Le James-Webb observe des détails de la surface de Titan, la plus grande lune de Saturne

Tous les astronomesastronomes savent que l'atmosphèreatmosphère est non seulement un filtre qui ne laisse passer que certaines longueurs d'onde (l'astronomie X ne peut se faire que dans l'espace par exemple), mais qu'elle est aussi délétère à la qualité des images du fait de sa turbulence. On peut pallier ce dernier défaut en utilisant la technologie de l'optique adaptative qui corrige jusqu'à un certain point la dégradation des images, en déformant avec des vérins un miroir d'un télescope en réponse à un sondage de l'état de l'atmosphère au-dessus de l'instrument au moyen d'un rayon laser.

Ainsi, au sol à Hawaï, des astronomes comme Franck Marchis du Seti Institute, membre d'Unistellar, et surtout la planétologue Imke de Pater (célèbre pour son traité de sciences planétaires), de l'université de Californie à Berkeley, ont pu observer depuis de nombreuses années l’activité volcanique de Io, une des lunes de Jupiter, en utilisant les instruments de l'observatoire Keckobservatoire Keck équipés pour l'optique adaptative. Aujourd'hui, Imke de Pater et sa collègue Katherine de Kleer, professeur adjoint de sciences planétaires et d'astronomie au California Institute of Technology, étudient également avec le Keck la surface de TitanTitan.

Avec leurs équipes, elles viennent de se joindre à d'autres astronomes planétaires qui eux utilisent le James-Webb (JWSTJWST) pour observer également Titan dans le domaine infrarougeinfrarouge, mais depuis l'espace. Le JWST fait presque jeu égal avec le Keck et il peut même aller un peu plus loin dans l'étude de Titan en raison des instruments dont il dispose.

C'est donc un ensemble d'équipes internationales de scientifiques planétaires, dont celle qui se consacre à Titan avec le JWST et qui est menée par Conor Nixon du Goddard Space Flight CenterGoddard Space Flight Center de la NasaNasa, qui viennent de mettre en ligne les photos obtenues le 4 novembre 2022 avec le JWST, tout en expliquant dans plusieurs communiqués ce qu'elles leur apprenaient déjà, en les comparant notamment à des images prises avec le Keck environ deux jours plus tard.

Images de Titan, la lune de Saturne, capturées par l'instrument NIRCam du télescope spatial James-Webb le 4 novembre 2022. Sur la gauche : image utilisant un filtre pour les longueurs d'onde autour de 2,12 microns sensible à la basse atmosphère de Titan. Les points lumineux sont des nuages (Cloud en anglais ) ​​proéminents dans l'hémisphère nord. Sur la droite : image composite en couleur utilisant une combinaison de filtres NIRCam : bleu (1,40 micron), vert (1,50 micron), rouge (1,99 micron). Plusieurs caractéristiques de surface importantes sont indiquées : Kraken Mare est considérée comme une mer de méthane ; Belet est composée de dunes de sable de couleur foncée ; Adiri, du nom paradis de la mythologie mélanésienne, est une formation d'albédo claire. La sonde Huygens a atterri sur une plaine située légèrement au nord-ouest d'Adiri, en 2005. © Nasa, ESA, CSA, A. Pagan (STScI). Science: Webb Titan GTO Team

Titan, une Terre primitive au congélateur

Rappelons que Titan est la seule lunelune du Système solaireSystème solaire avec une atmosphère dense, composée essentiellement d'azoteazote moléculaire à 98,4 % avec un peu méthane. C'est aussi le seul corps planétaire autre que la Terre qui a actuellement des rivières, des lacs et des mers mais composés d'hydrocarbures, notamment de méthane et d'éthane, et non d'eau. On considère que Titan est une sorte de Terre primitive au congélateur où certaines des réactions prébiotiquesprébiotiques ayant mené à la vie sur Terre peuvent peut-être s'observer, voire être des formes de vie exotiquesexotiques elles-mêmes.

