La surface de Titan vue dans l'infrarouge par la sonde Cassini

Titan, le plus gros satellite de Saturne, a été survolé 127 fois par la sonde Cassini entre 2004 et 2017. Une équipe internationale a compilé l'ensemble des données du spectromètre imageur VIMS pour créer une carte globale de la surface dans l'infrarouge, montrant la diversité géologique des terrains. Une vidéo synthétique en illustre les principales caractéristiques, des champs de dunes équatoriaux aux cratères d'impact, jusqu'au site d'atterrissage du module Huygens.

13 années d'observations effectuées par le spectromètre imageur VIMS de la sonde Cassini ont été combinées pour produire une carte globale de la surface de Titan en fausses couleurs. L'intérêt de l'instrument VIMS, qui enregistre des images de 64x64 pixels dans 352 longueurs d'ondes, est de pouvoir observer à travers la brume atmosphérique dans plusieurs "fenêtres" infrarouges où le méthane est en partie transparent, donnant ainsi accès à la surface. Générer des cartes homogènes s'est montré une tâche particulièrement ardue, en raison notamment des effets de l'atmosphère qui diffuse et absorbe fortement la lumière, effets couplés à la géométrie d'observation toujours changeante d'un survol à l'autre, ainsi qu'aux variations temporelles durant les 13 années d'observation. Il a d'abord fallu trier et calibrer précisément l'ensemble des images brutes, puis essayer de réduire l'influence de l'atmosphère, avant d'obtenir ces cartes globales de la surface à différentes longueurs d'ondes.

Combiner les observations entre elles permet ensuite de mettre en évidence la diversité géologique et de révéler les principales unités en terme de composition, et ce à l'échelle globale. La technique des rapports de bandes, où l'on divise une image prise à une longueur d'onde par une image prise dans une autre longueur d'onde, s'est révélée particulièrement efficace pour mettre en évidence les variations de composition.

Dans la vidéo synthétique ci-dessous, montrant la surface de Titan en fausses couleurs, une large zone apparaît en marron au niveau de l'équateur tout autour du satellite. Cette zone correspond à d'immenses champs de dunes lorsqu'on la compare localement aux images du radar de Cassini (qui ne couvrent que les deux tiers de la surface). D'autres régions bleutées apparaissent sur cette nouvelle carte, traduisant la présence de terrains de composition différente, pouvant s'expliquer par un enrichissement local en glace d'eau ou bien en composés organiques. Les cratères Sinlap ou Menrva, que l'on voit dans la vidéo, en sont de bons exemples. L'intégration de l'ensemble du jeu de données VIMS dans une carte synthétique permet une comparaison plus fine avec les autres observations, comme celles du Radar de la sonde Cassini, ou bien avec les images prises par le module Huygens lors de son atterrissage, comme on peut également le voir à la fin de la vidéo.

Lors du processus d'analyse des données, des outils de prévisualisation de chaque observation spectrale individuelle ont été mis en place. Chacun peut maintenant facilement accéder en quelques clics à la beauté des images infrarouges de Titan (et des autres satellites de glace) à l'aide de ce site web. Cassini nous a révélé toute la richesse géologique de Titan, le seul corps en dehors de la Terre à avoir des pluies, des rivières, des mers, formés par des hydrocarbures à 180°C, et non de l'eau. Tout ce que nous avons appris nous donne fortement l'envie d'y retourner avec de nouveaux moyens d'investigation.


Le LPG etait responsable de l'implémentation des observations VIMS de Titan (Co-I Christophe Sotin et associate investigator Stephane Le Mouelic) avec un support financier du CNES.