Titan

Sixième satellite de Saturne, le plus gros des satellites de Saturne et le premier qui ait été découvert (par Huygens en 1655).

Principales caractéristiques

C'est le seul satellite du Système solaire entouré d'une atmosphère dense (pression au sol : 1,5 bar). Depuis son survol par la sonde américaine Voyager 1, qui, le 12 novembre 1980, est passée à moins de 5 000 km de sa surface, on sait que son atmosphère est constituée principalement d'azote et de méthane, dont la dissociation par le rayonnement solaire provoque la formation de composés à base d'azote, de carbone et d'hydrogène, appelés nitriles. Ces composants étant ceux-là mêmes qui, sur la Terre, ont abouti à la formation des acides aminés, « briques » fondamentales de la matière vivante, Titan offre un intérêt particulier du point de vue de l'exobiologie. La photodissociation du méthane par le rayonnement ultraviolet solaire engendre divers hydrocarbures (éthane, éthylène, acétylène…). Les molécules ainsi produites forment une couche de brume qui voile entièrement la surface.

Une nouvelle étape dans la connaissance Titan a été franchie avec la mission américano-européenne Cassini-Huygens, lancée en 1997. Depuis 2004, Titan a été à plusieurs reprises survolé et étudié par le vaisseau américain Cassini. Ce dernier était porteur de la sonde européenne Huygens qui s'en est détachée le 25 décembre 2004 et est descendue dans l'atmosphère de Titan, le 14 janvier 2005, en fournissant une moisson d'informations et d'images grâce aux six instruments multifonctions placés à son bord, avant de se poser à la surface, où ses émissions se sont poursuivies encore pendant plus de deux heures.

Atmosphère

La caractéristique la plus étonnante de Titan est son atmosphère. Son existence même reste une énigme puisque d'autres satellites aussi gros, tels Ganymède et Europe autour de Jupiter, en sont dépourvus. Le scénario le plus vraisemblable de la formation de cette atmosphère suggère qu'elle provient des gaz volatils piégés dans les grains qui constituèrent les « planétésimaux », corps de quelques kilomètres de diamètre dont l'agglomération a abouti à la formation du cœur de Titan. Ce processus, appelé accrétion, engendre des températures élevées qui libèrent les gaz volatils contenus dans les planétésimaux.

L'existence du méthane dans l'atmosphère de Titan est aussi une énigme, puisque ce composant aurait dû disparaître en moins d'un million d'années. On a pu supposer que des lacs de méthane devaient recouvrir une bonne partie de la surface en s'évaporant continûment . Mais les premières analyses des images et de certaines mesures obtenues par la mission Cassini-Huygens indiquent qu'il y a peu d'hydrocarbures à l'état liquide au sol. Une autre possibilité est que du méthane liquide provenant de l'intérieur de l'astre s'en échappe et arrive à la surface par des fissures dans la croûte.

La température dans l'atmosphère de Titan est très basse par rapport à celle observée autour de la Terre. Au maximum, dans la haute atmosphère, elle atteint à peine 170 K (~ −100 °C), alors qu'à la tropopause, vers 40 km d'altitude, elle passe par un minimum de 70 K (~ −200 °C). À la surface, grâce à un effet de serre, comme sur la Terre, la température s'élève pour atteindre 94 K (−179 °C), ce qui reste très insuffisant pour espérer voir évoluer les réactions chimiques vers la vie.

Structure interne et surface

La densité de Titan suggère que son intérieur est constitué pour moitié de silicates et pour moitié de glaces. Ces dernières sont probablement fondues près de la surface, formant un océan intérieur de plusieurs centaines de kilomètres d'épaisseur et constitué d'eau, d'ammoniaque et de méthane.

La nature de la surface est inconnue, car masquée par la brume qui entoure Titan jusqu'à 500 km d'altitude. Cependant, après diverses observations (infrarouge, radar…) à partir d'observatoires terrestres ou spatiaux, suggérant que cette surface est recouverte de régions sombres et claires qui témoignent de la présence de différents composants, des informations plus précises ont été fournies par Huygens.

À en juger par les images spectaculaires prises par le radiomètre spectral imageur de la sonde, Titan présente de remarquables analogies avec la Terre du point de vue météorologique et géologique. Certaines images montrent un réseau complexe de chenaux de drainage étroits allant d'une zone claire de plateaux vers des zones de plus basse altitude, plus lisses et plus sombres. Ces chenaux se rejoignent pour former des systèmes fluviaux qui se dirigent vers ce qui semble être des lacs asséchés, dans lesquels on décèle des structures rappelant les îles et les hauts-fonds terrestres.

Diverses autres mesures confortent l'idée que, à l'instar de l'eau sur la Terre, le méthane (qui peut exister sous forme liquide ou gazeuse, compte tenu des températures très basses) joue un rôle fondamental dans la géologie et la météorologie de Titan, avec la formation de nuages et de précipitations exerçant à la surface un effet d'érosion et d'abrasion. Le sol semble constitué – au moins pour partie – de dépôts sombres de composés organiques issus de la brume atmosphérique. Par un effet de lessivage, les précipitations de méthane doivent entraîner cette substance des hautes altitudes vers le sol, où elle se concentre au fond des chenaux de drainage et dans les lits des rivières.

Quant aux grandes traînées blanches également détectées sur le sol, elles pourraient être formées de glace d'eau, apparente soit par remontée du sous-sol, soit par lessivage de la surface par les pluies de méthane.

Par ailleurs, les images du site d'atterrissage de Huygens montrent qu'il est parsemé de petits « galets », de quelques centimètres. Les mesures spectrales donnent à penser que ces « galets » sont majoritairement composés de glace d'eau mélangée à des glaces d'hydrocarbures. Leur forme arrondie est l'indice d'une possible érosion. Il pourrait s'agir d'une zone où du méthane s'est écoulé récemment. D'après certaines mesures de Huygens, la surface comporte une croûte dure de 15 cm environ d'épaisseur, recouvrant un matériau spongieux qui a la consistance du sable mouillé. On peut donc supposer la présence de méthane liquide sous la surface ; elle expliquerait pourquoi, lorsque la sonde s'est posée, l'un de ses instruments a noté une brusque élévation de la teneur en méthane : celle-ci serait due à la vaporisation du méthane consécutive à l'impact de l'atterrissage.