Après la fin de la mission Cassini de la Nasa et de son module Huygens de l’ESA qui s’était posé sur la surface de Titan, les planétologues attendaient impatiemment depuis des années de pouvoir utiliser la vision infrarouge de Webb pour étudier l'atmosphère de Titan, y tester des modèles météorologiquesmodèles météorologiques, et sur l'évolution de sa composition gazeuse, et enfin pour voir à travers sa brumebrume épaisse et étudier les caractéristiques de son albédoalbédo (taches lumineuses et sombres) à la surface de Titan.

Comme l'explique un des communiqués, c'est le Français Sebastien Rodriguez, de l'Institut de PhysiquePhysique du Globe de Paris, qui a donné l'alerte le matin du 5 novembre 2022 lorsqu'il a été le premier à voir les images de Titan prises avec la caméra proche infrarougecaméra proche infrarouge du JWST (NIRCam), images montrant déjà ce qui semblait être un gros nuagenuage lumineux visible dans l'hémisphère nordhémisphère nord de Titan.

Les planétologues s'attendaient à cette observation car les modèles climatiquesmodèles climatiques de Titan inspirés de ceux que l'on sait construire sur Terre prédisent que des nuages ​​se forment facilement dans l'hémisphère nord moyen à la fin de l'été sur Titan, lorsque sa surface est réchauffée par le SoleilSoleil.

Mais ces nuages allaient-ils aussi évoluer selon les prédictions de ces modèles ?

Évolution des nuages ​​sur Titan sur 30 heures entre le 4 et le 6 novembre 2022, vus par le Webb avec NIRCam (à gauche) et le  Keck avec NIRC-2 (à droite). L'hémisphère arrière de Titan vu ici tourne de gauche (aube) à droite (soir), vu de la Terre et du Soleil. © Nasa, ESA, CSA, A. Pagan (STScI). Science: Webb Titan GTO Team.

Le regard perçant de Webb et la météorologie de Titan

C'est pour le savoir que Conor Nixon a contacté Imke de Pater et Katherine de Kleer en leur envoyant le mail suivant : « Nous venons de recevoir nos premières images de Titan de Webb prises hier soir. C'est très excitant ! Il semble y avoir un gros nuage au-dessus de la région polaire nord près de Kraken Mare. Nous nous demandons s'il ne serait pas rapidement possible de commencer des observations avec le Keck pour suivre son évolution ? »

Imke de Pater se souvient de sa réaction à ce moment-là : « Nous craignions que les nuages ​​ne disparaissent lorsque nous avons regardé Titan deux jours plus tard avec Keck, mais à notre plus grand plaisir, il y avait des nuages ​​aux mêmes positions, semblant avoir changé de forme. »

Les astronomes se sont alors tournés vers leurs collègues spécialisés dans la modélisationmodélisation de l'atmosphère de Titan, dont Juan Lora de l'université de Yale, qui a déclaré dans le communiqué de la Nasa : « Je suis content que nous voyions cela, car nous prévoyons une bonne activité avec les nuages ​​pour cette saisonsaison ! Nous ne pouvons pas être sûrs que les nuages ​​des 4 et 6 novembre sont les mêmes, mais ils confirment les conditions météorologiques saisonnières. »

Avec un autre instrument du JWST, un spectrographespectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpecNIRSpec), les planétologues ont aussi accès à des spectresspectres qui sont bloqués par l'atmosphère terrestre, ce qui permet de sonder la composition de la basse atmosphère et de la surface de Titan d'une manière que même Cassini ne pouvait pas.

« Ce sont quelques-unes des données les plus passionnantes que nous ayons vues sur Titan depuis la fin de la mission Cassini-Huygens en 2017, et certaines des meilleures que nous obtiendrons avant l'arrivée de DragonflyDragonfly de la Nasa en 2032, commente Elizabeth Turtle de l'université Johns-Hopkins, qui est la chercheuse principale de la mission Dragonfly. L'analyse devrait vraiment nous aider à en apprendre beaucoup sur l'atmosphère et la météorologiemétéorologie de Titan. »