Sur la planète naine Ceres, un océan pouvait exister dans le passé

Ceres in Natural Colors, Dawn Mission Snapshot Mai 2015

En mars 2015, la mission NASA Dawn est arrivée à Cérès, protoplanète et le plus gros objet de la ceinture d'astéroïdes. La mission Dawn explore les objets les plus anciens du système solaire pour mieux comprendre les conditions et les processus qui se sont produits aux premiers stades de son existence. Dawn a déjà déterminé que les minéraux aquifères sont communs à Cérès, ce qui suggère qu'il existait auparavant un océan mondial sur la protoplanète.

Bien sûr, cela a soulevé de nombreuses questions: qu'est-il arrivé à l'océan et peut-il y avoir encore de l'eau sur Cérès? À cet égard, l'équipe Dawn a récemment mené deux études qui ont mis en lumière ces problèmes. Dans le premier, les données obtenues par gravité ont été utilisées pour décrire l'intérieur de la protoplanète. Le second a étudié la topographie d'un corps céleste afin de déterminer sa structure.

La première étude, «Contraintes sur la structure interne de Cérès et évolution en fonction de sa forme et de sa gravité telles que mesurées par le vaisseau spatial Dawn», a récemment été publiée dans le Journal of Geophysical Research. L'équipe, dirigée par un postdock du JPL Anton Ermakov, comprenait des chercheurs du Goddard Space Flight Center, du German Aerospace Center, de la Columbia University, de l'Université de Californie à Los Angeles et du Massachusetts Institute of Technology.


Photo de Cérès prise par la sonde Dawn

L'équipe a travaillé avec les données gravimétriques des protoplanètes collectées par la sonde Dawn après être entrée en orbite autour de Cérès. En utilisant le réseau de communications spatiales à longue portée de la NASA pour suivre les petits changements dans l'orbite du vaisseau spatial, Ermakov et ses collègues ont pu mesurer la forme et la gravité à Ceres pour déterminer sa composition et sa structure.

Ils ont trouvé des signes d'activité géologique à Ceres; sinon au moment actuel, alors dans un passé relativement récent. Cela peut être vu dans les trois cratères - Okkator, Kervan et Yalod - et dans la seule haute montagne de Cérès, Ahuna Mons. Ils sont associés à des «anomalies gravitationnelles», les écarts entre les modèles de gravité de Ceres et ce que la sonde Dawn observe en réalité.

L'équipe a conclu que ces quatre caractéristiques et autres formations géologiques notables sont des signes de cryovolcanisme des structures souterraines. De plus, ils ont déterminé une densité relativement faible de la croûte, plus proche de la glace que des roches solides. Mais cela ne correspondait pas à l'étude précédente de Michael Bland de l'US Geological Survey.

Une étude de Bland, publiée dans la revue Nature Geoscience en 2016, a noté qu'il est peu probable que la glace soit la principale composante de la croûte dense de Ceres, car elle est trop molle pour cela. Naturellement, la question se pose de savoir comment la croûte peut être aussi légère que la glace, coïncider en densité avec elle et en même temps beaucoup plus durable. Pour répondre à cette question, la deuxième équipe a tenté de simuler l'évolution de la surface de Cérès.


Données gravitationnelles sur Ceres, fournissant des indices sur sa structure

Leur étude, «La structure intérieure de Cérès, découverte à l'aide de la topographie de surface et de la gravité», a été publiée dans la revue Earth and Planetary Science Letters. L'équipe dirigée par Roger Fu, professeur agrégé au Département des sciences de la terre, de l'atmosphère et des planètes du MIT, était composée d'employés du Virginia Institute of Technology, du California Institute of Technology, du Southwest Research Institute, de l'US Geological Society et de l'Institut national italien d'astrophysique.

Ils ont étudié la résistance et la composition de l'écorce de Ceres et la structure interne en fonction de sa topographie. En modélisant les écoulements de la croûte de la protoplanète, Fu et ses collègues ont déterminé qu'elle était très probablement constituée d'un mélange de glace, de sels, de pierres et d' hydrates de clathrate . De telles structures, constituées d'une molécule de gaz entourée de molécules d'eau, sont obtenues 100 à 1000 plus fortes que la glace d'eau.

Selon leur théorie, une telle structure à haute résistance peut reposer sur une couche plus molle contenant une certaine quantité de liquide. Cela permet à la topographie de Ceres de changer au fil du temps et de lisser les caractéristiques qui se distinguaient autrefois plus fortement. Cette option répond également à la question d'un océan possible - il a gelé et il était lié par une croûte dure. Néanmoins, une partie de ses eaux doit encore être à l'état liquide sous la surface.

Cette théorie coïncide avec plusieurs modèles d'évolution thermique publiés avant l'arrivée de Dawn à Cérès. Les modèles affirment qu'il y a de l'eau liquide à l'intérieur de Cérès, ce qui est similaire aux découvertes faites sur la lune de Jupiter, en Europe, et sur la lune de Saturne, Encelade. Mais dans le cas de Cérès, ce fluide peut être les restes de l'océan ancien, et non le résultat de l'activité géologique actuelle des intérieurs du corps céleste.


Structure interne possible de Ceres

Ensemble, ces études montrent que Ceres a eu une histoire longue et mouvementée. La première étude a révélé que la croûte de Ceres est un mélange de glace, de sels et d'aquifères - représentant la majeure partie de l'océan antique. Une deuxième étude suggère que sous la croûte de surface dure de Cérès, une couche plus molle se cache, ce qui peut être un signe de fluide restant de l'océan.

Comme l'explique Julie Castillo-Rogerz, participante au projet Dawn au JPL et co-auteur des deux études: «Nous prenons de plus en plus conscience que Ceres est un monde complexe et dynamique qui a eu beaucoup d'eau en phase liquide dans le passé et une sorte de puis sa quantité dans le présent. "

Le 19 octobre 2017, la NASA a annoncé que la mission Dawn serait prolongée jusqu'à ce que le véhicule soit à court de carburant - cela se produirait au cours du deuxième semestre de 2018. Le renouvellement signifie que Dawn sera en orbite autour de Cérès lors de son passage dans le périhélie en avril 2018. À ce moment, la glace de surface commencera à s'évaporer et à former une atmosphère temporaire.

Pendant cette période et au-delà, l'appareil restera sur une orbite stable autour de Ceres et continuera à envoyer des informations sur cette protoplanète. Les données obtenues nous aideront à mieux comprendre les premières étapes du développement du système solaire et le processus de son évolution au cours de milliards d'années.

À l'avenir, nous enverrons peut-être à Ceres un appareil qui pourra descendre à sa surface et examiner directement sa topographie. Si tout fonctionne, à l'avenir, les missions pourront explorer l'intérieur de Cérès, ainsi que d'autres mondes «océaniques» comme l'Europe et Encelade, et découvrir ce qui est caché sous leur surface glacée!