Le volcanisme de Io, l'une des lunes de Jupiter, est sans commune mesure avec celui qui a lieu sur Terre actuellement. On a de bonnes raisons de penser qu'il existe des périodicités dans les éruptions du volcan Loki Patera associé à un lac de lave d'environ 200 kilomètres de diamètre. On prévoyait son éruption pour 2019 mais Loki nous a joué un tour.
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En septembre 2019, l'astrophysicienastrophysicien Franck Marchis, membre de l'Institut SetiSeti et associé au développement de l'eVscope d'Unistellar, avait fait savoir via son compte TwitterTwitter que sa collègue, Julie Rathbun, du Planetary Science Institute avait fait une très intéressante prédiction pour les passionnés de volcansvolcans dans le Système solaire. Comme Futura l'expliquait dans le précédent article ci-dessous, la planétologue, en compagnie d'autres chercheurs, avait annoncé à l'occasion de l'European Planetary Science Congress (EPSC), qu'elle avait de bonnes raisons de penser qu'une éruption importante allait se produire au niveau de Loki Patera ce mois de septembre 2019.
L'heure de Loki est venue. Découvrez la nouvelle bande-annonce de Loki en VOST, une série Disney+ Original par Marvel Studios, en streaming dès le 11 juin sur Disney+. © Marvel FR
Parmi les plus de 150 volcans actifs connus pour le moment de la noosphère sur IoIo, Loki Patera est le plus impressionnant. De facto, à moins que VénusVénus ne nous réserve des surprises dans une décennie avec les missions Veritas et Davinci+ de la Nasa et EnVision de l'Esa, le volcan Loki, bien sûr nommé en référence au dieu de la malice, de la discorde et des illusions dans la mythologie nordique, est le plus grand en activité dans le Système solaire.
Loki fait son show sur Io depuis avril 2021
À l'occasion de la sortie de la série associée au héros éponyme de Marvel, Julie Rathbun s'est fendue de commentaires sur Twitter sur ce qui était finalement advenu de sa prédiction en 2019. La chercheuse à l'époque avait bien précisé que « Loki a été nommé d'après un dieu tricheur... Au début des années 2000, une fois que le cycle de 540 jours avait été mis en évidence, le comportement de Loki avait changé et il n'a plus manifesté de comportement périodique jusqu'en 2013 ».
De fait, il n'est finalement pas entré en éruption mais, depuis avril 2021, c'est bien le cas comme l'explique la planétologue dans ses posts sur Twitter dont voici la traduction :
« Loki est le volcan le plus grand et le plus puissant du Système solaire. Il est assez grand pour que si on le mettait sur Terre, il occuperait la majeure partie de la Californie du Sud. Loki est si brillant dans l'infrarouge que même si Io est loin (~ 5 fois plus que le Soleil, en orbite autour de JupiterJupiter), nous pouvons voir Loki depuis la Terre si nous utilisons le bon télescopetélescope ».
« Nous utilisons l'Infrared Telescope Facility (IRTF) à Hawaï pour regarder Io dans l'infrarouge, une longueur d'ondelongueur d'onde où les volcans chauds brillent. Nous laissons également Io entrer dans l'ombre de Jupiter pour qu'il n'y ait pas de lumièrelumière solaire réfléchie. Voici Io et Jupiter sur la photo, avec presque toute la lueur d'Io provenant de Loki. Nous observons Io et Loki comme ça depuis plus de 20 ans. Et Loki est toujours au moins un peu actif. Mais, Loki subit des "pics de brillance", où il est environ 10 fois plus lumineux que lorsqu'il n'est pas dans un tel pic. Je dis essentiellement que Loki est "On" ou "Off" même dans ce dernier cas, il n'est pas complètement sans activé. Et il entre en éruption périodiquement, avec une périodicité réelle et prévisible. Actuellement, Loki est "On" et ce, depuis au moins avril. Nous l'avons examiné environ une fois par semaine depuis lors ».
