23
I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport de JUICE – première mission Large de l’ESA dans Cosmic Vision O.Grasset L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) Europa et Ganymede: les deux meilleurs exemples des “habitats profonds”

L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds

II. L’apport de JUICE – première mission Large de l’ESA dans Cosmic Vision

O.Grasset

L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission)

Europa et Ganymede: les deux meilleurs exemples des “habitats profonds”

Page 2: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Définir un environnement �Habitable��:

Les ingrédients

water essential

elements

(CHNOPS...)

chemical

energy stable

environment

Habitability

Page 3: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

habitable worlds?

Classe I – Type Terre

• Tectonique des plaques

• L’eau existe dans les trois états L-G-S

• Peu d’eau…(0.01 %wt)

• Atmosphere dense

• Protection magnétique

• Stabilité relative

Quels sont les mondes habitables

Page 4: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

habitable worlds?

Classe II : environnement habitable dans le passé mais évolution du cas Terre

Quels sont les mondes habitables

La dimension Temps est cruciale

• migration due to star evolution

• Location within the HZ

• Weak magnetic fields

• Dynamical evolution

• Atmospheric loss processes

Lammer et al., 2009

Page 5: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

SNOW LINE

Classes I-II: zone habitable en surface, peu d’eau, domaine restreint Au delà de la snow-line: habitats profonds au sein des hydrosphères

Mondes glacés dans un contexte global

Surface habitats Deep habitats

Deep habitats

Page 6: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

habitable worlds?

Classe III : océans de subsurface en contact avec les silicates

Quels sont les mondes habitables

Type Europa • Eau

• Elements essentiels

• Energie chimique

• Environment stable

Page 7: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

habitable worlds?

Classe IV : océans de subsurface sans contact avec les silicates

Quels sont les mondes habitables

Type Ganymede • Eau liquide

• Elements essentiels: des silicates?

• Energie chimique : des silicates?

• Environment stable

H2O Well-known since 1912 (Bridgman) Modern experiments (for planetology) devoted to complex mixtures.

Page 8: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

SUPER-EARTHS INTERMEDIARY GIANTS

GJ1214b

B1257

+12A

>140

Uranus Neptune

>530

Jupiter Saturn

Kepler 22b

Exoplanets Five families

> 800 planets

Jupiter system

Three waterworlds

One giant planet

Iron-rich

Earth-like Waterworlds

Ganymede

Jupiter

Ganymède est le “modèle réduit” des exoplanètes riches en eau

Page 9: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Europe et Ganymede sont des archétypes des classes III et IV

Occurrence: Largest moons, hot ice giants, ocean-planets… Most common habitat in the universe ?

Key question: Are these waterworlds habitable ?

What JUICE will do: Via characterisation of Ganymede, will constrain the likelihood of habitability in the universe

Occurrence: Europa, Enceladus Only possible for very small bodies

Key question: How are the surface active areas related to potential deep habitats?

What JUICE will do: Pave the way for future landing on Europa Better understand the likelihood of deep local

habitats

Waterworlds: If habitable, the liquid layers are trapped between two icy layers

Europa-like: If habitable, the liquid layers may be in contact with silicates as on Earth

Page 10: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Introduction La mission JUICE

Page 11: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

•  Dry mass ~1900 kg, propellant mass ~2900 kg

•  High �v required: 2600 m/s

•  Model payload 104 kg, ~120 – 150 W

•  3-axis stabilized s/c

•  Power: solar array 60 – 70 m2, 640 – 700 W

•  HGA: >3 m, fixed to body, X & Ka-band

•  Data return >1.4 Gb per 8 h pass (one ground station)

Spacecraft Design

Mission design JUICE

Option 1

Option 2

Option 3

Imaging, Spectroscopy, In situ Fields and Particles, Radio science and sounders

Page 12: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Mission design JUICE

Mission phases

Launch June 2022

(August 2023)

Interplanetary transfer (Earth-

Venus-Earth_Earth)

7.6 years

(8 years)

Jupiter orbit insertion and

apocentre reduction with

Ganymede gravity assists

11 months

Page 13: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Launch June 2022

Interplanetary transfer (Earth-

Venus-Earth_Earth)

7.6 years

Jupiter orbit insertion and

apocentre reduction with

Ganymede gravity assists

11 months

2 Europa flybys 36 days

Europa

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 km

90 270 180

Altitude

East longitude

Mission design JUICE

Mission phases

Page 14: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Launch June 2022

Interplanetary transfer (Earth-

Venus-Earth_Earth)

7.6 years

Jupiter orbit insertion and

apocentre reduction with

Ganymede gravity assists

11 months

2 Europa flybys 36 days

Reduction of vinf (Ganymede,

Callisto)

