Les scientifiques ont recréé les conditions chimiques uniques qui existent sur Titan, la plus grande lune de Saturne, dans de minuscules cylindres de verre ici sur Terre, et l'expérience a révélé des caractéristiques jusque-là inconnues de la composition minérale de la lune.
Titan est le deuxième plus grand satellite du système solaire après Ganymède, qui appartient à Jupiter, il a une atmosphère dense composée principalement d'azote avec un mélange de méthane. Cette brume jaunâtre maintient une température d'environ -180°C. Sous l'atmosphère se trouvent des lacs, des mers et des rivières de méthane liquide et d'éthane qui recouvrent la croûte glacée de Titan, en particulier près des pôles. Comme l'eau liquide sur Terre, ces gaz naturels participent à un cycle dans lequel ils s'évaporent, forment des nuages, puis pleuvent à la surface de la Lune.
L'atmosphère dense de Titan, sa surface liquide et ses cycles météorologiques saisonniers font de cette lune froide un peu comme la Terre et, comme notre planète, elle contient des molécules organiques contenant du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. En raison de cette chimie organique qui se produit sur Titan, les scientifiques pensent que la lune pourrait servir de laboratoire massif pour étudier les réactions chimiques qui se sont produites sur Terre avant l'apparition de la vie sur la planète.
Mais un seul vaisseau spatial, Cassini, a observé Saturne et ses lunes en détail, ce qui rend difficile la conduite d'études au sol de l'étrange composition chimique découverte sur Titan. Par conséquent, un groupe de scientifiques a récemment décidé de modéliser Titan dans un tube à essai.
Tout d'abord, le groupe a placé de l'eau liquide dans de petits cylindres de verre et a abaissé la température à des conditions similaires à celles du Titanic. L'eau a gelé, imitant la croûte glacée de Titan. L'équipe a ensuite ajouté de l'éthane au tube, qui est devenu liquide comme les lacs à la surface de Titan. Enfin, ils ont ajouté de l'azote pour créer l'atmosphère de Titan, puis ont légèrement modifié la température dans le tube pour simuler les fluctuations de température à la surface de Titan et dans les différentes couches de son atmosphère.
Dans leur dernière étude, présentée le 26 août lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society, l'équipe a ajouté deux composés, l'acétonitrile (ACN) et le propionitrile (PCN). Les données de la mission Cassini indiquent que ces composés sont abondants sur Titan. La plupart des études précédentes ont étudié les deux composés séparément, sous leur forme pure, mais l'équipe voulait voir ce qui se passerait si les composés étaient mélangés, comme cela pourrait être le cas sur Titan. Contrairement à travailler avec chaque composé séparément, si vous les mélangez ensemble, vous pouvez obtenir un résultat complètement différent dans la structure, c'est-à-dire comment les molécules seront organisées et comment les molécules cristalliseront ou se transformeront en une forme solide.
L'équipe a découvert que dans des conditions similaires au titane, l'ACN et le PCN se comportent assez différemment de l'un ou l'autre composé seul. À savoir, les températures auxquelles les composés fondent ou cristallisent changent considérablement, de l'ordre de centaines de degrés Celsius.
Ces points de fusion et de cristallisation seraient pertinents dans l'atmosphère jaune brumeuse de Titan. Différentes couches de l'atmosphère varient en température en fonction de l'altitude au-dessus de la surface de la lune, donc pour comprendre le comportement des produits chimiques dans la brume, la nouvelle étude suggère que ces fluctuations de température doivent être prises en compte.
De plus, les scientifiques ont découvert que lorsque l'ACN et le PCN cristallisent, ils adoptent des structures cristallines différentes selon qu'ils sont seuls ou en présence d'un autre composé. Les cristaux se forment lorsque les molécules individuelles d'un composé sont combinées en une structure hautement organisée. Bien que les éléments constitutifs de cette structure - les molécules - restent les mêmes, en fonction de facteurs tels que la température, ils peuvent s'assembler dans des configurations légèrement différentes.
Ces variations de la structure cristalline sont connues sous le nom de polymorphes, et lorsque ACN et PCN existent par eux-mêmes, ils adoptent un polymorphe à haute température et un autre à basse température. Mais les scientifiques ont remarqué que s'il y a un mélange, la stabilité de la haute température et de la basse température peut être, dans un certain sens, modifiée. Ces détails précis sur le moment et la manière dont les composés atteignent une structure stabilisée pourraient vraiment changer la compréhension des minéraux que l'on peut trouver sur Titan.
La mission Dragonfly de la NASA, dont le lancement est prévu en 2026 et l'arrivée à Saturne en 2034, pourrait fournir plus d'informations sur la composition minérale de Titan in situ.
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