Loki, le plus puissant volcan de la lune Io, devrait entrer en éruption
Article de Laurent SaccoLaurent Sacco, publié en septembre 2019
Le volcanismevolcanisme de Io, l'une des luneslunes de Jupiter, est sans commune mesure avec celui qui a lieu sur Terre actuellement. On a de bonnes raisons de penser qu'il existe des périodicités dans les éruptions du volcan sur Io associé à un lac de lavelave d'environ 200 kilomètres de diamètre : Loki Patera.
La naissance du Web il y a 30 ans au Cern a conduit à une accélération de plus en plus vertigineuse de la mise en place de ce que le philosophe et sociologue des médias canadien Marshall McLuhan avait appelé le « village global », au grand bonheur des passionnés d'éruptions volcaniqueséruptions volcaniques. Les vidéos montrant celles de l'EtnaEtna, du Piton de la FournaisePiton de la Fournaise ou de l'Anak Krakatau se sont multipliées. On se prend à rêver de ce qu'il adviendra peut-être au cours de la seconde moitié du XXIe siècle, si l'Humanité échappe aux conséquences catastrophiques du réchauffement climatique et de la surpopulation, et colonise finalement le Système solaire. On pourrait imaginer des WebcamsWebcams particulièrement résistantes aux radiations et capables de retransmettre, bien sûr pas en direct, les preuves de la formidable activité volcanique de Io, la lune dantesque de Jupiter.
Des images des éruptions de l'Etna, le 30 mai 2019. © Marco Restivo/Giuseppe Distefano
On a déjà repéré plus de 150 volcans actifs sur Io et, selon ce décompte, on peut estimer qu'il en existe au moins 400. L'une des manifestations les plus impressionnantes de ce volcanisme est la présence sur Io d'un lac de lave d'environ 200 kilomètres de diamètre associé au volcan appelé Loki Patera. Lors d'une des interviews accordées à Futura par l'un des spécialistes de Io, l'astrophysicien Franck Marchis, membre de l'Institut Seti et associé au développement de l'eVscope d'Unistellar, nous avait parlé de ce lac de lave (voir l'article précédent ci-dessous).
Franck Marchis vient de faire savoir via son compte Twitter, qu'il y avait une très intéressante prédiction venant en particulier de sa collègue Julie Rathbun du Planetary Science Institute. La planétologue, en compagnie d'autres chercheurs, vient en effet de faire savoir tout récemment, à l'occasion de l'European Planetary Science Congress (EPSC), qu'elle avait de bonnes raisons de penser qu'une éruption importante allait se produire au niveau de Loki Patera ce mois de septembre 2019.
Dans un communiqué sur le site de l'Europlanet Society, Julie Rathbun rappelle que : « Loki est le volcan le plus grand et le plus puissant sur Io, il est si brillant dans l'infrarouge que nous pouvons le détecter à l'aide de télescopes sur la Terre. » Il a donc fait l'objet de centaines de campagnes d'observations pendant une trentaine d'années, ce qui a permis de mettre en évidence des périodicités dans ses pics d'activité.
Déjà en 2002, dans un article publié dans Geophysical Research Letters, Julie Rathbun et ses collègues s'étaient basés sur les observations disponibles pour établir une périodicité d'environ 540 jours pour des éruptions durant environ 230 jours. La périodicité avait ensuite disparu avant qu'une nouvelle, de 475 jours environ, s'établisse à partir de 2013. Les pics dans le rayonnement infrarouge trahissant les éruptions de Loki durant, cette fois-ci, environ 160 jours.
« Si ce comportement reste le même, Loki devrait entrer en éruption en septembre 2019, a peu près pendant le colloque EPSC-DPS 2019. Nous avions prédit à juste titre que la dernière éruption aurait lieu en mai 2018 », explique la planétologue.
Toujours sur le site de l'Europlanet Society, Julie Rathbun poursuit en précisant que « Les volcans sont très difficiles à prévoir parce qu'ils sont très compliqués. De nombreux facteurs influencent les éruptions volcaniques, notamment le taux d'approvisionnement en magmamagma, sa composition - en particulier la présence de bulles dans le magma, le type de roche encaissant du volcan, son état de fracture et de nombreux autres paramètres. Nous pensons que Loki pourrait être prévisible car il est tellement grand. En raison de sa taille, les éruptions devraient donc être contrôlées par de la physiquephysique de base, de sorte que l'on ne devrait pas avoir à tenir compte des effets complexes que l'on doit aussi prendre en compte avec des volcans plus petits lorsque l'on veut comprendre Loki. »
La « volcanologuevolcanologue planétaire » incite cependant à la prudence car comme elle le rappelle, sans doute un peu malicieusement, « Loki a été nommé d'après un dieu tricheur... Au début des années 2000, une fois que le cycle de 540 jours avait été mis en évidence, le comportement de Loki avait changé et il n'a plus manifesté de comportement périodique jusqu'en 2013 ».
