Titan, satellite de Saturne - partie 1

Titan, satellite de Saturne, figure de proue de l'exploration spatiale de ce début de siècle. Cet astre est la cible de tous les regards depuis la célèbre mission Cassini-Huygens, car il représente un vrai laboratoire de chimie organique ... Des molécules organiques très complexes ont été repérées à sa surface, en raison de la très forte présence d'hydrocarbures liquides et d'une atmosphère très dense et riche en azote, méthane et amoniac. Titan est une sorte de Terre primitive dont les astronomes, pleins d'espoirs, tentent de percer les mystères pour comprendre comment la vie est apparue sur notre planète ...

Découverte et historique de Titan

Titan est le plus gros de tous les satellites orbitant autour de Saturne. Il est également l’un des plus célèbres de tout le système solaire, et d’avantage encore depuis la mémorable mission Cassini-Huygens.
Ce satellite, visible dans des instruments d’observations rudimentaires, a été découvert le 25 Mars 1655 par l’astronome et opticien néerlandais Christiaan Huygens.
45 ans plus tôt pourtant, Galilée qui fit sa légendaire découverte des 4 satellites joviens au moyen de la lunette de son invention, ne détecta pas la présence de Titan lorsqu’il la pointa vers le système de Saturne. En effet, la qualité optique était si médiocre et le diamètre de sa lentille si faible qu’il ne pouvait obtenir qu’une image déformée et grossie tout juste 30x, qui ne lui permit même pas d’identifier les anneaux …

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C’est donc presque un demi siècle plus tard que Huygens publia sa découverte dans un ouvrage intitulé Systema Saturnium, en 1659.
Mais l’étude des satellites de Saturne resta souvent mise de côté, tant les astronomes s’émerveillaient et se jetaient à corps perdu dans l’étude des anneaux de Saturne.
Jusqu’à la moitié du XIXème siècle, les satellites connus de Saturne prirent les noms de numéros (Saturne 1, Saturne 2, …). C’est en 1847 que John Herschel (fils de William Herschel) proposa que ces désignations numériques soient remplacées par des noms sortis de la mythologie grecque. Ainsi, Cronos (Saturne) fut accompagné de ses frères et sœurs : les titans (Titan, Téthys, Dioné, Rhéa, Japet, Mimas, Encelade …).

systema saturnium

Par bonheur, Titan fait partie d’un système planétaire qui a toujours fasciné les hommes. Ainsi, par le biais de toutes les missions d’exploration envoyées depuis 30 ans vers Saturne et Jupiter, nous avons pu récolter de nombreuses informations sur ce monde lointain.
En effet, 4 sondes spatiales ont visité et étudié le satellite : Pioneer11 en 1978, Voyager1 en 1980, Voyager2 en 1981 et Cassini-Huygens en 2004 (mission toujours en cours programmée sur 4 années minimum).
Cette dernière mission a d’ailleurs été un grand pas dans l’exploration spatiale puisque le module Huygens (ESA) s’est détaché de sa sonde Cassini (NASA) pour se poser sur le sol Titanesque, le 14 Janvier 2005.
Titan est alors devenu le premier astre du système solaire externe sur lequel l’homme a posé un de ses engins.
La somme des clichés et des informations recueillis fut alors si importante qu’il faudra encore plusieurs années aux astronomes pour en exploiter pleinement le contenu.

sondes

Titan en quelques chiffres ...

Orbite autour de Saturne

Titan orbite de façon synchrone (en présentant toujours la même face) autour de Saturne en 15 jours, 22 heures et 24 secondes.
Le demi-grand axe de cet orbite est de 1 221 900 km (Saturne est à 10UA du Soleil).
L’orbite est peu excentrique (0.0288) et peu incliné également (1.634°).

Taille

Titan est le 2ème plus gros satellite du système solaire, derrière Ganymède (satellite de Jupiter). Il est plus gros que Mercure, que Pluton, et même que notre Lune. Sa taille se rapproche de celle de Mars. Son diamètre à l’équateur est de 5150 km.

