Mars dévoile son secret nocturne : découverte d’une lueur verte fascinante

L’orbiteur ExoMars Trace Gas Orbiter de l’ESA a découvert une lueur nocturne verte dans l’atmosphère martienne, fournissant des données cruciales sur les processus atmosphériques et un éclairage potentiel pour les futures missions martiennes. Ce phénomène, distinct des aurores, marque une avancée significative dans notre compréhension de Mars.

Lorsque les futurs astronautes exploreront les régions polaires de Mars, ils verront une lueur verte éclairer le ciel nocturne. Pour la première fois, une lueur nocturne visible a été détectée dans l’atmosphère martienne par la mission ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de l’ESA.

Sous un ciel clair, la lueur pourrait être suffisamment brillante pour que les humains puissent voir et que les rovers puissent naviguer dans les nuits sombres. Nightglow est également observé sur Terre. Sur Mars, c’était quelque chose d’attendu, mais jamais observé en lumière visible jusqu’à présent.

Lueur nocturne sur Mars

La lueur nocturne atmosphérique se produit lorsque deux atomes d’oxygène se combinent pour former une molécule d’oxygène, à environ 50 km (~30 miles) au-dessus de la surface planétaire.

Les atomes d’oxygène ont fait un voyage : ils se forment du côté jour de Mars lorsque la lumière du soleil donne de l’énergie aux molécules de dioxyde de carbone, les séparant ainsi. Lorsque les atomes d’oxygène migrent vers la nuit et cessent d’être excités par le Soleil, ils se regroupent et émettent de la lumière à des altitudes plus basses.

Cette animation décrit le processus censé expliquer la lueur nocturne martienne. Lorsqu’elles sont exposées au rayonnement ultraviolet solaire à une altitude de 70 km, les molécules de dioxyde de carbone – le principal constituant de l’atmosphère de Mars – sont divisées en atomes de monoxyde de carbone et d’oxygène. Ces atomes d’oxygène (représentés par des sphères rouges) sont transportés par une gigantesque cellule de Hadley, qui présente une branche ascendante au-dessus du pôle d’été diurne et une branche descendante au-dessus du pôle d’hiver, qui se trouve dans l’hémisphère nocturne. Les atomes d’oxygène se recombinent en oxygène moléculaire dans la branche descendante de la cellule Hadley, à une altitude de 30 à 50 km, émettant un rayonnement infrarouge. Crédit : ESA

« Cette émission est due à la recombinaison d’atomes d’oxygène créés dans l’atmosphère estivale et transportés par les vents vers les hautes latitudes hivernales, à des altitudes de 40 à 60 km dans l’atmosphère martienne », explique Lauriane Soret, chercheuse au Laboratoire d’Etudes Atmosphériques et Planétaires. Physique de l’Université de Liège, en Belgique, et une partie de l’équipe qui a publié la découverte dans Astronomie naturelle.

L’éclairage de la lueur nocturne pourrait être suffisamment brillant pour éclairer le chemin du futur, voir la lueur aussi brillante que les nuages ​​éclairés par la lune sur Terre.

« Ces observations sont inattendues et intéressantes pour de futurs voyages sur la planète rouge », déclare Jean-Claude Gérard, auteur principal de la nouvelle étude et planétologue à l’Université de Liège.

L’Airglow se produit dans l’atmosphère terrestre lorsque la lumière du soleil interagit avec les atomes et les molécules de l’atmosphère. Sur cette image, prise par les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS) en 2011, une bande verte de lueur d’oxygène est visible au-dessus de la courbe de la Terre. En surface, des parties de l’Afrique du Nord sont visibles, avec des lumières du soir qui brillent le long du Nil et de son delta. Crédit : NASA

Suivez la route verte et lumineuse

L’équipe scientifique internationale a été intriguée par une découverte antérieure réalisée avec Mars Express, qui avait observé la lueur nocturne dans les longueurs d’onde infrarouges il y a dix ans. Le Trace Gas Orbiter a ensuite détecté des atomes d’oxygène verts brillants au-dessus du côté jour de Mars en 2020 – la première fois que cette émission luminescente était observée autour d’une planète autre que la Terre.