Des vagues de lave géantes sur Io, une lune de Jupiter
Article de Laurent Sacco publié le 31/07/2017
Le volcanisme de Io, l'une des lunes de Jupiter, est sans commune mesure avec celui qui a lieu sur Terre actuellement. Comme nous l'explique l'astrophysicien Franck Marchis, membre de l'institut Seti, on a de bonnes raisons de penser qu'il existe sur Io un lac de lave d'environ 200 km de diamètre. Des vaguesvagues de lave géantes agiteraient périodiquement sa surface.
Les lacs de lave permanents sont très rares sur Terre. Ils se comptent sur les doigts de la main. Les plus célèbres se trouvent :
- dans le cratère du Nyiragongo, un stratovolcanstratovolcan des montagnes des Virunga situé en République démocratique du Congo ;
- dans le cratère du volcan KilaueaKilauea, à Hawaï (c'est le lac de lave de l'Halema'uma'u) ;
- dans la fameuse dépression de l'Afar, où les expéditions menées par Haroun Tazieff ont permis la découverte du lac de lave de l'Erta Ale.
Remarquablement, ces lacs sont des représentations taille réduite de la théorie de la tectonique des plaquestectonique des plaques et de la dérive des continents. En effet, la lave en surface s'y solidifie, formant l'équivalent des plaques tectoniquesplaques tectoniques qui flottent sur le manteaumanteau de la Terre. Dans les deux cas, des mouvementsmouvements de convectionconvection entraînent alors ces plaques qui se déchirent (comme au niveau des dorsales océaniquesdorsales océaniques) ou qui entrent en collision, reproduisant des mouvements de subductionsubduction ou d'obduction.
Une présentation de l'Erta Ale. © Chasseur de lave
Loki Patera, le plus grand cratère visible sur Io
Le spectacle d'un lac de lave (ou celui d'une éruption fissurale avec des fontaines de lave comme celles observables en Islande) est parmi les plus impressionnants de l'activité volcanique. Mais, depuis les missions Voyager, nous savons que les phénomènes volcaniques ayant actuellement lieu sur Terre ne sont rien quand on les compare à ceux qui se produisent sur Io, la célèbre lune de Jupiter.
Prenons le cas de Loki Patera par exemple. C'est le plus grand cratère visible sur Io et tout semble indiquer qu'il s'agit d'une caldeiracaldeira remplie par un lac de lave. Celui-ci est monstrueux si on le compare, par exemple, à celui de l'Erta AleErta Ale, sur Terre. Son diamètre est d'environ 200 kilomètres, ce qui veut dire que sa superficie est supérieure à celle du lac Ontario, que se partagent les États-Unis et le Canada. Son centre est occupé par une sorte d'île qui rend les planétologues perplexes car sa structure ne semble pas du tout affectée par le lac de lave. Cela est difficilement compréhensible, au point que, par plaisanterie (et pour honorer la mémoire d'Arthur Clarke avec son roman 2010 : Odyssée deux), on pourrait postuler qu'elle trahit tout simplement la présence d'un monolithemonolithe noir qui aurait été laissé par une super IA extraterrestre il y a des millions d'années.
Or, voilà qu'une équipe de chercheurs états-uniens, dont Katherine de Kleer et Imke de Pater, de l'université de Berkeley, vient de publier dans Nature un article dans lequel il est annoncé que des sortes de gigantesques vagues de lave ont agité la totalité de la surface du lac de Loki Patera en 2015. Pour comprendre de quoi il retourne, Futura s'est tourné vers Franck Marchis, l'un des spécialistes les plus réputés de l'activité volcanique de Io. Voici ses réponses.
