Le radiomètre micro-ondes de Juno révèle la chaleur sous la croûte volcanique d’Io
La sonde Juno de la NASA a produit les premières mesures de température sous la surface d’Io, la lune galiléenne la plus proche de Jupiter et l’astre le plus volcanique du Système solaire. Les données, recueillies lors de deux survols rapprochés et publiées dans le Journal of Geophysical Research : Planets le 22 juillet 2026, révèlent une augmentation de température de plus de 20 degrés Celsius dans les premiers mètres de la croûte de la lune et montrent que la surface est étonnamment lisse et poreuse sur de vastes étendues.
Ces résultats proviennent du radiomètre micro-ondes (MWR) de Juno, un instrument équipé de six antennes qui détectent simultanément des micro-ondes à des longueurs d’onde allant de 1,3 à 51 centimètres. Conçu à l’origine pour sonder les épaisses couches nuageuses de Jupiter, le MWR a été utilisé durant la mission prolongée de Juno pour observer trois des lunes galiléennes de la planète : Ganymède, Europe et Io. Sur Ganymède et Europe, l’instrument a sondé des dizaines de kilomètres sous les surfaces glacées, mais la capacité à voir sous la roche volcanique d’Io a été un bonus inattendu.
Lors des survols du 30 décembre 2023 et du 3 février 2024, Juno est passée à environ 1 500 kilomètres au-dessus de la surface d’Io. Le MWR a mesuré l’émission thermique ascendante à des profondeurs allant de quelques centimètres à plusieurs mètres. Chaque longueur d’onde pénétrant à une profondeur différente, les six canaux produisent ensemble un profil vertical de température du sous-sol peu profond.
Un gradient de température qui pointe vers un échauffement interne
Les données du MWR ont révélé une forte pente spectrale dans les canaux les plus basse fréquence à toutes les latitudes échantillonnées, indiquant un échauffement endogène significatif dans les premiers mètres. Les températures ont augmenté de plus de 20 degrés Celsius par rapport à la température de surface cutanée, un gradient bien trop élevé pour être expliqué par le réchauffement solaire d’un monde sans atmosphère.
L’équipe de recherche, dirigée par Shannon Brown au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, a appliqué deux modèles simples pour expliquer les spectres micro-ondes observés. Dans le premier modèle, la chaleur s’élève régulièrement à travers une couche conductrice proche de la surface, produisant des flux thermiques de fond de 1 à 3 watts par mètre carré. Modeste en un lieu donné, comparable à une petite veilleuse sous chaque mètre carré, ce flux intégré sur l’ensemble de la surface d’Io représente un dégagement de chaleur jusqu’à 30 fois supérieur à la moyenne globale terrestre.
Le second modèle propose que le signal provienne de coulées de lave relativement récentes ou de cheminées de chaleur enfouies sous une croûte en refroidissement. Dans ce scénario, le matériau chaud se trouverait à environ 10 mètres sous la surface et couvrirait environ 10 % de la surface d’Io à un instant donné. La lave aurait moins de cinq ans, suggérant un cycle continu d’éruptions, d’enfouissement et de refroidissement sur toute la surface de la lune.
Les seules données du MWR ne permettent pas de distinguer ces deux scénarios, et les deux pourraient opérer simultanément dans différentes régions d’Io.
Une surface semblable à de la pierre ponce et des cendres
Au-delà du profil de température, les observations du MWR ont révélé des propriétés inattendues de la surface d’Io elle-même. La lune réfléchit les micro-ondes de manière spéculaire, comme un miroir, indiquant une surface remarquablement lisse à l’échelle de 100 kilomètres, malgré sa topographie visible de hautes montagnes et de caldeiras volcaniques. Brown a noté que loin de ses montagnes, la surface ressemble davantage aux Grandes Plaines d’Amérique du Nord qu’à un monde volcanique accidenté.
Les données micro-ondes ont également contraint la constante diélectrique du matériau de surface, donnant des valeurs comprises entre 2 et 4. Cela correspond à une densité de 0,7 à 1,1 gramme par centimètre cube pour les 10 premiers centimètres de la couche superficielle. À titre de comparaison, la roche volcanique solide a une densité d’environ 2,5 à 3 grammes par centimètre cube. La faible densité indique que la surface d’Io est constituée d’un matériau hautement poreux et fragmenté, plus proche de la pierre ponce ou des cendres volcaniques légères que de la roche solide.
Cette couche superficielle poreuse résulte probablement de la pluie constante d’éjectas volcaniques qui recouvre Io. Avec des centaines de volcans actifs sur sa surface, la lune est continuellement resurfacée par des éruptions qui déposent un matériau meuble de retombées aériennes.
L’échauffement tidal et le contexte général
Le volcanisme extrême d’Io est alimenté par l’échauffement tidal. Alors qu’Io orbite autour de Jupiter, la gravité immense de la planète étire et comprime la lune, tandis que les attractions gravitationnelles des lunes voisines Europe et Ganymède maintiennent son orbite légèrement elliptique. Cette flexion constante génère d’énormes frottements internes, produisant bien plus de chaleur que la seule désintégration radioactive ne pourrait en fournir pour une lune de la taille d’Io.
Les résultats de Juno offrent une nouvelle fenêtre d’observation sur la manière dont la chaleur tidale se déplace à travers une croûte rocheuse. Jusqu’à présent, les scientifiques ne pouvaient observer la chaleur s’échappant à la surface d’Io que par des mesures infrarouges ou des observations directes d’éruptions. Les données du MWR montrent où la chaleur est stockée et transportée dans le sous-sol peu profond, permettant aux chercheurs de caractériser la façon dont l’énergie tidale circule de l’intérieur vers la surface.
La technique a des implications au-delà d’Io. Les mêmes forces tidales qui animent le volcanisme d’Io sont responsables du maintien des océans d’eau liquide sous la surface d’Europe et d’Encelade. Comprendre comment l’échauffement tidal distribue l’énergie à travers différents types de croûte, rocheuse sur Io et glacée sur Europe, aide les planétologues à construire de meilleurs modèles du fonctionnement de ces lunes en tant que systèmes. Scott Bolton, chercheur principal de Juno au Southwest Research Institute, a souligné que la découverte que la radiométrie micro-ondes peut voir sous la surface d’une lune rocheuse a également d’importantes implications pour l’étude des volcans terrestres.
L’article est signé par Shannon Brown, Virgil Adumitroaie, Scott Bolton, Anton Ermakov, Jianqing Feng, Steven Levin, Matthew Siegler et Zhimeng Zhang, affiliés au JPL, au Caltech, au Southwest Research Institute, à l’université Stanford, au Planetary Science Institute et à l’université d’Hawaï. Juno a été lancée en août 2011 dans le cadre du programme New Frontiers de la NASA et est entrée en orbite autour de Jupiter le 6 juillet 2016, achevant son 85e périjove le 5 juillet 2026.
Traduit par Lydie