Ceci est une traduction d’un article de l'Agence spatiale européenne (ESA)
Lorsque de futurs astronautes exploreront les pôles de Mars, ils verront une lueur verte éclairer le ciel nocturne. La mission ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de l'ESA a – et c’est une première- détecté une lueur nocturne dans l'atmosphère martienne.
Sous un ciel dégagé, cette lueur pourrait être suffisamment brillante pour que les humains puissent la voir et que les rovers puissent naviguer dans les nuits sombres. Les lueurs nocturnes sont également observées sur Terre, et sur Mars, on s’attend à ce qu’elles existent aussi mais elles n'avaient jamais été observées en lumière visible jusqu'à présent.
Éclairer le chemin
La lueur nocturne atmosphérique se produit lorsque deux atomes d'oxygène se combinent pour former une molécule d'oxygène, à environ 50 km au-dessus de la surface de la planète.
Les atomes d'oxygène voyagent : ils se forment du côté jour lorsque la lumière du Soleil casse les molécules de dioxyde de carbone en atomes de carbone et d’oxygène. Les atomes d'oxygène sont transportés vers le côté nuit par la circulation atmosphérique et cessent d'être excités par le Soleil. A des altitudes plus basses, ils se recombinent pour réformer des molécules d’oxygène en émettant de la lumière.
"Cette émission est due à la recombinaison des 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 de physique atmosphérique et planétaire de l'Université de Liège, en Belgique, et membre de l'équipe qui a publié la découverte dans Nature Astronomy.
Les explorateurs humains pourraient probablement voir une lueur aussi brillante que celle de nuages éclairés par la lune sur Terre. "Ces observations sont inattendues et intéressantes pour les futurs voyages sur la planète rouge", déclare Jean-Claude Gérard, auteur principal de la nouvelle étude et spécialiste des planètes à l'Université de Liège.
L'éclairage provenant de la luminescence pourrait être suffisamment intense pour permettre aux futurs explorateurs d'éclairer la route pendant les nuits polaires hivernales sur Mars.
Suivre la route verte et lumineuse
L'équipe scientifique internationale était intriguée par une découverte antérieure, faite par Mars Express il y a dix ans, qui a observé la lueur nocturne dans les longueurs d'onde infrarouges. La sonde Trace Gas Orbiter a ensuite détecté l’émission verte des atomes d'oxygène du côté jour de la planète en 2020 - c'était la première fois que cette émission diurne était observée autour d'une planète autre que la Terre. Ces atomes se déplacent également vers le côté nuit et se recombinent à une altitude plus basse, ce qui donne lieu à la lueur nocturne visible détectée dans la nouvelle étude publiée aujourd'hui.
En orbite autour de la planète rouge à une altitude de 400 km, TGO a pu observer le côté nuit de Mars grâce au canal ultraviolet-visible de l'instrument NOMAD. Cet instrument couvre une gamme spectrale allant de l'ultraviolet proche à la lumière rouge et a été orienté vers le bord de la planète rouge afin de mieux observer la haute atmosphère.
L'expérience NOMAD est dirigée par l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique, en collaboration avec des équipes espagnoles (IAA-CSIC), italiennes (INAF-IAPS) et britanniques (Open University).
Intérêt scientifique
La lueur nocturne sert de traceur des processus atmosphériques. Elle peut fournir une multitude d'informations sur la composition et la dynamique de l'atmosphère, la densité d'oxygène, et révéler comment l'énergie est déposée à la fois par le rayonnement du Soleil et par le vent solaire - le flux de particules chargées émanant de notre étoile.
La luminosité de l'émission sera également utilisée pour cartographier à distance la distribution de l'oxygène dans une région de l'atmosphère inaccessible par d’autres méthodes.
Comprendre les propriétés de l’atmosphère de Mars n’est pas seulement intéressant d’un point de vue scientifique, c’est aussi essentiel pour les missions futures sur la planète rouge. La densité atmosphérique, par exemple, influe directement la résistance subie par les satellites en orbite et par les parachutes utilisés pour acheminer les sondes vers la surface martienne.
Lumières nocturnes et aurores boréales
Les lueurs nocturnes sont également observées sur Terre, mais elles ne doivent pas être confondues avec les aurores. L'aurore n'est qu'une des multiples façons dont les atmosphères planétaires s'illuminent.
Les aurores sont produites, sur Mars comme sur Terre, lorsque des électrons énergétiques provenant du Soleil frappent la haute atmosphère. Elles varient dans l’espace et dans le temps, alors que la lueur nocturne est homogène. Les lueurs nocturnes et les aurores peuvent toutes deux présenter une large gamme de couleurs, en fonction des gaz atmosphériques les plus abondants aux différentes altitudes.
La lueur nocturne verte de notre planète est assez faible, et il est donc préférable de l'observer en se plaçant à la verticale, comme le montrent les nombreuses images spectaculaires prises par les astronautes depuis la Station spatiale internationale.
Credits image: NASA/JPL-Caltech/Université de Cornell/Université d'État de l'Arizona - E. W. Knutsen