L'activité volcanique de Io a été observée par les missions Voyager, GalileoGalileo, New HorizonsNew Horizons et aussi depuis le sol, comment a-tt-on procédé pour Loki Patera en 2015 ?
Franck Marchis : L'équipe de UC Berkeley s'est servie du grand télescope binoculaire (en anglais Large Binocular Telescope, LBT) situé sur le mont Graham, en Arizona, aux États-Unis. Ses deux miroirsmiroirs de 8,4 m permettent de faire de la synthèse d'ouverturesynthèse d'ouverture par interférométrieinterférométrie dans le domaine visible et dans l'infrarouge comme si on avait un seul télescope doté d'un miroir de 23 m. Il est aussi équipé pour faire de l'optique adaptative. Cela permet de se rapprocher du pouvoir de résolutionrésolution théorique de ce télescope en corrigeant l'effet de la turbulenceturbulence atmosphérique.
Pour faire encore grimper la résolution des images de Io, il a été décidé de profiter d'un évènement astronomique qui se produit tous les 6 à 7 ans environ, à savoir l'occultationoccultation de cette lune de Jupiter par une autre, en l'occurrence Europe. En théorie, on peut alors obtenir une résolution 10 fois supérieure à ce qu'il est possible d'obtenir ordinairement avec le LBT quand on veut dresser une carte des températures de la caldeira de Loki Patera, et c'est pourquoi une résolution de 10 km a été obtenue.
Ce qui a rendu cette observation exceptionnelle, c'est que tout a concouru (et tout était nécessaire) à la rendre possible. Il fallait en effet que le temps ne soit pas couvert au moment de l'occultation et que les deux systèmes d'optique adaptative soient en mesure de corriger correctement ce jour-là les effets de la turbulence ; il fallait surtout que la géométrie du phénomène mutuel permette la détection du flux de Loki.
Quel est l'intérêt d'attendre une telle occultation ?
Franck Marchis : La température moyenne de la surface d'Europe est d'environ 120 kelvinskelvins, alors que celle de Io est d'environ 200 kelvins du fait des nombreux points chaudspoints chauds à sa surface. Io est donc nettement plus brillante qu'Europe, d'un facteur 2.000 environ, dans le domaine de l'infrarouge centré autour d'une longueur d'ondes de 4,8 micronsmicrons où l'on peut faire des observations avec le LBT. En occultant lentement Io, Europe fait donc fluctuer le rayonnement observé tout en le faisant baisser d'une telle manière que cela permet de reconstruire une carte des températures avec une résolution accrue.
Comment est-on passé du signal observé à l'affirmation que des ondes géantes se sont propagées à la surface du lac de lave de Loki Patera ?
Franck Marchis : Il a fallu faire l'équivalent de ce que les géophysiciens font sur Terre lorsqu'ils résolvent ce qu'ils appellent « un problème inverse », par exemple en déterminant la nature et la structure de l'intérieur de la Terre lorsque des ondes sismiquesondes sismiques s'y propagent. Cela revient à dire de quoi est fait un instrument de musique et quelle forme il a en écoutant le son qu'il produit. On a commencé pour cela par modéliser sur ordinateurordinateur la forme du lac de lave et à faire des hypothèses sur la composition de cette lave que l'on a supposée similaire à celle qui est admise pour d'autres régions de Io.
Il faut donc prendre les résultats obtenus avec précaution car ils sont basés sur des suppositions difficilement vérifiables. Il y a aussi le fait que l'on ne comprenne vraiment pas pourquoi l'île centrale sur le lac de lave est aussi stable. Bien que fracturée, elle ne semble pas affectée par les températures très élevées de la lave ni par ses mouvements de convection. Il y a là une véritable énigme. On a cependant des raisons de penser que Loki Patera est directement alimenté en magma par les régions profondes de Io.
Ces ondes géantes qui se seraient propagées à la surface du lac de lave, de quoi s'agit-il exactement ?
