Encelade est la sixième plus grande lune de Saturne et la 18e plus grande du Système solaire, avec un diamètre d'environ 500 km, soit environ un dixième de celui de Titan, la plus grande lune de Saturne. C'est un petit monde selon n'importe quel standard planétaire, à peine un septième du diamètre de notre propre Lune. Et pourtant, ce petit corps glacé est l'un des endroits les plus actifs de tout le Système solaire externe.
Encelade est recouverte d'une neige propre et fraîchement déposée, épaisse de plusieurs centaines de mètres, ce qui en fait l'un des corps les plus réfléchissants du Système solaire. Par conséquent, sa température de surface n'atteint que -198 °C à midi, bien plus froide que ne le serait un corps absorbant la lumière — la lune renvoie si bien la lumière du soleil vers l'espace qu'elle se réchauffe à peine, même en plein soleil.
Cet éclat glacé n'est en réalité que le symptôme, en surface, de quelque chose de bien plus étrange qui se produit en dessous : un océan caché, des geysers actifs et un rôle direct et permanent dans la construction de l'un des anneaux de Saturne.
Un point discret pendant deux siècles
Encelade a été découverte le 28 août 1789 par William Herschel, mais on en savait peu de choses jusqu'aux survols de Saturne par Voyager 1 et Voyager 2 en 1980 et 1981. Herschel fit cette découverte lors de la première utilisation de son nouveau télescope de 1,2 mètre et 40 pieds, alors le plus grand du monde, à l'Observatory House de Slough, en Angleterre — un instrument véritablement à la pointe de la technologie, et pourtant à peine suffisant pour distinguer Encelade autrement que comme un simple point lumineux.
Pendant plus de deux siècles après cela, Encelade est restée largement un mystère. Il aura fallu que des sondes spatiales se rendent réellement dans le système de Saturne pour révéler ce que faisait vraiment cette lune.
La lune qui construit l'anneau le plus externe de Saturne
Encelade orbite dans la partie la plus dense de l'anneau E de Saturne, le plus externe des grands anneaux de la planète, et constitue la principale source de matière de cet anneau. C'est un rôle inhabituel pour une lune : plutôt que de simplement orbiter à l'intérieur d'un anneau, Encelade l'alimente activement. L'anneau E de Saturne est instable, avec une durée de vie de seulement 10 000 à 1 million d'années ; ses particules doivent donc être constamment renouvelées — ce qui signifie que sans source active, l'anneau n'existerait pratiquement pas durant la fenêtre astronomiquement courte pendant laquelle nous l'observons.
Les deux premiers survols rapprochés de Cassini en 2005 ont confirmé qu'Encelade était la source des particules de l'anneau E, et en novembre 2005, Cassini a directement photographié des jets de particules glacées semblables à des geysers s'élevant de la région polaire sud de la lune. C'était la première preuve visuelle directe qu'une petite lune glacée pouvait alimenter activement l'un des anneaux d'une planète.
Encelade orbite autour de Saturne toutes les 32,9 heures, assez rapidement pour que son mouvement soit observable en une seule nuit, et se trouve en résonance orbitale 2:1 avec Dioné, effectuant deux orbites autour de Saturne pour chaque orbite complétée par Dioné. Cette résonance n'est pas anodine — elle contribue à maintenir l'orbite d'Encelade légèrement excentrique, et cette excentricité contribue à son tour à maintenir l'intérieur de la lune suffisamment chaud pour rester géologiquement actif.
Un océan qui jaillit dans l'espace
Les jets émanant du pôle sud d'Encelade projettent environ 250 kg de vapeur d'eau par seconde, à des vitesses atteignant 2 189 km/h, directement dans l'espace — un véritable jet de matière lancé depuis une lune glacée droit dans le vide qui l'entoure. Cette eau provient d'un véritable océan souterrain : l'océan d'Encelade se trouve probablement sous une banquise glacée d'environ 30 à 40 kilomètres d'épaisseur, isolée du vide spatial sauf là où elle s'échappe par le pôle sud fracturé de la lune.