Masse

Titan possède une masse de 1.346 x 1023 kg, la gravité en surface étant de l’ordre de 1.35 m/s².

comparatif des tailles

satellites de saturne

Une atmosphère impénétrable

Un mystère pour les astronomes du XXème siècle

Vu de l’espace, Titan ressemble à une boule orangée homogène, dont on n’aperçoit pas le sol, un peu comme Vénus. Et pour cause, car comme cette dernière Titan est dotée d’une très épaisse atmosphère.
Déjà au début du XXème siècle, bien avant qu’on envoie la première sonde dans l’espace, un astronome catalan du nom de JC Solà suspecta l’existence de cette épaisse couche atmosphérique en se basant sur les différences d’intensité lumineuse, entre le centre brillant de la boule et ses bords plus sombres. Il comprit alors qu’une partie de la lumière du bord restait bloquée par du gaz et ne parvenait pas à notre regard.
En 1944, Gerard Kuiper apporta une preuve indiscutable de l’existence d’une atmosphère sur Titan, en obtenant la signature spectrale du méthane. Pour lui, la couleur orange de la sphère est due aux interactions entre la surface et les gaz de l’atmosphère. A l’époque, beaucoup croient alors que l’atmosphère est ténue, laissant entrevoir une surface orangée semblable à Mars.
En 1961, des travaux de photométrie contrediront cette idée, démontrant au contraire l’existence d’une épaisse et opaque couche atmosphérique.
La même année, c’est Audouin Dollfus qui tente une cartographie du satellite, au moyen de la lunette du Pic du Midi (à la lentille de 600 mm de diamètre).

Mais une étude plus approfondie de ce satellite devient bientôt impossible depuis la Terre, car cette atmosphère empêche toute étude de la surface…

C’est donc le 3 Septembre 1979 que l’étude reprend, avec la rencontre entre la sonde Pioneer11 et Titan. La sonde envoie sur Terre la première photo en gros plan du satellite (prise à 3.6 millions de km), offrant un paysage assez peu varié, toujours opaque et orangé, mais distinguant tout de même une différence de luminosité entre deux hémisphères.
L’ignorance aidant, les hypothèses vont alors bon train sur la nature de cette atmosphère, sur la pression, la densité, divisant la communauté des astronomes.

La composition atmosphérique mise à jour

Au tout début des années 80, c’est donc la sonde Voyager1 qui met tout le monde d’accord, grâce à son spectromètre infra rouge et ultra violet. L’aspect de l’astre sur les clichés en lumière visible est toujours aussi peu intéressant à première vue, montrant toujours une boule orangée couverte de nuages, mais les spectromètres embarqués sur Voyager1 analysent eux la haute atmosphère avec un niveau de précision inégalé : entre 82 et 94% de diazote (N2), 8% de méthane, ainsi que la présence d’argon. La sonde détecte aussi des traces de molécules organiques (cyanogène, cyanure d’hydrogène, éthane, propane, nitriles, vapeur d’eau …). On découvre aussi que l’oxygène existe sur Titan, mais pas en tant que tel … On trouve en effet la présence de monoxyde de carbone (CO).
En 1989, Titan occulte par chance l’étoile 28 Sgr, ce qui offre aux astronomes de nouvelles données sur la composition atmosphérique de Titan, notamment des changements saisonniers de son aspect.

voyager 1

Mission Cassini-Huygens

Fin du XXème siècle, regain d'intérêt

En cette fin de XXème siècle, la recherche de vie possible dans le système solaire devient une sorte de quête du Graal, plus encore que par le passé. Après les tentatives de recherche d’eau sur Mars et la Lune (et les déceptions), les astronomes sont de plus en plus attirés par une exploration plus poussée du système solaire externe. En effet, on connaît finalement assez peu de choses sur les satellites de Jupiter et de Saturne, car on s’est jusqu’à présent énormément focalisé sur notre voisine la planète rouge …
Ce sentiment de conquête et de recherche de vie extra-terrestre s’amplifie encore d’avantage alors qu’on découvre pour la première fois l’existence d’une planète extra solaire.

1997, décollage de la fusée ...

En 1997, débute alors une ambitieuse mission d’exploration, issue d’une étroite collaboration avec la NASA et l’ESA (Agence Spatiale Européenne) et dont le but est d’étudier pour la première fois en détail l’énigmatique surface de Titan, en y posant un engin. Cette mission a pour nom Cassini-Huygens.
Après une préparation de 20 ans, et un budget de 230 millions d’euros, la fusée décolle le 15 Octobre 1997, et, après une rapide observation du système jovien, la sonde atteint les anneaux de Saturne en Juillet 2004.

mission cassini huygens

Descente du module Huygens dans l'atmosphère de Titan

Le 14 Janvier 2005, la sonde Cassini lâche son module Huygens, qui amorce une descente vers la surface de Titan. La traversée de l’atmosphère dure alors plus de 2 heures (celle-ci est épaisse de 1600 km), au cours desquelles Huygens photographie, filme, analyse, et envoie toutes ses données vers la sonde Cassini qui les relaie vers la Terre, à 1.2 milliards de kilomètres de là ! Le petit module se pose sans encombre, et effectue alors un travail d’analyse allant bien au-delà des espérances des scientifiques, puisqu’elle transmettra des données pendant plus de 2 heures 30 minutes.

lancement largage atterrissage

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