réel pour produire des images, LOFAR repose sur une nouvelle approche où les signaux collectés par chaque antenne sont numérisés, transportés vers le processeur central, puis combinés pour créer une image. Chaque image résulte ainsi de la combinaison des signaux de plus de 70 000 antennes, d’où l’extraordinaire résolution obtenue. Mais surtout, cette haute résolution a pu être combinée à un large champ de vision. « C’est totalement unique. Cela nous permettra d’étudier l’ensemble du ciel boréal en quelques années seulement », souligne Morabito, ajoutant que les télescopes de résolution comparable possèdent un champ de vision environ 20 fois plus petit. Selon la spécialiste, près de 3000 observations seront nécessaires pour imager l’ensemble du ciel boréal.

Amélioration résolution galaxie lointaine
Graphique montrant l’amélioration entre le traitement standard des données LOFAR et les nouvelles techniques utilisées ici, pour une galaxie décrite par Morabito et al. (Source : Morabito et al./Astronomy & Astrophysics)
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De plus en plus de satellites frôlent l’accident à cause de Starlink

On ne s’en rend pas bien compte depuis la Terre, mais il commence à y avoir pas mal d’engins et de débris spatiaux en orbite terrestre. Conséquence ? Comme sur une route encombrée, le risque de collision augmente à mesure que d’autres véhicules y pénètrent. Parmi eux, les milliers de mini satellites du projet Starlink de SpaceX, dont le nombre ne cesse de croître. Chaque semaine, ils sont impliqués dans près de 1600 rencontres (trop) rapprochées d’engins spatiaux !

Selon un article de Nature, plus de 29 000 satellites, morceaux de fusées et autres débris suffisamment gros pour être suivis depuis le sol terrestre sont actuellement en orbite autour de la planète ; les plus petits débris se comptent par millions. Dans le cadre du projet Starlink — qui vise à fournir un accès Internet à haut débit à n’importe quelle région du monde — SpaceX a lancé à elle seule quelque 1700 satellites au cours des 2 dernières années ; la société prévoit d’en ajouter encore des milliers.

De plus en plus de pays et de sociétés lancent ou prévoient de lancer des satellites. Les différents opérateurs doivent se montrer de plus en plus vigilants pour éviter les accidents. C’est Hugh Lewis, chef du groupe de recherche en astronautique de l’Université de Southampton, au Royaume-Uni, qui a récemment fait état de la situation sur son compte Twitter. Cet expert européen des débris spatiaux fait des estimations régulières de la situation orbitale, grâce aux données de la base SOCRATES (Satellite Orbital Conjunction Reports Assessing Threatening Encounters in Space). Il s’avère que le risque de collision ne cesse d’augmenter depuis les premiers lancements des satellites Starlink en mai 2019.

Satellites Starlink collisions
De plus en plus de satellites frôlent l’accident à cause de Starlink (Source : ESA/SPL).
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Des séismes sur Saturne font trembler ses anneaux et révèlent son intérieur

Deux astrophysiciens confirment la pertinence d’une idée avancée au cours des années 1990 et qui devait pouvoir être mise en pratique en étudiant les anneaux de Saturne. Des mouvements à l’intérieur de la géante, analogues à ceux des séismes sur Terre ou à l’intérieur du Soleil, en changeant le champ de gravitation de la planète au niveau de ses anneaux les font vibrer. On peut alors s’en servir comme sismographe pour sonder l’intérieur de Saturne.

Un article paru dans le célèbre journal Nature Astronomy, présentant les travaux de deux astronomes du mythique Caltech qui se sont basés sur les données de la sonde Cassini concernant les anneaux de Saturne, aurait sans aucun doute retenu l’attention de l’astronome américain d’origine allemande Rupert Wildt (1905-1976). C’est à lui que l’on doit en effet les premiers modèles de l’intérieur des planètes géantes, modèles qu’il a proposés et développés au cours des années 1940 et 1950.

Selon lui, l’intérieur des planètes Jupiter et Saturne était probablement constitué d’un petit noyau rocheux couvert d’une épaisse couche de plusieurs glaces (elle n’est pas uniquement formée d’eau), le tout enveloppé dans une vaste atmosphère fluide, composée essentiellement d’hydrogène et d’hélium. Ces modèles s’appliquent aussi à Uranus et Neptune, à ceci près que l’on pense savoir que ces géantes doivent posséder un manteau de glaces bien plus important entourant un noyau rocheux. Celui de Jupiter serait porté à des températures de l’ordre de 20.000 K (on estime sur Terre que la température doit atteindre les 6.000 K), avec bien sûr des pressions gigantesques difficilement reproductibles dans les laboratoires sur Terre.

Depuis quelques décennies, les modèles des géantes ont été affinés, que ce soit à l’aide d’expériences en laboratoire à hautes pressions, des simulations numériques savantes ou tout simplement en analysant les données collectées par les missions Juno et Cassini. Le fluide d’hydrogène et d’hélium de Jupiter et Saturne, liquide à grande profondeur, deviendrait aussi solide avec l’hydrogène qui acquerrait même des propriétés métalliques, voire supraconductrices. Le méthane et l’ammoniac aussi contenus pourraient également donner lieu à la formation de diamants à l’intérieur de Neptune.

Saturne cœur
Une vue d’artiste de Saturne et de son intérieur selon le modèle proposé dans une publication récente (Source : Caltech/R. Hurt).
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Des astronomes auraient repéré un nouveau bras spiral de notre galaxie

La Voie lactée, bien que ce soit la galaxie dans laquelle nous vivons, nous réserve encore des surprises quant à sa structure : des astronomes viennent d’annoncer la potentielle découverte d’un bras jusqu’ici inconnu en son sein.

Il s’agit du filament — principalement constitué de gaz — le plus grand et le plus éloigné jamais repéré dans notre galaxie. Il a été baptisé « Cattail » (queue de chat) en raison de sa forme longue et mince.

Keping Qiu, de l’université de Nanjing, en Chine, et ses collègues, a découvert une extrémité de Cattail à l’aide du radiotélescope FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope), en Chine. Ils ont ensuite exploité les données de l’étude HI4PI, une recherche d’hydrogène gazeux dans l’ensemble de la voûte céleste, pour confirmer cette découverte et détecter le reste de l’énorme structure.

Voie lactée
Une vue de la Voie lactée (Source : Serge Brunier).
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