La Nasa et l’ESA veulent chercher la vie sur Europe, une lune de Jupiter, avec un atterrisseur

Europe, satellite de Jupiter, est un candidat prioritaire pour la recherche de la vie ailleurs. Du moins, des conditions où elle serait susceptible d'apparaître et de se développer. Une mission commune de l'ESA et de la Nasa est à l'étude avec pour objectif de déposer un atterrisseur sur la surface. Michel Blanc, astronome à l'IRAP et responsable de la proposition pour la partie européenne, nous explique ce projet très excitant.

Lors du deuxième symposium de l'Union européenne pour les géosciences, qui s'est tenu à Vienne en Autriche du 24 au 29 avril, Michel Blanc, astronome à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap), a présenté une proposition de mission « à destination d'Europe, un des quatre satellites galiléens de Jupiter ».

Le chercheur a proposé à l'Agence spatiale européenne (ESA) et à la Nasa de collaborer à une grande mission à destination de cette lune potentiellement habitable. L'objectif est d'installer un « orbiteur autour d'Europe et dont se détachera un lander [atterrisseur, en français] qui se posera sur la surface pour étudier l'habitabilité du site et rechercher des bio-signatures ».

L'Agence spatiale européenne fournirait l'orbiteur, et la Nasa le lanceur et l'atterrisseur. Pour l'instant, « il ne s'agit que d'une proposition faite à l'ESA dans le cadre de l'appel d'offres pour la cinquième mission de classe M qui disposera d'un budget de 500 millions d'euros ». Côté américain, le coût sera nettement plus élevé, de l'ordre de 2 milliards de dollars. Cette idée est bien vue par l'agence américaine. En effet, la proposition de Michel Blanc s'appuie sur une étude qui prévoyait l'envoi d'un atterrisseur sur le satellite de Jupiter avec un orbiteur qui « aurait pour seule fonction d'amener le lander sur la surface d'Europe ». D'où l'idée « de l'instrumenter pour notamment caractériser l'océan ou les grands réservoirs d'eau à l'état liquide qui se trouvent sous les glaces de surface ».

Concept de lander sur la surface d’Europe. © Nasa, JPL-Caltech 

Dans le scénario américain idéal, cette mission baptisée provisoirement Joint Europa Mission serait lancée en « 2025 avec une arrivée autour d'Europe au début des années 2030 ». La mission scientifique de l'atterrisseur est prévue pour durer « au moins 35 jours et celle de l'orbiteur trois mois après la fin de la mission du lander ».

Deux durées de vie très courte qui s'expliquent par l'environnement de la planète géante très radiatif. Ce scénario est qualifié d'idéal parce que le « train spatial » qui doit amener l'orbiteur et l'atterrisseur à destination aura une masse au lancement d'environ 12 tonnes. Or, seul le Space Launch System, le futur lanceur lourd de la Nasa, conçu pour les vols habités d’Orion, sera capable de lancer une charge aussi lourde à destination de Jupiter. Il est en développement et la Nasa espère un premier vol d'essai en 2018, voire 2019. Son utilisation explique en partie le coût élevé de la participation américaine qui se chiffre à quelque 2 milliards de dollars.

Malgré tout, le directeur des sciences planétaires de la Nasa est très intéressé par l'idée de Michel Blanc. Il devrait rencontrer prochainement son homologue de l'ESA pour discuter d'une éventuelle participation avant que cette dernière ne rende sa décision, d'ici la fin de l'année, concernant le choix de sa future mission M5.

Détecter la vie remontée des profondeurs

L'orbiteur sera équipé d'une suite d'instruments qui serviront à « caractériser les champs de gravité et magnétique de cette lune ». Ils sonderont aussi l'atmosphère et réaliseront des mesures des ions, des électrons et des molécules qui s'y trouvent. Il n'embarquera pas de radar mais un « altimètre laser qui pointera vers le bas pour des mesures précises d'altimétrie ». L'intérêt de cet instrument est qu'il « caractérisera indirectement l'océan sous-marin en mesurant l'amplitude de la marée d'Europe, sous l'influence de Io et de Jupiter ».

