Atmosphère de Titan - Définition

Introduction

Atmosphère de Titan
Informations générales
Épaisseur	entre 200 km et 880 km
Pression atmosphérique	1,47 bar
Composition
Azote	95 à 98,4 %
Méthane	1,6 à 5 %
Éthane	Traces
Propane	Traces
Dioxyde de carbone	Traces
Autres hydrocarbures	Traces
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L’atmosphère de Titan est, à la différence de celle des autres satellites du système solaire, développée avec une taille comprise entre 200 km et 880 km (sur Terre, 99,999 % de la masse de l'atmosphère réside en dessous de 100 km d'altitude). Elle est opaque sur de nombreuses longueurs d'onde et interdit d'obtenir un spectre de réflectance complet de la surface depuis l'extérieur.

Les observations des sondes Voyager montrèrent que la pression à la surface du satellite dépassait une fois et demi celle de la Terre. L'atmosphère comporte des couches de brouillard opaques qui bloquent la majorité de la lumière du Soleil. La sonde Huygens fut incapable de détecter la direction de celui-ci pendant sa descente et, bien qu'elle réussit à prendre des images de la surface, l'équipe de la sonde a décrit le processus comme « photographier un parking recouvert d'asphalte au crépuscule ».

La température moyenne de l'atmosphère est de 94 K (-179 °C) ; elle atteint un minimum de 72 K (-201 °C) au niveau de la tropopause (à une altitude de 40 km).

Origine

L'énergie solaire aurait dû avoir converti l'intégralité du méthane de l'atmosphère en hydrocarbures en 50 millions d'années seulement, ce qui est une une durée très brève comparée à l'âge du système solaire (4600 millions d'années). En effet, les molécules de méthane ont tendance à remonter progressivement vers le haut de l'atmosphère où elles sont soumises au rayonnement solaire. Ceci a pour effet de les transformer en molécules plus complexes et donc plus lourdes qui retombent et sédimentent à la surface. Étant données les conditions de température et de pression à la surface de Titan, aucune réaction physique ou chimique ne permet la retransformation de ces composés organiques en méthane. En l'absence d'une autre source, celui-ci est donc irréversiblement détruit et la quantité actuelle de méthane dans l'atmosphère de Titan devrait être quasiment nulle.

Il doit donc exister un réservoir de méthane sur ou dans Titan permettant de réalimenter l'atmosphère. En effet la quantité de méthane dans l'atmosphère étant plus de mille fois supérieure à celle de monoxyde de carbone, cela semble exclure une contribution significative de la part d'impacts cométaires (les comètes étant composées de plus de monoxyde de carbone que de méthane). Cette constatation est à l'origine de l'hypothèse apparue dans les années 1970 selon laquelle des réserves de méthane liquide seraient présentes à la surface ou sous la surface de Titan.

Il semble également improbable que l'atmosphère de Titan date de la formation du système saturnien : car si tel était le cas, cette atmosphère contiendrait certains éléments en abondance similaire à la nébuleuse solaire, y compris de l'hydrogène et du néon. Il n'est pas non plus exclu que le méthane soit d'origine biologique..

Structure

Courbe de la température dans l'atmosphère de Titan en fonction de l'altitude et de la pression.

La haute densité de l'atmosphère est essentiellement due aux basses températures, mais aussi aux collisions entre les molécules qui ne sont pas suffisantes pour accélérer leur vitesse et leur permettre de s'échapper dans l'espace. De plus, la chaleur générée dans la planète peut permettre l'éjection de matière dans l'atmosphère à travers les cryovolcans, rendant ainsi l'atmosphère plus épaisse.

Troposphère

La température de la troposphère va de 94 K à 72 K à la tropopause (vers 40 km d'altitude).

Stratosphère

C'est dans la stratosphère que semble se produire la majeure partie de la circulation entre les pôles. Les simulations suggèrent que tous les 12 ans la rotation connaît des changements avec une période transitoire de trois ans, au cours d'une année de Titan (soit 30 années terrestres).

Lors de l'hiver polaire un immense nuage se forme dans la stratosphère, qui contient de l'éthane et d'autres molécules organiques et des aérosols (cf. Nuages et brume).

Ionosphère

L'ionosphère de Titan est plus complexe que celle de la Terre. La partie principale se situe à 1 200 km d'altitude, mais une couche additionnelle de particules chargées existe à 63 km d'altitude. L'atmosphère de Titan est donc en quelque sorte séparée en deux chambres résonnantes aux ondes radio distinctes. Titan émet des ondes à très basse fréquence dont l'origine n'est pas connue, car il ne semble pas y avoir d'activité orageuse intense.