Titan's native ocean revealed beneath some 45 km of ice by a Schumann-like resonance

After five years of thorough analysis of data from the Huygens Probe that descended into Titan's atmosphere in January 2005, we report major findings inferred from measurements of low frequency waves and atmospheric conductivity. The data account for the observation of a Schumann-like resonance trapped within Titan's atmospheric cavity. On Earth, this phenomenon is triggered by lightning and was anticipated to be observed on Titan, as it provides a tool to reveal the presence of a ground conductive boundary to sustain the resonance of the cavity. The Huygens observations show that the major electric field component of the signal is horizontal, which is inconsistent with lightning sources. We interpret, however, the observed signal as a second spherical harmonic of Titan's cavity, triggered and sustained by strong electric currents induced in the ionosphere by Saturn's magnetospheric plasma flow. The present study describes the characteristics of such trapped modes that allow us to constrain the parameters of the cavity and to infer the presence of a conductive layer at 45 km (±15 km) below the surface. By comparison with the presence of subsurface conductive ocean in the Galilean icy satellites, we conclude that Titan should have pursued similar processes of internal dynamics. To date, this result represents the only evidence for a buried ocean in Titan.

RésuméAprès cinq années d’analyses minutieuses des données de la sonde Huygens qui s’est posée sur Titan en janvier 2005, nous présentons les principales découvertes déduites des mesures d’ondes basse fréquence et de conductivité atmosphérique. Les observations font état d’une résonance de la cavité atmosphérique de Titan, de type Schumann. Sur Terre, ce phénomène est déclanché par les éclairs d’orages, et son observation était attendue sur Titan pour sa capacité à révéler la présence d’un sol réfléchissant, nécessaire à l’entretien d’une résonance de cavité. Les observations de Huygens montrent que le champ électrique du signal est essentiellement horizontal, ce qui est incompatible avec des sources orageuses. Nous interprétons, cependant, ce signal comme étant un deuxième harmonique sphérique de la cavité de Titan, excité et entretenu par d’intenses courants électriques induits dans l’ionosphère par le flux du plasma magnétosphérique de Saturne. L’étude présentée ici décrit les caractéristiques de tels modes qui permettent de contraindre les paramètres de la cavité et de prédire la présence d’une couche conductrice à 45 (±15) km sous la surface. Par analogie avec la présence d’océans sous la surface des satellites Galiléens glacés, nous concluons que Titan devrait avoir suivi des processus similaires de dynamique interne. Ce résultat représente actuellement la seule manifestation d’un océan sous la surface de Titan.