La planète naine Ceres possède des réservoirs d’eau salée


La planète naine Ceres, d’environ 940 kilomètres (585 miles) de diamètre, est le plus grand corps de la ceinture d’astéroïdes principale. Le vaisseau spatial Dawn de la NASA a cartographié la planète et a trouvé des preuves – une région de faible densité de la croûte (bleue) – d’un réservoir de saumure souterrain. Un cratère nommé Occator est à gauche de la zone bleue. Cette image composite montre des anomalies de gravité (le rouge est haut, le bleu est bas) sur le côté droit et les vraies couleurs de Ceres sur la gauche. Les points lumineux sont près du centre d’Occator. (Image fournie par Anton Ermakov, UC Berkeley, NASA / JPL)

La planète naine Ceres, le plus gros objet de la principale ceinture d’astéroïdes de notre système solaire, abritait autrefois un océan souterrain mondial qui a probablement gelé il y a longtemps. Aujourd’hui, s’il existe encore de l’eau liquide – une condition essentielle pour l’habitabilité – sur Cérès, un bon endroit pour la rechercher est sous le plus jeune de ses grands cratères d’impact.

Une analyse des données à basse altitude des survols du cratère Occator de 92 kilomètres (57 miles) de Ceres par le vaisseau spatial Dawn de la NASA en 2018 a permis aux chercheurs de caractériser la structure souterraine près du cratère et de conclure à partir des données gravimétriques qu’il y a une faible densité région sous Occator compatible avec un réservoir de gadoue saumâtre d’eau et de divers sels.

Les données suggèrent que l’impact qui a créé le cratère Occator il y a 20 millions d’années a probablement fracturé la croûte de Cérès, et ces fractures aujourd’hui puisent dans des réservoirs de saumure plus profonds. Cette hypothèse explique la formation de régions lumineuses, ou faculae, sur le fond du cratère: de la saumure a éclaté à travers ces fractures, et une croûte de sel hautement réfléchissante a été laissée derrière lors de l’évaporation de l’eau.

Ces régions claires étaient auparavant constituées de carbonates de sodium. Les régions d’Occator ont été mises au point lorsque Dawn a atteint Cérès pour la première fois en 2015, et ont été photographiées avec précision lors de la dernière mission prolongée. Ces dépôts semblent avoir éclaté au cours des 2 derniers millions d’années, bien trop récents pour provenir de la fonte générée par l’impact initial.

Les saumures peuvent encore percoler jusqu’à la surface aujourd’hui.


Gros plan de points lumineux dans le cratère Occator de Ceres

Cette image en mosaïque de fausses couleurs met en évidence la saumure récemment exposée, ou les liquides salés (rouge), qui ont été poussés d’un réservoir profond sous la croûte de Cérès. (Image courtoisie de NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA)

“Pour que les dépôts brillants se forment plus tard, par rapport à l’événement d’impact, vous devez être en mesure de transporter le matériau saumâtre à la surface d’une manière ou d’une autre sur une période prolongée”, a déclaré le géophysicien Anton Ermakov, de l’Université de Californie à Berkeley. , stagiaire postdoctoral qui travaille avec l’équipe Dawn. «Le mécanisme potentiel serait que la fracturation induite par l’impact a fourni la connexion entre la surface et les réservoirs de saumure plus profonds.»

L’analyse, menée par une équipe de scientifiques dirigée par Carol Raymond du Jet Propulsion Laboratory (JPL) du California Institute of Technology à Pasadena, indique que Ceres pourrait avoir de l’eau liquide dans son intérieur à l’heure actuelle. Alors que la glace sur les lunes glacées du système solaire externe – l’Encelade de Saturne et l’Europe de Jupiter, par exemple – est réchauffée et fondue par les interactions de marée gravitationnelle avec les planètes, il semble maintenant probable que les planètes naines et les astéroïdes puissent également préserver des réservoirs d’eau liquide, malgré le fait qu’ils ne bénéficient pas du même chauffage par marée.

Et comme l’affirme souvent la NASA, pour trouver la vie sur d’autres planètes, suivez l’eau.

Les résultats sont présentés dans une collection spéciale d’articles publiés aujourd’hui (10 août) dans les revues Nature Astronomy, Nature Geoscience et Nature Communications.

Sonder le sous-sol céréen avec gravité

Cérès a été le premier objet découvert dans la ceinture principale d’astéroïdes, une vaste région contenant des blocs de construction planétaires encerclant le Soleil – restes de la formation du système solaire – entre les orbites de Mars et Jupiter. Désormais appelée planète naine, comme Pluton, Cérès doit son nom à la déesse romaine de l’agriculture.


image de la surface grise et grêlée du cratère Occator

Cette mosaïque du cratère Occator de Ceres est composée d’images du vaisseau spatial Dawn de la NASA capturées lors de sa deuxième mission prolongée, en 2018. Des fosses et des monticules lumineux (au premier plan) ont été formés par un liquide salé libéré lorsque le sol riche en eau d’Occator a gelé après l’impact de formation de cratère il y a environ 20 millions d’années. (Image courtoisie de NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA / USRA / LPI)

La NASA a lancé la mission Dawn de la ceinture d’astéroïdes en 2007 pour étudier Vesta, le deuxième objet le plus massif de la ceinture, et Ceres. Après une étude réussie des deux objets, le vaisseau spatial a épuisé tout son carburant en octobre 2018. Il reste stationné sur une orbite à long terme autour de Cérès.