Franck Marchis : Tout comme dans le cas des plaques océaniques sur la Terre avec son manteau, la croûtecroûte solidifiée qui recouvre le lac de Loki Patera doit s'épaissir avec le temps en se refroidissant. Il arrive un moment où elle devient plus lourde que la lave sur laquelle elle flotte et une partie de cette croûte plonge alors en entraînant le reste, qui se retrouve, par effet domino, recouvert d'une couche de lave récente et plus chaude, à la façon dont se propagerait une vague à la surface de l'eau.
La carte des températures déduite des observations de 2015 s'interprète bien en supposant que deux ondes, mais qui n'ont pas débuté au même moment, étaient en train de se propager, l'une depuis 180 à 230 jours et l'autre depuis 75 jours. Une vidéo avec une animation a d'ailleurs été réalisée pour illustrer ce phénomène.
On pense que la composition de lave dans le lac n'est pas partout la même, que le contenu en gazgaz varie par exemple, c'est ce qui expliquerait pourquoi les ondes n'ont pas débuté au même moment. Il reste encore du travail à faire pour consolider ce modèle et de nouvelles informations sont nécessaires.
En modélisant sur ordinateur Loki Patera, on peut interpréter les données obtenues avec le LBT de la façon montrée sur cette vidéo. C'est une simulation des deux vagues de lave à la surface du lac qui auraient été observées il y a quelques années. © UC Berkeley
Quand aura-t-on ces nouvelles informations ?
Franck Marchis : Difficile à dire. La prochaine occultation est prévue pour 2021 et il n'est pas du tout évident que toutes les conditions seront à nouveau réunies à ce moment-là pour faire de bonnes observations. Or, seul le LBT est pour le moment en mesure de les faire. Dans l'espace, la sonde Junosonde Juno n'a effectué aucune observation de Io et il n'est pas sûr qu'elle en fasse à l'avenir.
La mission Io Volcano Observer (IVO) n'a finalement pas été retenue et il n'y a donc pas de sonde qui aurait un programme d'observation bien spécifique de Io. C'est surtout Europe et son potentiel pour l'exobiologieexobiologie qui retient l'attention de la Nasa, en particulier avec le projet Europa Clipper.
Continue-t-on à observer Io au sol ?
Franck Marchis : La communauté des astronomesastronomes qui sont engagés dans ces recherches est vraiment petite. Mais l'équipe de l'université de Berkeley, regroupée autour de Imke de Pater, fait des observations concernant Io presque tous les jours avec le télescope du KeckKeck.
Il y a également, mais ce sont des observations indirectes, le satellite japonais Hisaki. Celui-ci étudie dans l'ultravioletultraviolet le tore de plasma généré par Io autour de Jupiter et qui est alimenté en ionsions de soufresoufre et de sodiumsodium par les panaches volcaniques (comme ceux crachés par le volcan Pelé), qui montent à des centaines de kilomètres d'altitude.
Io et ses volcans : les explications de Franck Marchis
Article de Laurent Sacco publié le 27 août 2014
Parallèlement à ses travaux sur les astéroïdesastéroïdes (il a participé à la découverte en 2005 du premier système triple) et sur l'imagerie directe des exoplanètesexoplanètes, l'astronome français Franck Marchis étudie le volcanisme de Io en utilisant l'optique adaptative depuis 1996. Il a ainsi observé la plus puissante éruption volcanique du Système solaire en 2001. Pour en savoir plus sur ce satellite galiléen, qui a connu une recrudescence d'activité importante et inattendue en 2013, Futura s'était tourné vers le chercheur.
On fête cette année (2014) le centenaire de la naissance du volcanologue Haroun Tazieff. Comme en prélude à cet anniversaire, Io, la lune volcanique de Jupiter, a été le lieu de trois éruptions importantes en seulement deux semaines au cours du mois d'août 2013. L'évènement est assez inhabituel à tel point que deux articles dans le célèbre journal Icarus lui ont été consacrés en août 2014. Il laisse penser que Io pourrait bien être plus active qu'on ne le croit.
Selon les chercheurs, ces « outbursts » ont probablement pris la forme de fontaines de laves jaillissant de crevasses et formant des rideaux de feufeu longs de plusieurs kilomètres. Sur Terre, on a déjà vu des éruptions fissurales similaires en Islande (Krafla) et à Hawaï (Pu'u 'O'o).
