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La modélisation des atmosphères des satellites galiléens montre que Galileo a détecté un panache d’eau sur Europe

En modélisant les interactions entre le flux de plasma de Jupiter et l’atmosphère de ses lunes Io et Europe, AuroraMHD a fait progresser l’interprétation des données antérieures, révélant notamment que Galileo avait enregistré un panache d’eau sur Europe.

Espace

Les deux lunes galiléennes Io et Europe, orbitent toutes les deux à l’intérieur de la vaste magnétosphère de Jupiter. Il s’agit d’un plasma magnétisé tourbillonnant de gaz ionisé électriquement conducteur. Ce gaz interagit avec l’atmosphère des lunes et génère des aurores, comme l’a observé le télescope spatial Hubble. Les variations de la luminosité et de la morphologie de ces aurores sont en corrélation avec l’environnement changeant du plasma des lunes. Par exemple, les points brillants observés à proximité de l’équateur d’Io oscillent en fonction du champ magnétosphérique variable de Jupiter. L’aurore d’Europe est faible dans la région équatoriale, avec des taches brillantes dans les régions polaires nord et sud. Les interactions d’Io avec le plasma de Jupiter couplent électromagnétiquement ces deux astres par le biais d’un courant électrique invisible de particules chargées créant des «empreintes» aurorales dans les hémisphères sud et nord de Jupiter. La luminosité de ces empreintes varie en fonction des interactions locales d’Io avec le plasma magnétosphérique. Le projet AuroraMHD, soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, a développé un modèle informatique destiné à étudier les interactions entre les lunes et le plasma magnétosphérique en mouvement. «La comparaison de nos résultats avec les mesures réelles du plasma a permis d’accroître nos connaissances sur les environnements intérieurs et les atmosphères de ces lunes. Nous avons probablement également identifié un panache d’eau sur Europe, détecté par Galileo», explique Aljona Blöcker, chercheuse à l’Institut royal de technologie KTH de Stockholm.

Modélisation des interactions du plasma

AuroraMHD a modélisé différents phénomènes physiques à partir des interactions entre la lune et le plasma, comme les collisions entre les particules de l’atmosphère des lunes et les particules de plasma de la magnétosphère de Jupiter. Étant donné que ces phénomènes fluctuent dans le temps, les simulations ont été générées dans diverses configurations. Les résultats ont été comparés aux mesures prises par la sonde spatiale Galileo de la NASA, dans le cadre d’une collaboration avec l’ESTEC-ESA. Les données sur les champs électromagnétiques dans l’environnement plasmique d’Europe, provenant de chaque simulation, ont été intégrées à d’autres simulations du flux de protons énergétiques. Les molécules d’eau peuvent modifier l’environnement électromagnétique de l’atmosphère et ainsi affecter les trajectoires des particules énergétiques. Puisque l’on suppose qu’Europe abrite un océan d’eau sous sa croûte, les mouvements des protons ont été simulés dans différentes configurations de l’atmosphère d’Europe, en présence d’un panache de vapeur d’eau. Les résultats ont ensuite été comparés aux mesures de particules énergétiques effectuées par la sonde spatiale Galileo de la NASA. «Nous avons été emballés de constater que l’inclusion d’un panache dans notre simulation conduit à un appauvrissement en protons similaire à celui mesuré lors d’un survol de Galileo», ajoute Aljona Blöcker. «En l’absence d’observations directes des panaches d’eau, des indices comme celui-ci sont extrêmement importants. Les déperditions énergétiques des protons n’avaient pas été analysées auparavant en relation avec les différentes caractéristiques atmosphériques d’Europe.» L’équipe a également modélisé l’interaction du plasma avec Io afin d’étudier la façon dont les variations de l’environnement et de l’atmosphère du plasma d’Io pourraient affecter le flux d’énergie rayonnant à partir d’Io, qui influence l’empreinte de ses aurores. «Nous avons établi un lien entre les changements de densité de l’atmosphère et du plasma, ainsi que les altérations du champ magnétique, et les variations de la luminosité de l’empreinte d’Io observées par la sonde spatiale Juno de la NASA», explique Aljona Blöcker.

Aider les missions de demain

En termes de volcanisme, Io est le corps le plus actif de notre système solaire, avec des coulées et des éruptions de lave sur l’ensemble de sa surface. La lune possède une fine atmosphère de dioxyde de soufre et pourrait abriter un océan de magma. Europe possède une faible atmosphère d’oxygène et, recouverte de glace, présente la surface la plus lisse de notre système solaire. Comme elle abrite un océan d’eau salée sous sa croûte glacée, on pense qu’elle possède les ingrédients essentiels à l’émergence de la vie. Les résultats d’AuroraMHD contribuent à la planification des observations futures des engins spatiaux, comme la mission JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) de l’ESA et la mission Europa Clipper de la NASA.

Mots‑clés

AuroraMHD, plasma, Europe, Jupiter, Io, panache, eau, Galileo, aurore, atmosphère, lune, proton

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