La nuit martienne éclairée de lumière ultraviolette

La sonde Mars Express de l'Agence Spatiale Européenne a détecté une lumière ultraviolette dans la nuit martienne: une première, puisque jusqu'à présent, la planète n'était baignée à notre connaissance que d'un faible "clair de Phobos", équivalent martien de notre clair de lune. Particulièrement intense au pôle sud, elle témoigne de la gigantesque aspiration d'air vers cette région, où l'atmosphère est gelée sur le sol en hiver. Ces résultats permettent de mieux comprendre la circulation d'air autour de la planète et d'y faire manœuvrer des sondes en toute sécurité.


Cette découverte, réalisée avec l'instrument SPICAM fait l'objet d'un article dans la revue Science du 28 janvier. SPICAM (Spectroscopy for the investigation of the characteristics of the atmosphere of Mars) a été construit au service d'aéronomie du CNRS, en collaboration avec le Space Research Institute de Moscou et l'Institut belge pour l'aéronomie spatiale de Bruxelles. Il comporte un spectromètre ultraviolet et infrarouge, qui a réalisé les mesures du rayonnement ultraviolet

A l'origine, de l'oxyde d'azote

La lumière provient de molécules d'oxyde d'azote (NO): un atome d'azote (N) se combine avec un atome d'oxygène (O) pour former une molécule. Celle-ci est créée dans un état dit "excité" et se désexcite spontanément en émettant un rayonnement ultraviolet. Les longueurs d'onde, caractéristiques de la molécule, ont permis de l'identifier avec certitude.

Quelle est l'origine des atomes d'oxygène et d'azote? On le comprend d'autant mieux que le même phénomène a été observé et expliqué il y a 26 ans sur Vénus. Du côté jour de la planète, le rayonnement ultraviolet du Soleil décompose les molécules de dioxyde de carbone (CO2), le principal constituant de l'atmosphère de Mars, et les molécules d'azote (N2): des atomes d'azote et d'oxygène sont produits en continu dans la haute atmosphère, à une altitude supérieure à 120 kilomètres (au-dessous, le flux ultraviolet est très atténué). Mais leur concentration est trop faible pour qu'ils se recombinent spontanément. Ce n'est qu'au cours de leur lente descente dans l'atmosphère, sous l'effet de la diffusion et du brassage par les vents, que leur concentration augmente. Ils finissent ainsi par se recombiner, produisant l'émission lumineuse observée à une altitude d'environ 70 kilomètres. Sur Terre, le même phénomène se produit avec des molécules d'oxyde d'azote, mais il est minime par rapport à celui des molécules d'oxygène (O2), qui sont cassées et se recombinent en émettant de la lumière.


Les scientifiques ont constaté que l'émission est plus intense au pôle sud. Lors des observations, la région était plongée dans la nuit glacée de l'hiver: à cette saison, 30 pour cent de l'atmosphère martienne est congelée au sol, formant une calotte polaire de neige carbonique d'environ un mètre d'épaisseur. En se condensant, l'atmosphère provoque un appel d'air vers le pôle, qui se traduit par des vents horizontaux et verticaux. C'est cette dernière "descente" atmosphérique dont témoigne l'augmentation de l'émission lumineuse observée. Nommée subsidence, elle existe aussi sur Terre, dans la nuit de l'hiver polaire.

Des modèles météorologiques

Ce type d'observation permet de mieux comprendre les mouvements de l'atmosphère martienne et d'en faire des modèles de circulation générale, ceux-là même que la météo utilise pour prédire le temps qu'il fera sur Terre. Par le biais de la planétologie comparée, elles contribuent à affiner notre compréhension de l'atmosphère terrestre et des autres planètes. Des modèles de circulation existent déjà pour la planète Mars, mais ils sont encore incertains en ce qui concerne la haute atmosphère, par manque quasi-total de mesures. Or, c'est dans cette haute atmosphère que des manoeuvres orbitales sont prévues, utilisant le freinage atmosphérique: la quantité de carburant à emporter est alors moindre ce qui est une source d'économies. Il est donc primordial, pour le futur de l'exploration martienne, de mieux comprendre cette atmosphère et de la décrire par des modèles fiables. Les nouvelles mesures de SPICAM apportent une contribution majeure à cette compréhension.