Les éruptions du Piton de la Fournaise correspondent à un volcanisme de point chaud sur Terre avec des laves particulièrement chaudes et fluides. Il s’y produit parfois des éruptions fissurales. Elles donnent un faible aperçu de l’activité volcanique sur Io. © Iktarov, YouTube
Io semble être est le seul autre astreastre du Système solaire où l'on trouve un volcanisme actif ressemblant à celui de la Terre. Quelques indices laissent penser qu'il en est de même sur Vénus, mais les preuves manquent encore.
Même si Io semblait le siège de phénomènes intrigants depuis le début des années 1970, la découverte de son volcanisme remonte à mars 1979 grâce à l'obstination de Linda Morabito, alors ingénieur de navigation dans l'équipe de la mission Voyager 1. Elle était occupée à traiter les images obtenues par la sonde lorsqu'elle a remarqué ce qui s'est plus tard révélé être un panache volcanique de 300 km de hauteur.
Tout le monde n'a pas été surpris par la découverte de volcans sur Io. Quelques jours avant, Stan Peale, Patrick Cassen et R. T. Reynolds avaient publié dans Science un article où ils affirmaient qu'en raison des forces de maréeforces de marée résultant de l'influence de Jupiter, GanymèdeGanymède et Europe, beaucoup de chaleur devait être produite à l'intérieur de Io. Cette chaleur provenant de la dissipation de l'énergieénergie mise en jeu dans les déformations de la lune de Jupiter, elle devait engendrer un volcanisme important.
D'autres preuves de l'activité de Io ont ensuite été fournies par les observations de la mission Galileo entre 1995 et 2003. En 1999, il y eut notamment les images impressionnantes montrant une éruption fissurale de 25 km de long avec des fontaines de laves s'élevant à quelques kilomètres de hauteur. Cet outburst s'est produit dans la patera Tvashtar, une sorte de caldeira volcanique à laquelle on a donné le nom du dieu hindou des forgerons.
Il ne faudrait pas croire pour autant que l'étude du volcanisme de Io n'a été possible qu'avec les missions spatiales Voyager, Galileo et même New Horizons. Elle a aussi été conduite depuis le sol et cela a contribué à faire évoluer l'image que l'on s'en était faite. Parmi les astronomes que le satellite fascine, il y a le Français Franck Marchis. Il est actuellement l'un des principaux chercheurs en poste au Carl Sagan Center, l'une des divisions de recherche du mythique SETI Institute.
Bien qu'il s'occupe plus particulièrement maintenant du Gemini Planet Imager (GPI) et des possibilités d'imagerie directe des exoplanètes, il a été le premier en 1996 à observer les volcans de Io depuis le sol en utilisant l'instrument Adonis (Adaptive Optics Near Infrared System). Il s'agissait du premier système d'optique adaptative équipant le télescope de 3,6 m de l'EsoEso à La Silla au Chili.
Franck Marchis a répondu à nos questions depuis son bureau au Carl SaganCarl Sagan Center. Comme nous allons le voir, l'étude de Io n'a pas que des implications pour la planétologie, mais aussi dans le domaine de l'exobiologie, la recherche d'une vie ailleurs dans la Voie lactée.
Comment vous est venue votre passion pour l'observation des volcans de Io ?
Franck Marchis : Ma famille est originaire de l'île de la Réunion où se trouve l'un des volcans les plus actifs de la planète : le Piton de la Fournaise. J'ai pu ainsi m'y rendre plusieurs fois, de là est né mon intérêt pour le volcanisme. Il s'est conjugué avec une autre de mes passions, l'astronomie. Comme beaucoup, j'ai été marqué par la série CosmosCosmos de Carl Sagan et j'apprécie donc tout particulièrement aujourd'hui de travailler dans le cadre du Seti Institute en tant que l'un des Principal Investigator du Carl Sagan Center. J'ai ainsi le privilège d'y croiser régulièrement Jill Tarter et bien sûr Frank Drake que tout le monde connaît pour leur implication de longue date dans le programme Seti.
Votre travail de chercheur a débuté en 1996 par l'étude des volcans de Io que vous avez été le premier à observer depuis le sol en utilisant de l'optique adaptative, laquelle permet de corriger la perte en résolution des images prises depuis la Terre à cause de la turbulence de l'atmosphèreatmosphère.
