La lune Io possède des volcans actifs depuis des milliards d’années

La lune Io possède des volcans actifs depuis des milliards d’années
La lune Io possède des volcans actifs depuis des milliards d’années
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Une mesure des isotopes du soufre détectés dans l’atmosphère d’Io détermine que cette lune est volcaniquement active depuis des milliards d’années, en raison de sa configuration par rapport à Jupiter.

Io est l’endroit le plus volcaniquement actif du système solaire. Au cours de son orbite de 1,8 jours, cette lune est comprimée gravitationnellement par Jupiter, provoquant des éruptions volcaniques plus importantes que celles sur Terre aujourd’hui.

Io, Europe et Ganymède sont dans une configuration orbitale connue sous le nom de résonance de Laplace : pour chaque orbite de Ganymède (la plus éloignée des trois de Jupiter), Europe accomplit exactement deux orbites et Io en accomplit exactement quatre. Dans cette configuration, les lunes sont attirées gravitationnellement les unes par les autres de telle manière qu’elles sont forcées de suivre des orbites elliptiques plutôt que rondes. Ces orbites permettent à la gravité de Jupiter de réchauffer l’intérieur des lunes, déclenchant le volcanisme d’Io et ajoutant de la chaleur à l’océan liquide souterrain d’Europe glacée.

Depuis combien de temps Io subit-il des bouleversements volcaniques ? En d’autres termes, depuis combien de temps les lunes de Jupiter sont-elles dans cette configuration ?

Deux nouvelles études menées par des chercheurs de Caltech mesurent les isotopes du soufre dans l’atmosphère d’Io et déterminent que les lunes sont enfermées dans cette danse résonante depuis des milliards d’années. L’océan liquide d’Europe a longtemps été considéré comme un lieu potentiel d’évolution de la vie, et comprendre exactement depuis combien de temps les orbites de ces lunes ont duré ainsi est crucial pour caractériser leur habitabilité à long terme. Les articles paraissent dans les revues Science et JGR-Planets.

Sur Terre, nous pouvons trouver des traces d’événements passés à travers des fossiles et des cratères. Io, cependant, se transforme constamment, de sorte que sa surface n’a qu’environ un million d’années, tandis que la lune elle-même a environ 4,5 milliards d’années. Pour comprendre depuis combien de temps cette lune jovienne est volcanique, les chercheurs ont examiné les produits chimiques présents dans son atmosphère.

Io n’a pas d’eau, donc le principal composant des gaz émis par ses volcans est le soufre, ce qui donne une atmosphère composée à 90 % de dioxyde de soufre. Au cours des cycles volcaniques dynamiques d’Io, les gaz proches de la surface sont immergés à l’intérieur et régurgités dans l’atmosphère.

Les atomes de soufre dans Io ont différentes formes ou isotopes. Les isotopes sont des variantes d’un élément donné avec un nombre différent de neutrons. Par exemple, le soufre 32 et le soufre 34 ont le même nombre de protons (16), mais le premier a 16 neutrons et le second 18. Les neutrons supplémentaires alourdissent physiquement un élément, donc dans l’atmosphère d’Io, les isotopes plus légers sont plus susceptibles d’être situés en haut, tandis que les isotopes les plus lourds sont plus susceptibles d’être situés en bas, près de la surface de la Lune.

La surface n’est pas la seule caractéristique en constante évolution sur Io : son atmosphère est également déviée vers l’espace à un rythme d’une tonne par seconde en raison de collisions avec des particules chargées dans le champ magnétique de Jupiter. Comme l’isotope le plus léger du soufre, le soufre 32, est le plus abondant près du sommet de l’atmosphère, là où se produisent ces collisions, cet isotope est appauvri de manière disproportionnée par rapport à son homologue plus lourd. Comprendre la quantité de soufre léger manquant peut donner des indices sur la durée pendant laquelle la Lune est volcanique.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé le télescope ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) au Chili, télescope lui-même entouré de volcans, pour mesurer les isotopes du soufre sur Io.

À partir des météorites, qui sont des vestiges du premier système solaire, les chercheurs ont déterminé que le système solaire s’est formé avec un rapport d’environ 23 atomes de soufre 32 pour chaque atome de soufre 34. Si Io n’avait pas changé depuis sa formation, elle aurait aujourd’hui la même proportion. Cependant, la nouvelle étude a montré que Io a perdu entre 94 et 99 % de son soufre d’origine, ce qui signifie que la Lune est volcaniquement active depuis des milliards d’années tout en perdant constamment du soufre dans l’espace.

La durée du volcanisme d’Io indique qu’elle a été piégée dans une résonance orbitale avec Europe et Ganymède très peu de temps après la formation des lunes. Cela confirme les prédictions des modèles des 20 dernières années montrant que ces lunes galiléennes (Io, Europe, Ganymède) devraient entrer dans cette résonance très peu de temps après leur formation.

“Le système jovien n’est qu’un exemple parmi tant d’autres de lunes, et même d’exoplanètes, se produisant dans ce type de résonances”, déclare Katherine de Kleer, professeure adjointe de sciences planétaires et d’astronomie, Hufstedler Family Scholar et première auteure de l’article, dans un article. déclaration. Article scientifique. “Le réchauffement des marées provoqué par de telles résonances est une source de chaleur importante pour les lunes et peut piloter leur activité géologique. Io en est l’exemple le plus extrême, nous l’utilisons donc comme laboratoire pour comprendre le réchauffement des marées en général”.

PLUS VOLCANIQUE MÊME DANS LE PASSÉ

Dans l’article JGR-Planets, dirigé par Ery Hughes, ancien chercheur postdoctoral de Caltech, l’équipe a réalisé une modélisation sophistiquée du système soufré d’Io pour explorer des scénarios potentiels pour l’histoire de la Lune, y compris certains dans lesquels Io était encore plus volcaniquement actif dans le passé qu’il ne l’est. aujourd’hui.

« Parce qu’il manque tellement de soufre léger, l’atmosphère que nous mesurons aujourd’hui est relativement « lourde » en termes de soufre. La clé pour amener ce soufre lourd dans l’atmosphère d’Io est le processus d’enfouissement du soufre lourd à l’intérieur d’Io. afin qu’ils puissent être libérés par les volcans encore et encore”, explique Hughes, aujourd’hui géochimiste des fluides volcaniques à GNS Science en Nouvelle-Zélande. “Notre modèle montre que le soufre est piégé dans la croûte d’Io par des réactions entre les gelées riches en soufre, déposées depuis l’atmosphère, et le magma lui-même, lui permettant finalement d’être enfoui à l’intérieur d’Io.”

Le prochain objectif des chercheurs est de découvrir quels autres gaz Io ont pu perdre au cours de sa longue histoire dynamique. Par exemple, alors que Io semble ne pas contenir d’eau, les autres lunes galiléennes en contiennent beaucoup. Ai-je déjà eu de l’eau à l’intérieur et l’ai-je ensuite perdue à cause du volcanisme ?

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