60 days

Increase inclination with 10

Callisto gravity assists

200 days

Callisto to Ganymede 11 months

Ganymede (polar) 10,000x200 km & 5000 km

500 km circular

200 km circular

150 days

102 days

30 days

Total mission at Jupiter 3 years

Mission design JUICE

Mission phases

6

7

8

9-10

Page 15: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Liquid water

1. Extent of the ocean and its relation to the deeper interior

JUICE measurements Instrument Packages   In situ Fields and Particles

  Imaging   Sounders and Radio Science

0

50

10 20 40 60 100 20080

100

150

200

250

300

350

400

Ice crust thickness (km)

Ocean

th

ickn

ess (

km

)

Crust thickness (km)

  Surface deformations

Surface deformations

  Rotation

Rotation

  Magnetic induction

Magnetic induction

Internal structure

Silicates

Metallic core

Icy mantle

Liquid layer

Icy crust

2030 2031 2032 2033Year

Ganymede

Characterise Ganymede as a planetary object and possible habitat

Page 16: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Galileo NIMS coverage

Essential elements

2. Composition, distribution, and evolution of surface materials

What are the surface chemical compounds ? Exogeneous /

endogeneous ?

Volatiles

Ions and Neutrals

Instrument Packages   Spectroscopy

  Imaging   In situ

  Radar sounder

How does the surface relate to the subsurface ?

Remote sensing

Spatial coverage •  >50% at 2-3 km/px

•  100 m/px on a few %

•  10 m/px where needed

Spectral coverage •  4 times better than

Galileo NIMS

•  Close to lab data quality

when needed

2030 2031 2032 2033Year

Ganymede

Characterise Ganymede as a planetary object and possible habitat

Page 17: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Stability - resonnance

Instrument Packages   Imaging

  Spectrometers   Sounders

G

Ganymede surface mapping

Galileo

x 50

JUICE

Measurements   Global imaging at

200-400 m/px

  High Resolution target areas

  Topography/

morphology

  Subsurface exploration

  Compositional

relationships

2030 2031 2032 2033Year

Ganymede

3. Formation of surface features and search for past and present activity

Characterise Ganymede as a planetary object and possible habitat

Page 18: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Liquid water

JUICE will tell us:

Europa2030 2031 2032 2033Year

Explore Europa recently active zones

•  If liquid reservoirs exist

•  If the salinity is comparable to our oceans

•  How thick the crust is in chaos regions

•  If the moon is still active

•  Potentially where we could land in the future

Page 19: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Flyby strategy:

•  In-situ observations •  Imaging

•  Infrared observations

•  Ice penetrating radar

•  altimetry

Will result in :

Characterisation of induced field

Europa2030 2031 2032 2033Year

Explore Europa recently active zones

Composition and geology of areas of high

interest

First subsurface exploration of recently active

regions

Page 20: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

De la découverte à la caractérisation des habitats profonds

Conclusions JUICE : Etudes de Jupiter, sa magnétosphère, et des lunes gelées

Page 21: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport
Page 22: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

L’eau dans le système solaire

Le système interne– peu d’eau disponible

Système jovien

Environ 50 %wt: Noyau Jupiter, Ganymede, Callisto, petites lunes??? Environ 10 %wt: Europa

Pas d’eau: Io Système de Saturne

Environ 50 %wt: Noyau Saturne, Titan, Enceladus Environ 20-30 %wt: Mimas, Thetys, small moons

Pas d’eau: aucun

Uranus, Neptune, et au-delà

Probablement > 60 %wt dans les noyaux planétaires

Mercure et la Lune

Quelques traces Mars et Venus

Non négligeable mais pas suffisant pour l’habitabilité (present time) Quantité d’eau passée inconnue, mais nettement plus élevée

La Terre

0.01%wt de la planète– Peu d’eau, mais assez pour l’habitabilité…

Le système externe– beaucoup d’eau conservée au delà de la snow line

Page 23: L’habitabilité des lunes glacées de Jupiter (JUICE Mission) - FUN … · 2015-04-08 · I. Généralités sur les mondes habitables – focus sur les habitats profonds II. L’apport

Sources and sinks of atmosphere Coupling to Jupiter’s magnetosphere

2030 2031 2032 2033JUICE phase

Year

Europa

2 3 4 5 6­8 9 10 ...

Callisto

Ganymede

PerijovesJOI   In situ Fields and Particles

  Imaging

  Spectroscopy

  Radio science

Dipole magnetic field and mini-magnetosphere

2030 2031 2032 2033JUICE phase

Year

Europa

2 3 4 5 6­8 9 10 ...

Callisto

Ganymede

PerijovesJOI

4. Characterise the local environment

Characterise Ganymede as a planetary object and possible habitat