Franck Marchis : Oui, j'ai très rapidement compris que l'optique adaptative allait tout changer en astronomie à partir des années 1990. J'ai donc décidé de passer ma thèse dans ce domaine et j'ai eu la très grande chance de pouvoir le faire en étudiant le volcanisme de Io avec Adonis. Il s'agissait d'un des tout premiers instruments disponibles pour une large communauté d'astronomes permettant de faire de l'optique adaptative. Il équipait le télescope de 3,6 m de l'ESO à l'observatoire de La Silla au Chili.
Après avoir décroché votre thèse en 2000 à l'université de Toulouse, vous avez continué à observer Io. Début 2001, avec des collègues, vous avez commencé à utiliser pour cela l'optique adaptative équipant le télescope de 10 m du W. M. Keck II à Hawaï.
Franck Marchis : Tout à fait. Et nous avons été témoins de la plus grande éruption volcanique jamais observée par l'homme dans le Système solaire. Le 22 février 2001, le volcan Surt, qui est situé dans l'hémisphère de Io faisant face à Jupiter (la lune est en rotation synchronesynchrone autour de la géante), nous est apparu comme extrêmement brillant dans l'infrarouge proche et nous avons pu mesurer une température de la lave émise qui devait être supérieure à 1.400 K. Il devait donc s'agir d'une éruption basaltiquebasaltique, voire ultramafique.
Pourtant, à voir les images de Io livrées par les sondes Voyager et Galileo, on a l'impression que Io crache des laves essentiellement faites de composés soufrés.
Franck Marchis : C'est ce que l'on pouvait croire, mais les mesures des températures des laves, notamment celles faites depuis le sol dans l'infrarouge, nous ont appris que ce n'était pas le cas. Certaines températures sont si hautes qu'elles permettent de penser que l'on est parfois en présence de laves qui existaient autrefois sur Terre, il y a des milliards d'années, quand elle était plus chaude. En se refroidissant, elles donnent des komatiites, des roches ultramafiques riches en ferfer et magnésiummagnésium. Si tel est bien le cas, les éruptions de Io nous donnent peut-être une idée du volcanisme sur Terre il y a plus de 2,5 milliards d'années, aux époques où les premières formes de vies sont apparues et se sont développées. Les couleurscouleurs jaunes, oranges et rouges sur Io sont simplement dues aux dépôts soufrés qui recouvrent des roches plus sombres.
Existe-t-il un programme de surveillance quotidienne de l'activité de volcans d'Io ?
Franck Marchis : Non, et il n'est pas rare que pour obtenir un créneau libre avec un télescope, il faille d'abord en passer par une proposition d'observation dédiée à une autre recherche considérée comme plus intéressante, par exemple au sujet des astéroïdes, mais qui laisse un peu de temps pour jeter un coup d'œilœil à Io. Avec mon équipe nous avons tout de même conduit entre 2003 et 2012 une quarantaine de campagnes d'observation de Io, toujours au moyen de l'optique adaptative, et en utilisant aussi d'autres télescopes que le Keck comme le VLTVLT de l'ESO et le Gemini Nord à Hawaï. D'autres équipes ont aussi réalisé des observations. Mais depuis 2010, Io semblait plutôt calme et c'est pourquoi les outbursts très rapprochés dans le temps d'août 2013 ont surpris.
Les outbursts ne sont pas les seules traces d'activité volcanique de Io. On observe des éruptions effusiveséruptions effusives moins spectaculaires et plus fréquentes. Mon intuition me souffle que les pics d'activité de Io sont périodiques. Il y a peut-être un lien avec des phénomènes de résonancesrésonances gravitationnelles avec les autres lunes de Jupiter comme celle de Laplace avec Io, Europe et Ganymède. Il est intéressant de savoir que le système des lunes galiléennes n'est pas stable. Les perturbations gravitationnelles à l'origine du volcanisme de Io évoluent dans le temps. Ce qui veut dire que dans le passé, il y a des millions d'années, son activité était peut-être différente, plus violente ou plus calme.