L'atterrisseur, quant à lui, embarquera une suite d'instruments de 5, voire 6 kg. Il aura évidemment une « caméra pour réaliser un panorama de son site d'atterrissage » et prélèvera des échantillons de « quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres de profondeur », grâce à un système de forage, pour ensuite les « analyser afin de découvrir des bio-signatures ou des macro-molécules, représentatives de la vie ». Son énergie proviendra de batteries tandis que l'orbiteur sera équipé de panneaux solaires.

Son atterrissage sera similaire à celui de Curiosity sur Mars. Il utilisera lui aussi la fameuse « grue spatiale ». Le parachute utilisé pour freiner sa descente sera largué « aussi loin que possible [...] pour ne pas contaminer la zone ». Le site sera choisi grâce à des données fournies par la mission Europa Clipper de la Nasa qui sera, elle, lancée dans les années 2020.

Après les missions Galileo, Juno, Juice et Europa Clipper, cet atterrisseur sur Europe, peut être vu comme la mission ultime d’étude du système de Jupiter car c’est celle qui va chercher la vie. © Nasa, JPL, université de l’Arizona 

Une étude inédite de l'atmosphère d'Europe

Cette question de la protection planétaire est un des points durs de la mission. En effet, dans ce domaine, les règles, édictées par le Cospar, stipulent de ne pas contaminer d'autres mondes d'une façon qui compromettrait l'étude scientifique en faussant les résultats. Elles s'appliqueront aussi à l'orbiteur car « en fin de mission, il s'écrasera sur Europe ». C'est pourquoi il a les mêmes contraintes de protection planétaire, de niveau 4, que l'atterrisseur. « Il sera donc entièrement stérilisé avant son départ. »

Autre difficulté, la proximité de Jupiter qui nécessitera de blinder le satellite contre les radiations. Comme pour la sonde Juno qui tourne actuellement autour de la géante gazeuse, il faudra « trouver l'architecture optimale sur la façon d'implanter les servitudes et les instruments sur la plateforme pour avoir la meilleure protection possible ».

À la fin de la mission, « nous allons essayer de descendre le plus lentement possible dans l'atmosphère pour faire fonctionner nos instruments le plus longtemps possible afin de mesurer sa composition ». L'objectif est d'arriver jusque « dans les derniers kilomètres au-dessus de la surface d'Europe pour sonder la partie de l'atmosphère la plus dense, là où les plumes d’Europe ont pu éjecter des matériaux organiques ». Ce ne sera pas simple car pendant la descente qui sera forcément mouvementée, il faudra « maintenir le pointage de l'antenne vers la Terre pour retransmettre les données ». Ce sera le premier sondage de l'atmosphère d'Europe si près de la surface.

Une étude conceptuelle de la Nasa pour une mission vers Europe

La Nasa prévoit d'envoyer une sonde tourner autour d'Europe, pour préparer, dans une douzaine d'années, l'arrivée d'un atterrisseur. Cette lune de Jupiter qui cache sous son épaissebanquise un immense océan d'eau salée passionne les exobiologistes. Ce corps glacé est un candidat prioritaire pour la recherche d'une vie ou au moins des conditions dans laquelle une vie proche de la nôtre pourrait apparaître et se développer. Une étude conceptuelle est en cours car la mission ne sera pas simple...

Dans moins de trois ans, le rover de la mission Mars 2020, de la Nasa, s'envolera pour rechercher d'éventuelles traces de vie passé sur la Planète rouge. Ce sera une première dans l'histoire de l'exploration spatiale depuis les tentatives des atterrisseurs Viking, quarante ans plus tôt. Un nouveau chapitre va s'écrire en ce début de XXIe siècle qui pourrait voir débarquer les premiers Hommes sur Mars à l'horizon 2030.

Au même moment, peut-être en 2031, il est possible qu'ailleurs dans le Système solaire, un atterrisseur se pose sur Europe. Considéré par la Nasa comme une « cible prioritaire de la recherche de la vie ailleurs que sur Terre », ce monde glacé potentiellement habitable en orbiteautour de Jupiter intrigue autant qu'il fascine les astronomes depuis qu'un vaste océan d'eau salée en contact avec le noyau rocheux y a été découvert. Avec Encelade, autour de Saturne, deux fois plus loin, il est un des lieux où des formes de vie sont susceptibles d'exister.

