Les télescopes Webb et Keck s’associent pour surveiller les nuages ​​sur Titan, la lune de Saturne – Télescope spatial James Webb

Note de l’éditeur: Cet article met en évidence les données de la science Webb en cours, qui n’ont pas encore été soumises au processus d’examen par les pairs.

Le samedi matin, nov. Le 5 janvier, une équipe internationale de scientifiques planétaires s’est réveillée avec beaucoup d’enthousiasme avec les premières images Webb de la plus grande lune de Saturne, Titan. Ici, le chercheur principal Conor Nixon et d’autres à l’observation du temps garanti (GTO) programme 1251 L’équipe qui utilise Webb pour étudier l’atmosphère et le climat de Titan décrit ses premières réactions à la vue des données.

Titan est la seule lune du système solaire avec une atmosphère dense, et c’est aussi le seul corps planétaire autre que la Terre qui a actuellement des rivières, des lacs et des mers. Contrairement à la Terre, cependant, le liquide de surface de Titan est constitué d’hydrocarbures, notamment de méthane et d’éthane, et non d’eau. Son atmosphère est remplie d’une brume épaisse qui obscurcit la lumière visible se reflétant sur la surface.

Nous avons attendu des années pour utiliser la vision infrarouge de Webb pour étudier l’atmosphère de Titan, y compris ses modèles météorologiques fascinants et sa composition gazeuse, et aussi regarder la brume pour étudier ses caractéristiques d’albédo (taches lumineuses et sombres) à la surface. L’atmosphère de Titan est incroyablement intéressante, non seulement à cause de ses nuages ​​de méthane et de ses tempêtes, mais aussi à cause de ce qu’elle peut nous dire sur le passé et l’avenir de Titan, y compris s’il y aura toujours un environnement. Nous avons été très satisfaits des premiers résultats.

Membre de l’équipe Sébastien Rodriguez de l’Université Paris Cité a été le premier à voir les nouvelles photos et a alerté le reste d’entre nous par e-mail : “C’était agréable de se réveiller ce matin (heure de Paris) ! Plein d’alertes dans ma boite mail ! Je suis allé directement sur mon ordinateur et j’ai commencé à télécharger des données. A première vue, c’est extraordinaire ! Je pense que nous voyons des nuages ! » Chef de projet Webb Solar System GTO Heidi Hammel, de l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA), a eu une réaction similaire : « Comme c’est merveilleux ! J’ai adoré voir le nuage et les marques d’albédo évidentes. J’attends donc avec impatience les spectres ! Félicitations à tous !!! Merci!”

Commence alors une journée d’activité frénétique. En comparant différentes images capturées par la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam), nous avons confirmé qu’un point lumineux observé dans l’hémisphère nord de Titan est en fait un gros nuage. Bientôt, nous avons remarqué un deuxième nuage. La détection des nuages ​​est passionnante car elle confirme une prédiction de longue date des modèles informatiques sur le climat de Titan, selon laquelle les nuages ​​peuvent facilement se former dans l’hémisphère nord moyen à la fin de l’été, lorsque la surface est chauffée par le Soleil.

Nous avons alors réalisé qu’il était important de savoir si les nuages ​​bougeaient ou changeaient de forme, ce qui pourrait révéler des informations sur le flux de vent dans l’atmosphère de Titan. Nous avons donc rapidement contacté des collègues pour demander des observations de suivi avec l’observatoire Keck à Hawai’i ce soir-là. Notre équipe Webb Titan ouvre la voie Conor Nixon du Goddard Space Flight Center de la NASA a écrit dans Imke de Pater à l’Université de Californie, Berkeley, et Catherine de Kleer chez Caltech, qui a une grande expérience de l’utilisation de Keck : « Nous venons de recevoir nos premières images de Titan de Webb, prises hier soir. Tellement excitant! Il semble y avoir un gros nuage, nous pensons dans la région polaire nord près du Kraken Mare. Nous nous interrogeons sur une observation de suivi de réponse rapide avec Keck pour voir toute évolution dans le cloud ?”