Pour mieux comprendre Io, il faudrait un vrai programme de surveillance. Il nous permettrait par exemple de savoir si Io libère son énergie thermiqueénergie thermique interne principalement avec des outbursts ou à l'aide des nombreux volcans effusifs ainsi que de collecter plus de données sur les températures des laves. Toutes ces informations nous aideraient à mieux trancher entre les modèles proposés pour décrire la structure interne de Io et la machinerie alimentant ses volcans.
Quel est l'avenir de l'étude de l'activité volcanique de Io ?
Franck Marchis : Les observations au sol vont se poursuivre en utilisant l'optique adaptative dont la technologie se perfectionne au cours des années. Même si j'observe encore Io quand c'est possible, je m'occupe plus particulièrement depuis quelques années de l'imagerie directe des exoplanètes avec le Gemini Planet Imager. Des observations d'Europe ont été menées avec le GPI et d'autres sont prévues avec lui pour Io. Une fois que la constructionconstruction du Télescope de Trente Mètres (en anglais Thirty Meter Telecope ou TMT) sera achevée, son système d'optique adaptative permettra des observations avec une résolution spatiale dix fois supérieure à celle du télescope spatial Hubbletélescope spatial Hubble. On devrait pouvoir obtenir des images globales avec une résolution comparable à celles livrées par Galileo lors de ses survolssurvols de Io.
Il n'y a de toute façon pas de réel programme à court terme d'observation avec des sondes spécifiquement dédiées à Io, même si le projet Io Volcano Observer (IVO), une sonde qui se mettrait en orbite autour de Jupiter, est à l'étude. Une sonde en orbite autour d'Io pour surveiller en permanence son activité poserait de nombreux défis. Les flux de particules chargées dans la magnétosphèremagnétosphère de Jupiter au voisinage de Io sont particulièrement intenses, ce qui nécessiterait un durcissement vraiment efficace de l'électronique de la sonde. Comme dans le cas de Galileo, les instruments risqueraient d'être facilement saturés par la lumière émise lors des outbursts de Io.
Dans l'idéal, pour comprendre le volcanisme sur Io, comme me l'a dit un ami géophysicien, il faudrait envoyer des volcanologues avec des équipements aux bords des volcans de Io. On ne voit pas comment cela pourrait se faire dans les prochaines décennies.
L'étude de Io a bien sûr un intérêt intrinsèque, en particulier pour un volcanologue, mais a-t-elle d'autres justifications ?
Franck Marchis : Absolument. Des exoplanètes gazeuses sont plus faciles à détecter et à imager que des superterressuperterres. C'est une hypothèse raisonnable qu'elles possèdent aussi des exolunes. Plusieurs scénarios ont été avancés pour expliquer l'origine de la vie sur Terre en faisant intervenir de façon cruciale du volcanisme, par exemple au niveau des sources hydrothermalessources hydrothermales ou pour rendre compte de la formation des océans. On peut transposer ces scénarios à des exolunes en orbite autour de géantes gazeusesgéantes gazeuses dans la zone d'habitabilitézone d'habitabilité de leur étoileétoile hôte. D'ailleurs, c'est déjà ce que nous faisons d'une certaine façon avec Europe. Détecter et comprendre du volcanisme sur des exolunes à partir des connaissances que nous aurons acquises avec l'étude de Io peut donc nous aider à chercher de la vie ailleurs et à la découvrir. Il se pourrait que la Pandora d'AvatarAvatar soit bien plus que de la science-fiction.
Ce qu’il faut
retenir
- Io est l'une des principales lunes de Jupiter par sa taille, et la plus proche de la planète géante. Soumise à des forces de marée importantes qui entretiennent sa chaleur interne, elle est le lieu d'un volcanisme copieux.
- L'une des régions les plus actives de Io s'appelle Loki Patera et, d'après les observations faites aussi bien avec les sondes Voyager et Galileo qu'à partir du sol, elle serait occupée par un lac de lave dont la taille est d'environ 200 kilomètres.
- La surface de ce lac serait périodiquement renouvelée par le basculement des parties refroidies, ce qui provoquerait des vagues de lave gigantesques.
- Il existerait également une périodicité dans l'activité éruptive de ce volcan.
