La lune de Saturne, Encelade, a captivé les scientifiques depuis la Voyager 2 mission a traversé le système en 1981. Le mystère n'a fait que s'approfondir depuis l'arrivée du Cassini en 2004, qui comprenait la découverte de quatre fissures linéaires parallèles autour de la région polaire sud. Ces caractéristiques ont été surnommées «Tiger Stripes» en raison de leur apparence et de la façon dont elles se distinguent du reste de la surface.
Depuis leur découverte, les scientifiques ont tenté de répondre à ce qu'ils sont et à ce qui les a créés en premier lieu. Heureusement, de nouvelles recherches menées par le Carnegie Institute of Science ont révélé la physique régissant ces fissures. Cela inclut la façon dont ils sont liés à l'activité du panache de la lune, pourquoi ils apparaissent autour du pôle sud d'Encelade et pourquoi d'autres corps n'ont pas de caractéristiques similaires.
L'étude, récemment publiée dans la revue Astronomie de la nature, était dirigée par Doug Hemingway - membre Carnegie du Département de magnétisme terrestre de l’Institut. Il a été rejoint par les scientifiques planétaires Maxwell Rudolph de l'Université de Californie Davis et Michael Manga de l'Université de Californie Berkeley.
Pour les besoins de leur étude, l'équipe a utilisé des modèles géophysiques d'Encelade pour enquêter sur les forces physiques qui ont permis aux rayures du tigre de se former et de rester en place au fil du temps. La raison pour laquelle ces bandes sont présentes uniquement sur le pôle sud de la lune et pourquoi elles sont si régulièrement espacées était particulièrement intéressante. Comme Hemingway l'a expliqué:
«D'abord vues par la mission Cassini à Saturne, ces rayures ne ressemblent à rien d'autre dans notre système solaire. Ils sont parallèles et régulièrement espacés, d'environ 130 kilomètres de long et 35 kilomètres de distance. Ce qui les rend particulièrement intéressants, c'est qu'ils éclatent continuellement avec de la glace d'eau, alors même que nous parlons. Aucune autre planète ou lune glacée n'a quelque chose qui leur ressemble. »
La réponse à la première question s'est avérée plutôt intéressante. Apparemment, les modèles ont révélé que les fissures qui composent les rayures auraient pu se former à l'un ou l'autre pôle, elles se sont simplement formées au pôle sud en premier. La raison de leur existence, en revanche, est liée à l'interaction d'Encelade avec Saturne et à l'excentricité de son orbite.
Pour le décomposer, Encelade prend un peu plus d'une journée (1,37 pour être exact) pour compléter une seule orbite de Saturne. En raison de la résonance orbitale à mouvement moyen 2: 1 qu'elle a avec Dione voisine, Encelade connaît une certaine excentricité sur son orbite (0,0047), passant de 236918 km (147214 mi) à sa plus proche (périapside) à 239156 km (1486060 mi ) au maximum (apoapsis).
Cette excentricité entraîne Encelade à s'étirer et à fléchir, entraînant un chauffage interne et une activité géothermique. Ce processus permet à Encelade de maintenir un océan intérieur à sa frontière noyau-manteau. C'est aux pôles que les effets les plus importants de cette déformation induite par la gravitation se font le plus sentir, ce qui amène la calotte glaciaire à s'amincir ici et à former des fissures.
Ce processus entraîne également des périodes de refroidissement, au cours desquelles une partie de l’océan souterrain d’Encelade gèlera. Ce dégel et ce gel entraîneront l'épaississement et l'amincissement de la calotte glaciaire par le bas, provoquant des changements de pression entraînant des fissures. Parce que la calotte glaciaire est plus mince aux pôles, elle est plus susceptible de se fissurer, conduisant aux rayures du tigre.
Ces caractéristiques tirent toutes leur nom de villes qui figurent dans le recueil arabe de contes populaires Les nuits arabes: Alexandria Sulcus, Cairo Sulcus, Bagdad Sulcus et Damascus Sulcus. L'équipe pense que la fissure de Bagdad Sulcus a été la première à se former et ne s'est pas à nouveau gelée par la suite. Cela a permis à des panaches d'eau d'éclater de l'intérieur, ce qui a finalement entraîné la formation de trois fissures parallèles.
Fondamentalement, après que les panaches d’eau aient jailli de la surface de la lune, ils recongelaient dans l’espace et étaient redéposés sous forme de neige à la surface. Alors que la neige s'accumulait le long des bords de la fissure de Bagdad, le poids accumulé a ajouté une autre source de pression sur la calotte glaciaire. Comme l'explique Max Rudolph, cela explique non seulement la façon dont ces fissures se sont formées, mais aussi pourquoi elles sont parallèles les unes aux autres.
«Notre modèle explique l'espacement régulier des fissures», a-t-il déclaré. «Cela a fait fléchir la calotte glaciaire juste assez pour déclencher une fissure parallèle à environ 35 kilomètres [mi].»
Ce même mécanisme explique pourquoi les fissures d'Encelade restent ouvertes et continuent à éclater avec des panaches d'eau. L’interaction des marées de la lune avec Saturne conduit à un cycle constant d’étirements et de flexions. Cela empêche les fissures de se fermer et garantit au contraire qu'elles connaissent un schéma régulier d'élargissement et de rétrécissement.
Quant à savoir pourquoi cela se produit sur Encelade et non sur d'autres lunes - comme Ganymède, Europa, Titan et d'autres «mondes océaniques» - cela revient à la taille. Les plus grosses lunes ont une gravité plus forte qui empêche les fractures causées par les interactions de marée de s'ouvrir jusqu'à l'intérieur. Par conséquent, Encelade est la seule lune glacée connue où des rayures de tigre peuvent se produire. Comme Hemingway l'a décrit:
«Puisque c'est grâce à ces fissures que nous avons pu échantillonner et étudier l'océan souterrain d'Encelade, qui est apprécié des astrobiologistes, nous avons pensé qu'il était important de comprendre les forces qui les ont formées et les ont soutenues. Notre modélisation des effets physiques subis par la coquille glacée de la lune indique une séquence potentiellement unique d'événements et de processus qui pourraient permettre à ces bandes distinctes d'exister. »
Dans les décennies suivantes, on espère qu'une autre mission pourra être envoyée au système Saturne pour explorer Encelade plus en détail. Déjà, les données obtenues par Cassini a confirmé que les panaches sortant de ses fissures contiennent des molécules organiques. Les futures missions tenteront de déterminer si la vie extraterrestre existe également sous la surface glacée de la lune.