Ces atomes se déplacent également vers la nuit puis se recombinent à basse altitude, ce qui donne lieu à la lueur nocturne visible détectée dans la nouvelle recherche publiée aujourd’hui.

Vue d’artiste de l’ExoMars Trace Gas Orbiter de l’ESA détectant la lueur verte de l’oxygène dans l’atmosphère martienne. Cette émission, repérée du côté jour de Mars, est similaire à la lueur nocturne observée autour de l’atmosphère terrestre depuis l’espace. Crédit : ESA

En orbite autour de la planète rouge à 400 km d’altitude, TGO a pu surveiller la face nocturne de Mars grâce au canal ultraviolet-visible de son instrument NOMAD. L’instrument couvre une gamme spectrale allant du proche ultraviolet à la lumière rouge et a été orienté vers le bord de la planète rouge pour mieux observer la haute atmosphère.

L’expérience NOMAD est dirigée par l’Institut royal d’aéronomie spatiale de Belgique, en collaboration avec des équipes d’Espagne (IAA-CSIC), d’Italie (INAF-IAPS) et du Royaume-Uni (Open University), entre autres.

Valeur scientifique

La lueur nocturne sert de traceur des processus atmosphériques. Il peut fournir une mine d’informations sur la composition et la dynamique d’une région de l’atmosphère difficile à mesurer, ainsi que sur la densité de l’oxygène. Cela peut également révéler comment l’énergie est déposée à la fois par la lumière du Soleil et par le vent solaire – le flux de particules chargées émanant de notre étoile.

Instantané depuis l’espace de la Voie lactée et de la Terre posant ensemble au-delà de la Station spatiale internationale. La Voie lactée s’étend sous la courbe du membre terrestre dans la scène qui enregistre également une légère lueur verte. Le renflement central de la galaxie apparaît avec des champs d’étoiles coupés par de sombres failles de poussière interstellaire obscurcissante. La photo a été prise par l’astronaute de la NASA Scott Kelly en 2015 lors de sa mission d’un an dans l’espace. Crédit : NASA/Scott Kelly

Comprendre les propriétés de l’atmosphère de Mars n’est pas seulement intéressant d’un point de vue scientifique, mais c’est également essentiel pour les missions à la surface de la planète rouge. La densité atmosphérique, par exemple, affecte directement la traînée subie par les satellites en orbite et par les parachutes utilisés pour acheminer les sondes vers la surface martienne.

Nightglow contre Aurora

Nightglow est également observé sur Terre, mais il ne faut pas le confondre avec les aurores boréales. Les aurores ne sont qu’un des moyens par lesquels les atmosphères planétaires s’illuminent.

Les aurores se produisent, sur Mars comme sur Terre, lorsque des électrons énergétiques du Soleil frappent la haute atmosphère. Elles varient dans l’espace et dans le temps, tandis que la lueur nocturne est plus homogène. Nightglow et les aurores peuvent toutes deux présenter une large gamme de couleurs en fonction des gaz atmosphériques les plus abondants à différentes altitudes.

La lueur verte nocturne sur notre planète est assez faible, et il est donc préférable de la voir depuis une perspective « de bord », comme le montrent de nombreuses images spectaculaires prises par les astronautes depuis le ciel. Station spatiale internationale.

Une vidéo timelapse de Agence spatiale européenne l’astronaute Tim Peake prise lors de sa mission Principia de six mois sur la Station spatiale internationale. L’astronaute britannique a commenté ce timelapse : « Vue de la Station spatiale internationale d’une ‘aurore se levant’ – repérer les deux satellites au bout ? Vidéo timelapse réalisée à partir d’images prises à une seconde d’intervalle et lues 25 fois plus rapidement. Crédit : ESA/NASA