Une nouvelle absorption gazeuse découverte sur Vénus et Mars
Publié par Michel le 18/10/2007 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Illustration: © ESA/MPS. Venus Expres/VMC Team
La découverte d'une absorption jusqu'alors inconnue et due à un isotopologue (1) du dioxyde de carbone (CO2) vient d'être réalisée sur Vénus par une équipe européenne depuis l'espace, et sur Mars par une équipe américaine depuis le sol. Pour la détection sur Vénus, l'équipe européenne conduite par un directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) du Service d'Aéronomie et par une astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) d'Aéronomie Spatiale de Belgique a utilisé le spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple...) SOIR embarqué sur la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ (champs électriques et...) Venus Express (Venus Express est une sonde spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) ayant pour objectif d'étudier la planète Vénus. C'est la première mission d'exploration de...) de l'ESA Cette absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit lors de ce...) nouvellement détectée pourrait jouer un rôle significatif dans l'effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...) sur Vénus. De plus, elle pourrait entraver la détection de biomarqueurs car elle se situe dans une région spectrale propice à l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) de ces molécules d'intérêt biologique. Ce résultat vient d'être présenté à la réunion (La Réunion est une île française du sud-ouest de l'océan Indien située dans l'archipel des Mascareignes à environ 700 kilomètres à l'est...) de la Division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) des Sciences Planétaires de l'Association Américaine d'Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...), à Orlando en Floride.


Image en fausse couleur de l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En...) de Vénus prise dans l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle...)
avec la caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) VMC à bord de la sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour étudier à plus ou moins grande distance les corps célestes se trouvant dans le système...) Venus Express (Express est un langage informatique servant à spécificier formellement des données. Il a fait l'objet d'une normalisation (ISO 10303-11).) de l'ESA


Sur Vénus, la découverte a été réalisée par une équipe européenne (France, Belgique et Russie) menée par Jean-Loup Bertaux et Ann Carine Vandaele, à l'aide de l'instrument SOIR embarqué sur Vénus Express en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) depuis le 11 avril 2006. La technique de mesure, appelée "occultation (Une occultation est un phénomène de recouvrement apparent d'un élément par un autre.) solaire", consiste à observer le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée d'hydrogène...) lorsque celui-ci disparaît derrière la planète. L'observation de couchers de Soleil depuis l'espace permet de mettre en évidence les signatures des différentes molécules absorbantes. La région proche de 3,3 microns de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) permet l'observation de l'acide chlorhydrique (L'acide chlorhydrique est une solution aqueuse ayant pour solutés des ions oxonium H3O+ et des ions chlorure Cl-. On peut l'obtenir par dissolution de chlorure d'hydrogène HCl qui est un gaz. Ce dernier est un acide fort qui...) (HCl). En plus des structures attendues et effectivement observées de HCl (Acide chlorhydrique, numéro CAS 7647-01-0 Chlorure d'hydrogène, numéro CAS 7647-01-0), une autre absorption systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des...) était présente dans les spectres. Les structures associées à cette autre absorption ne correspondaient à rien de connu. Ces résultats furent tenus confidentiels en attente d'une éventuelle identification. En décembre 2006, Mike Mumma, un scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est...), motivé par ses propres découvertes de structures d'absorption non identifiées dans des spectres de l'atmosphère de Mars (L’atmosphère de Mars désigne la couche de gaz entourant la planète Mars. La pression au sol de l'atmosphère martienne varie...) obtenus dans la même région spectrale à l'aide de télescopes à Hawaii, en faisait part à l'équipe de SOIR, lui demandant de vérifier si ces structures ne se trouvaient pas également dans les spectres de Vénus. Les deux équipes comparèrent leurs spectres: les structures étaient identiques !

Un des isotopologues du CO2 est à l'origine des structures détectées. L'isotopologue en question correspond à une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) dans laquelle un des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) 16O (avec 8 protons et 8 neutrons) est combiné avec son isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome est désigné par le...) 18O (8 protons et 10 neutrons). Si cet isotopologue existe aussi sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...), mais dans un rapport inférieur au pour cent du CO2 total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En...), dans les atmosphères de Mars et Vénus, toutes deux composées essentiellement de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est :...), son abondance n'est pas négligeable. Son spectre d'absorption est relativement bien connu grâce aux bases de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) spectroscopiques contenant la plupart de ses bandes d'absorption, excepté celle observée sur Vénus et Mars.

Connaissant la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe...) de CO2 présente dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de Vénus, il est possible de montrer que la bande d'absorption nouvellement détectée vers 3,3 µm est totalement opaque si on considère l'entièreté de l'atmosphère, du sol jusqu'à son sommet. En d'autres termes, cette bande devrait contribuer à l'effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le...) de Vénus. Il est donc important d'en tenir compte dans les modèles, d'autant plus qu'un des objectifs de Venus Express est de quantifier précisément les contributions des différents gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) et celle des nuages à l'effet de serre. Sur Terre, le CO2 est beaucoup moins abondant (environ 250 000 fois moins) et la contribution de la nouvelle bande devrait être négligeable.

Une autre conséquence de l'existence de cette bande, et mise en évidence par le groupe américain, est qu'elle se situe juste dans la région où sont attendues les signatures de composés organiques qui pourraient indiquer la présence de vie (La vie est le nom donné :) sur Mars, encore appelés les biomarqueurs. Les nouvelles structures d'absorption dues au CO2 pourraient en compliquer la recherche et l'interprétation.

Note
(1) Un isotopologue est une molécule dont un des atomes est remplacé par son isotope.


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