Il ne reste donc plus qu'à aller y voir de plus près... Oui, mais pour explorer son océan qui contient deux fois plus d'eau que la Terre, il faut au préalable percer son épaisse armure de glace. Une autre solution, plus simple à mettre en œuvre, serait d'enquêter le plus près possible des geysersrécemment découverts, là où les sols fragilisés et fragmentés sont douchés par l'eau expulsées depuis ses entrailles. Ainsi, si vie il y a sous la surface de cette lune, sa signature devrait être décelable dans cet environnement.

Bientôt, au début de la décennie 2020, une sonde de la Nasa quittera la Terre pour une mission de survol de cette lune presque aussi grande que la nôtre. Au programme d'Europa Multiple FlybyMission : 45 survols à des altitudes variant entre 2.700 et 25 km où seront menées des enquêtes approfondies sur son habitabilité via des cartographies détaillées de sa minéralogie, des études de sa géodynamique, etc. Un préambule en quelque sorte visant à préparer le terrain, si l'on peut dire, du futur atterrisseur qui intéresse l'agence spatiale américaine.

En attendant les premières images de la future mission de survol d’Europe, voici la vue la plus détaillée jamais réalisée de la surface chaotique de ce satellite de Jupiter. Sur cette image prise par feu la sonde Galileo, la résolution est de 6 mètres par pixel. © Nasa, JPL-Caltech 

Élaborer une « stratégie de détection de la vie »

Ce futur explorateur est en train de passer ses premières évaluations conceptuelles (pré-phase A dans le jargon de la Nasa), étapes obligées avant son développement et sa construction, si toutefois elle est décidée. Le rapport de la Science Definition Team (SDT), l'équipe constituée par la Nasa en juin 2016, chargée d'évaluer la faisabilité de la mission et ses bénéfices scientifiques, vient d'être dévoilé (à consulter ici). Après délibération, les 21 chercheurs ont défini trois objectifs scientifiques :

• rechercher la vie ou des biosignatures ;
• définir l'habitabilité d'Europe par l'analyse des dépôts en surface ;
• caractériser les propriétés de sa surface pour une connaissance approfondie du terrain en vue de missions ultérieures d'exploration robotiques. Dans ses abysses peut-être ?

Les chercheurs ont préconisé de doter l'engin de huit instruments dans une « stratégie de détection de la vie ». Des forages dans un sol de glace (et autres matériaux déposés) jusqu'à 10 cm de profondeur sont envisagés. En collaboration avec les ingénieurs, l'équipe a aussi réfléchi à l'arrivée de l'atterrisseur et au moyen de le débarquer sur cet astre qui est quasiment dépourvu d'atmosphère. Affaire à suivre donc...

Prochain rendez-vous des scientifiques pour en parler, le 19 mars à l'occasion des Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) de 2017, puis le 23 avril, lors de Astrobiology Science Conference (AbSciCon).

Un appel à idées pour explorer Europe

La découverte de panaches d'eau de 200 km de hauteur sur Europe a relancé l'intérêt d'aller explorer cette Lune. Si l'ESA s'y aventurera au début des années 2030 avec deux survols de la sonde Juice, la Nasa prévoit également de s'y rendre en lui dédiant une mission à temps complet. Elle vient de lancer un appel à idées.

De façon à faire émerger des idées innovantes, voire audacieuses pour une mission à destination d'Europe, une des quatre lunes galiléennes de Jupiter, la Nasa a lancé un appel à idées à la communauté des scientifiques et des ingénieurs aérospatiaux. Seules contraintes imposées, que son coût n'excède pas le milliard de dollars, hors lanceur, et qu'elle réponde au plus grand nombre possible de priorités scientifiques recommandées en 2011 dans le rapport décennal de l'exploration robotique du Système solaire du Conseil national de la recherche états-unien.