Les panaches ne sont pas composés que d'eau. Cassini a détecté des traces de composés organiques simples et complexes dans la matière issue des panaches d'Encelade, notamment du benzène et des composés organiques macromoléculaires atteignant jusqu'à 200 unités de masse atomique et au moins 15 atomes de carbone — une chimie du carbone complexe, non pas découverte sur une planète, mais projetée directement depuis l'intérieur d'une petite lune, où une sonde a pu la traverser et en prélever des échantillons.
Une chaleur qui ne devrait pas exister
Rien de tout cela ne serait possible sans une source de chaleur importante, et Encelade en possède une que les scientifiques n'arrivent toujours pas à expliquer entièrement. Une région chaude a été découverte près du pôle sud d'Encelade, avec des températures de 85 à 90 K, et de petites zones atteignant jusqu'à 157 K — bien trop chaud pour être expliqué par le seul rayonnement solaire. Quelque chose à l'intérieur de la lune génère une chaleur bien supérieure à ce que sa taille et son orbite devraient produire.
Les données du spectromètre infrarouge de Cassini ont permis de mesurer la chaleur interne générée par le terrain polaire sud d'Encelade à environ 4,7 gigawatts, un chiffre difficile à expliquer par le seul réchauffement par effet de marée, laissant la principale source de chaleur mystérieuse. Une explication proposée en 2017 apporte une réponse partielle : une simulation informatique utilisant les données de Cassini indique que la chaleur de friction produite par des fragments de roche glissant les uns contre les autres dans le noyau poreux et fragmenté d'Encelade pourrait maintenir son océan souterrain à température durant des milliards d'années — l'intérieur rocheux de la lune se broyant sur lui-même comme une fournaise lente et perpétuelle.
Quatre rayures, un monde en éruption
La signature la plus claire de toute cette activité est inscrite directement sur le pôle sud d'Encelade. Les quatre fractures en « rayures de tigre » de la lune ont été observées pour la première fois le 20 mai 2005 par la caméra Imaging Science Subsystem de Cassini, et chacune constitue à part entière une véritable structure géologique : chaque dépression en rayure de tigre mesure en moyenne 130 km de long, 2 km de large et 500 mètres de profondeur, bordée de crêtes culminant en moyenne à 100 mètres.
Les quatre rayures de tigre portent officiellement les noms d'Alexandria, Cairo, Baghdad et Damascus Sulci ; Baghdad et Damascus sont les plus actives sur le plan volcanique, tandis qu'Alexandria est la moins active. C'est de fractures comme celles-ci que jaillissent réellement les panaches d'Encelade — des fissures dans une coquille de glace par ailleurs immaculée, qui laissent échapper directement l'océan sous-jacent vers l'espace.
Cette coquille immaculée explique précisément l'aspect qu'Encelade présente vue de loin. La glace fraîche et propre qui domine sa surface fait d'Encelade le corps le plus réfléchissant du Système solaire, avec un albédo géométrique visuel de 1,38 et un albédo de Bond bolométrique de 0,81 — une couche de matière de surface si brillante et si constamment renouvelée par les retombées de ses propres panaches qu'elle surpasse en éclat tous les autres objets connus du Système solaire.
La mission qui a tout rendu possible
Aucune de ces découvertes n'aurait été possible sans la sonde Cassini, quatrième sonde spatiale à visiter Saturne et la première à entrer en orbite autour d'elle, où elle est restée de 2004 à 2017. Treize années de survols rapprochés et répétés ont transformé Encelade d'un point lointain et faiblement lumineux en l'un des mondes océaniques les mieux documentés du Système solaire — et l'un des endroits les plus prometteurs pour continuer à rechercher ce qui pourrait bien se passer dans son océan caché.