Après avoir négocié avec le personnel de Keck et les observateurs déjà programmés pour utiliser le télescope cette nuit-là, Imke et Katherine ont rapidement aligné une série d’observations. Le but est de sonder Titan depuis sa stratosphère jusqu’à la surface, pour essayer d’attraper les nuages ​​que nous avons vus sur Webb. Les observations sont réussies ! Imke de Pater a commenté: “Nous craignions que les nuages ​​ne disparaissent lorsque nous avons regardé Titan deux jours plus tard avec Keck, mais à notre plus grand plaisir, il y avait des nuages ​​dans les mêmes positions, qui semblaient avoir changé de forme.”

Après avoir obtenu les données de Keck, nous nous sommes tournés vers des experts en modélisation atmosphérique pour nous aider à les interpréter. L’un des spécialistes, Juan Lora à l’université de Yale, a déclaré : « C’est vraiment amusant ! Je suis content de voir cela, car nous avons prédit une bonne activité nuageuse pour cette saison ! Nous ne pouvons pas être sûrs des nuages ​​le 4 novembre^e et 6^e sont les mêmes nuages, mais ils sont une confirmation des conditions météorologiques saisonnières.”

L’équipe a également collecté des spectres à l’aide du spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec), qui nous donne accès à de nombreuses longueurs d’onde bloquées par des télescopes au sol comme Keck par l’atmosphère terrestre. Ces données, que nous analysons toujours, nous permettront de vraiment examiner la composition de la basse atmosphère et de la surface de Titan d’une manière que même le vaisseau spatial Cassini ne pourrait pas, et d’en savoir plus sur les causes de la caractéristique brillante vue au-dessus du pôle sud.

Nous attendons des données Titan supplémentaires de NIRCam et NIRSpec ainsi que nos premières données de l’instrument infrarouge moyen (MIRI) de Webb en mai ou juin 2023. Les données MIRI montreront une plus grande partie du spectre de Titan, y compris certaines longueurs d’onde que nous n’avons jamais vues. avant de. Cela nous donnera des informations sur les gaz complexes dans l’atmosphère de Titan, ainsi que des indices importants pour déchiffrer pourquoi Titan est la seule lune du système solaire avec une atmosphère dense.

Maël Es-Sayeh, étudiant diplômé de l’Université Paris Cité, se réjouit particulièrement de ces observations : « J’utiliserai les données de Webb dans ma thèse de doctorat, c’est donc très excitant d’obtenir enfin les vraies données après des années de simulation. J’ai hâte de voir ce qu’il adviendra de la deuxième partie l’année prochaine !

à propos des auteurs

• • • Conor Nixon, est scientifique planétaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et est chercheur principal du programme Webb Cycle 1 Guaranteed Time Observation 1251.
    • La co-investigatrice Heidi Hammel est une scientifique planétaire. Il est vice-président pour la science chez AURA et dirige le groupe scientifique du système solaire JWST.
    • Le co-investigateur Sébastien Rodriguez est un scientifique planétaire à l’Institut de Physique du Globe de Paris à l’Université Paris Cité, en France.
    • Imke de Pater est professeur émérite d’astronomie à l’Université de Californie à Berkeley et chef de l’équipe d’observation de Keck Titan.
    • Katherine de Kleer est professeure adjointe de sciences planétaires et d’astronomie à Caltech à Pasadena, en Californie, et membre de l’équipe d’observation de Keck Titan.
    • Juan Lora est professeur adjoint de sciences de la Terre et des planètes à l’Université de Yale à New Haven, Connecticut.
    • Maël Es-Sayeh est étudiant diplômé en sciences planétaires à l’Institut de Physique du Globe de Paris de l’Université Paris Cité, en France.

– Margaret W. Carruthers, Bureau de la sensibilisation du public, Space Telescope Science Institute