Les scientifiques soupçonnaient depuis longtemps la présence d'une atmosphère extrêmement raréfiée dans cet immense satellite naturel de Jupiter. Jusqu'à récemment, on supposait qu'il était constitué d'oxygène, qui est éliminé par des particules chargées de la surface glacée de Ganymède. De nouvelles données montrent qu'il existe un autre mécanisme pour reconstituer son enveloppe gazeuse en matière - dans le processus de sublimation de l'eau résultant du chauffage par la lumière du soleil.
Ganymède est un curieux sujet de recherche. C'est la plus grande de toutes les lunes des planètes du système solaire. Elle est plus grande que Mercure, bien qu'elle soit plus de deux fois plus légère qu'une planète rocheuse. Et en comparaison avec la Lune loin d'être petite, cet objet semble colossal du tout - il est plus de deux fois plus massif qu'un satellite naturel. Grâce à ces caractéristiques impressionnantes, Ganymède ressemble davantage à une planète: elle possède son propre champ magnétique et des intestins différenciés. La question de la présence d'une atmosphère, bien que très raréfiée, s'est donc posée depuis longtemps.
Elle a été retrouvée avec des instruments au sol en 1972, lorsque Ganymède a recouvert l'étoile. Ensuite, la pression de surface sur ce satellite a été estimée à 0,1 pascal. Néanmoins, à peine sept ans plus tard, les données de la sonde Voyager 1 survolant le système Jupiter ont diminué l'enthousiasme des astronomes. Les instruments de la sonde ont déterminé la limite supérieure de la concentration de molécules à la surface de Ganymède, typique pour une pression de gaz ne dépassant pas 2,5 micropascals. Et c'est presque cinq ordres de grandeur de moins de matière. Le raffinement est d'autant plus précieux qu'il a été réalisé grâce à des mesures dans l'ultraviolet lointain, et non en lumière visible, ce qui donne une image beaucoup plus nette.
Jusqu'en 1995, aucune nouvelle information sur l'atmosphère de Ganymède n'a pu être obtenue. Mais le télescope spatial Hubble a fourni de nouvelles données. Il a trouvé une faible concentration d'oxygène moléculaire (O2) dans les limites précédemment fixées par Voyager. Il a été possible de préciser ces mesures trois ans plus tard, lorsque l'appareil géocroiseur a reçu de nouveaux instruments. Dans le même temps, une légère bizarrerie s'est imposée: certaines raies spectrales ont dépassé les limites caractéristiques de l'oxygène moléculaire.
Interprétant ces résultats, les scientifiques ont décidé qu'une partie du gaz au-dessus de la surface de Ganymède était de l'oxygène atomique. Cette atmosphère raréfiée est reconstituée par des particules à haute énergie du vent solaire qui pénètrent dans la magnétosphère du satellite et font sortir des molécules ou des atomes de la glace d'eau. L'hydrogène est très léger et s'évapore presque immédiatement, mais l'oxygène parvient à rester peu de temps. Sa concentration est suffisante pour qu'une partie des électrons capturés par les raies des champs magnétiques de Ganymède et Jupiter excitent des atomes individuels qui, à leur tour, émettent des photons. En fait, à partir de ces aurores dans la gamme ultraviolette, "Hubble" et "vu" l'oxygène souhaité.
Cependant, une équipe internationale dirigée par l'astrophysicien suédois Lorenz Roth a décidé d'approfondir la question. Dans leurs recherches, les scientifiques ont combiné les données d'archives de deux instruments Hubble différents, ainsi que des observations relativement récentes de 2018, et les ont analysées ensemble. Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Nature Astronomy. Les auteurs des travaux scientifiques étaient des spécialistes du Royal Technological Institute (Suède) et du Southwest Research Institute (USA), ainsi que des universités de Cologne (Allemagne) et de Liège (France).
Un examen plus détaillé de la quantité impressionnante de mesures spectrales et d'images dans le domaine ultraviolet a permis aux spécialistes de clarifier la composition de l'atmosphère de Ganymède. En plus de l'oxygène moléculaire, il contient également de la vapeur d'eau, ce qui a été remarqué par Hubble en 1998. Mais les scientifiques n'avaient pas suffisamment de données pour l'établir avec précision, ils ont donc choisi l'option la plus probable (oxygène atomique). Cette conclusion était également préférable parce que le mécanisme proposé de formation de gaz - éliminer les molécules et les atomes de la glace d'eau - ne peut pas expliquer la présence de vapeur dans l'atmosphère.
Mais grâce à la grande quantité de données qui sont également collectées lors d'observations à long terme, l'équipe de Roth est convaincue qu'il y a relativement beaucoup de vapeur à la surface de Ganymède, et elle y apparaît à la suite de la sublimation de l'eau de la glace.. Le fait est qu'au cours de la journée locale, la température de surface de la plus grande lune de Jupiter fluctue dans des limites significatives. Du côté éclairé par le Soleil, les conditions se présentent lorsqu'il y a suffisamment de chaleur pour transférer certaines molécules d'eau d'un solide à un gaz. Non, il n'y a jamais de température positive là-bas, mais dans des conditions proches du vide absolu, ce processus commence même à seulement cent kelvins.
Cette découverte ajoute considérablement au trésor de connaissances humaines sur les lunes glacées de Jupiter, en particulier à la lumière du lancement imminent de la mission JUICE. La mission de cet appareil, créé par l'Agence spatiale européenne, sera d'étudier à la fois la géante gazeuse elle-même et trois des satellites galiléens: Ganymède, Callisto et Europa. Le démarrage est prévu pour 2022, et le début de la campagne de recherche est prévu pour 2029. L'intérêt des scientifiques pour les plus gros satellites de Jupiter s'explique par les conditions incroyablement favorables à l'émergence de la vie sur eux. Ainsi, à Ganymède et en Europe, la présence d'un océan souterrain d'eau liquide est confirmée avec une grande fiabilité, et à Callisto, elle est suspectée.