Cet intérêt pour cette lune de Jupiter n'est pas nouveau. La Nasa a toujours eu des projets d'exploration d'Europe, mais sans qu'ils dépassent le stade de la réflexion ou des études préliminaires. Seuls trois d'entre eux, un orbiteur et deux engins de surface, sont allés assez loin dans le processus de décision, mais sans obtenir le feu vert. Aujourd'hui, avec cet appel à idées, la Nasa conforte Europa Clipper, le dernier projet en date.

Même si cette demande d'informations n'est pas un engagement ferme de la Nasa et ne préfigure donc pas une future mission, cette annonce est d'autant plus encourageante que le Congrès a décidé de financer les études nécessaires pour les années 2014 et 2015. En parallèle, la Nasa subventionne des technologies qui seront nécessaires pour la mise au point d'instruments pour étudier Europe. Nous ne serions pas surpris si à l'issue de cet appel à idées, la Nasa donne son feu vert à cette mission.

Europe, une lune de Jupiter, vue par la sonde Galileo de la Nasa en septembre 1996. Cette sonde est la seule à avoir survolé ce satellite à plusieurs reprises. L'image de gauche montre les couleurs qui s'approchent le plus de la réalité. © Nasa 

Recherche de la vie sur Europe

Bien qu'elle se situe cinq fois plus loin du Soleil que la Terre, Europe possède les trois facteurs intrinsèques à l'apparition de la vie, à savoir de l'eau à l'état liquide, une chimie organique et une source de chaleur ! L'eau est apportée par l'océan que l'on sait présent sous sa surface et qui contiendrait plus d'eau liquide que tous les océans de la Terre réunis. Quant à la chaleur, elle est induite par les marées internes générées par le champ gravitationnel de Jupiter. Ces deux paramètres laissent à penser qu'une chimie prébiotique a pu s'y développer et que des molécules organiques provenant des évents hydrothermaux y prolifèrent.

Sans surprise, les priorités scientifiques de la mission sont de démontrer l'existence de cet océan et de niches biologiques et déterminer l'habitabilité d’Europe. Elle devra également remonter autant que faire se peut l'histoire de sa géologie et recenser de futurs sites d'atterrissage.

L'intérêt d'étudier Europe est bien plus grand qu'il y paraît. Partant du principe que les géantes gazeuses sont la norme dans le bestiaire des planètes, on suppose que ces satellites recouverts de glace sont aussi fréquents que ces planètes. Pour de nombreux astronomes, cette Lune est représentative de mondes qui, avec leurs océans souterrains, pourraient constituer l'habitat le plus fréquent dans l'univers. Bien plus fréquents que le sont les planètes de type terrestre, qui nécessitent des conditions bien plus difficiles à réunir pour permettre à la vie d'émerger et perdurer.

Ces dernières années, la Nasa a étudié plusieurs concepts de missions à destination d’Europe, mais aucun n’a été sélectionné. Aujourd’hui, les lignes bougent. Le Congrès a donné son feu vert au financement d’études du concept Europa Clipper, et la Nasa a lancé un appel à idées pour la charge utile ainsi que l’architecture de la sonde. © Nasa, JPL-Caltech 

Blindage important pour résister à Jupiter

Du côté des ingénieurs, la principale difficulté vient de Jupiter. La conception de la sonde devra tenir compte de l'environnement radiatif induit par la planète géante. Elle devra également se conformer aux règles de la protection planétaire, qui stipulent qu'il ne faut pas contaminer les autres mondes : aucun organisme terrestre ne doit être introduit dans l'océan d'Europe. Elles ont également pour but de ne pas fausser les résultats scientifiques.

L'Europe est également très impliquée dans l'étude de cette lune. L'Agence spatiale européenne a donné son feu vert en mai 2012 à la mission Juice (Jupiter Icy Moon Explorer). Cette sonde sera lancée en 2022 à destination de Jupiter, qu'elle explorera ainsi que trois de ses plus grandes lunes : Ganymède, Callisto et bien sûr Europe. Airbus Espace développe un concept de pénétrateurcapable de s'enfoncer de plusieurs mètres sous des surfaces durcies par de la glace ou du régolithe. Il pourrait très bien être adapté pour creuser la surface glacée d'Europe sur plusieurs mètres.