La dernière tâche de Dawn en 2017 et 2018 était de se rapprocher le plus possible de Cérès – à environ 35 kilomètres, ou 22 miles, au-dessus de la surface à l’approche la plus proche. Là, il pourrait capturer des images haute résolution de la surface et cartographier le champ de gravité, ce qui informe les scientifiques des variations de densité des couches souterraines de la planète.

Une question majeure que l’équipe espérait résoudre était la nature et l’origine des régions lumineuses, qui avaient été remarquées, bien avant l’arrivée de Dawn à Cérès, par des scientifiques scrutant à travers des télescopes. Au cours de 106 approches rapprochées, Dawn a capturé des images de deux zones distinctes et hautement réfléchissantes en Occator qui ont été officiellement nommées Cerealia Facula et Vinalia Faculae.

L’engin spatial a également mesuré la gravité près de la surface, données analysées par Ermakov et l’équipe de Dawn. Ils ont découvert une région de faible gravité juste à l’extérieur d’Occator qui indiquait une goutte souterraine de matériau de faible densité à environ 40 kilomètres, ou 25 miles, sous la surface et des centaines de kilomètres d’étendue. Cependant, comme les données de gravité ne pouvaient pas dire aux chercheurs quelle était la composition réelle de la goutte anormale souterraine, ils ont dû analyser les données de gravité par rapport à d’autres observations disponibles, telles que la géologie locale et la composition déduite de la spectroscopie. Une telle analyse combinée a conduit au scénario le plus probable selon lequel la région à faible densité pourrait être un réservoir d’eau saumâtre.

L’équipe a proposé qu’au départ, l’impact ait fait fondre la glace sous terre dans un petit réservoir qui a gelé à nouveau en quelques millions d’années. Cependant, les scientifiques ont reconnu que l’impact aurait pu fracturer la roche suffisamment profondément pour atteindre le réservoir déduit de la faible gravité observée. De telles fractures aujourd’hui seraient des conduits pour les saumures se déplaçant vers le haut et faisant éruption à la surface.

«Pour le grand gisement de Cerealia Facula, la majeure partie des sels provenait d’une zone de gadoue juste sous la surface qui a fondu par la chaleur de l’impact qui a formé le cratère il y a environ 20 millions d’années», a déclaré Raymond, chercheur principal pour la mission Dawn. «La chaleur d’impact s’est calmée après quelques millions d’années. Cependant, l’impact a également créé de grandes fractures qui pourraient atteindre le réservoir profond à longue durée de vie, permettant à la saumure de continuer à percoler à la surface.

Ermakov a souligné que cette interprétation est cohérente avec les données du levé gravimétrique et d’autres mesures de la surface, mais les données sont insuffisantes pour déterminer à quoi ressemble ce réservoir profond ou exactement sa taille. Cependant, il est possible de caractériser la déficience de masse totale créée par le réservoir de faible densité.

«Cet article fournit la première histoire cohérente de la connexion entre l’évaporation de la surface et la saumure profonde pour la région d’Occator et laisse la question de savoir si la couche de saumure est globalement ouverte à une enquête future», a-t-il déclaré.

Cérès toujours géologiquement actif

La recherche a non seulement confirmé que les régions brillantes sont jeunes – certaines âgées de moins de 2 millions d’années – mais a également révélé que l’activité géologique à l’origine de ces gisements pourrait être en cours. Cette conclusion dépendait des scientifiques qui faisaient une découverte clé: des composés de sel – chlorure de sodium lié chimiquement avec de l’eau et du chlorure d’ammonium – concentrés dans Cerealia Facula.

Sur la surface de Cérès, les sels contenant de l’eau se déshydratent rapidement. Mais les mesures de Dawn montrent qu’ils ont encore de l’eau, donc les fluides doivent avoir atteint la surface très récemment. Cela prouve à la fois la présence de liquide sous la région d’Occator et le transfert continu de matière de l’intérieur profond vers la surface.

Certaines des preuves de liquides récents en Occator proviennent des gisements brillants, mais d’autres indices proviennent d’un assortiment de collines coniques inhabituelles. Ces caractéristiques rappellent les pingos de la Terre, de petites montagnes de glace dans les régions polaires formées par des eaux souterraines pressurisées gelées. De telles caractéristiques ont été repérées sur Mars, mais leur découverte sur Cérès marque la première fois qu’elles ont été observées sur une planète naine.

À plus grande échelle, Ermakov et ses collègues ont pu cartographier la densité de la structure crustale de Cérès en fonction de la profondeur, une première pour un corps planétaire riche en glace. En utilisant les mesures de gravité, ils ont découvert que Ceres avait une croûte complexe qui devient plus dense à mesure qu’elle s’enfonce.

Les chercheurs ont déduit qu’en même temps que le réservoir de saumure de Cérès gèle, du sel et de la boue sont incorporés dans la partie inférieure de la croûte.

«Dawn a accompli bien plus que ce que nous espérions en se lançant dans son extraordinaire expédition extraterrestre», a déclaré le directeur de la mission Dawn, Marc Rayman du JPL. «Ces nouvelles découvertes passionnantes de la fin de sa longue et productive mission sont un merveilleux hommage à ce remarquable explorateur interplanétaire.

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