Premiers résultats pour l'ExoMars Trace Gas Orbiter

Publié par Adrien le 12/04/2019 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Avec les chercheurs et ingénieurs du CNRS, de l'université Paris Saclay et de Sorbonne Université, et le soutien financier du CNES, les laboratoires français jouent un rôle majeur dans la mission ExoMars Trace Gas Orbiter de l'ESA qui délivre ses premiers résultats ce 10 avril 2019. Ils ont participé à la conception de l'instrument Atmospheric Chemistry Suite (ACS), qui permet la détection de molécules d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) et d'autres composants de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) martienne, et joué un rôle majeur dans l'exploitation des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) recueillies. Celles-ci forment la base des résultats présentés dans deux articles publiés dans Nature le 10 avril 2019: l'un d'entre eux conclut à la non-détection de méthane martien (Martien est un nom générique qui désigne plusieurs types de créatures...) et le second étudie l'effet d'une tempête (Une tempête est un phénomène météorologique violent à large...) globale sur la vapeur () d'eau martienne.


TGO emploie l'occultation solaire, qui consiste à étudier la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) directement à travers l'atmosphère de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) sondée. Les molécules présentes sur le chemin de la lumière laissent une empreinte spécifique qui permet de distinguer la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) présente et sa quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...). Par cette technique, le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) obtenu est 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) de fois plus puissant que lorsque'on regarde Mars directement. © CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) / Msavary design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets,...)

Deux instruments à bord de TGO, ACS et NOMAD, ont effectué leurs premières mesures de l'atmosphère à très haute résolution spectrale en occultation solaire en examinant la manière dont la lumière solaire directe est absorbée par l'atmosphère et comment les spectres infrarouges mesurés révèlent les signatures des composés gazeux et leur concentration associée.

ACS et NOMAD ont ainsi entamé l'inventaire le plus détaillé à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le...) dans l'atmosphère de Mars (L’atmosphère de Mars désigne la couche de gaz entourant la planète Mars. La...), objectif principal de la mission. Ces gaz martiens en quantités trace nécessitent des moyens de mesure extrêmement précis, de ceux que TGO emploie, pour identifier et isoler leurs signatures infrarouges. Les gaz trace se mesurent généralement en "parties par milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent...) en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) " (ppbv). Sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), le méthane terrestre, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de 1800 ppbv, ne compte que 1800 molécules parmi un milliard de molécules d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...).

Le méthane martien représente un enjeu scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) majeur, car sur Terre le méthane est à 90 % d'origine biologique. Sur Mars, le méthane ne peut survivre dans l'atmosphère que pendant quelques centaines d'années, ce qui suffit largement à le répandre uniformément sur toute la planète en raison de la circulation atmosphérique (La circulation atmosphérique est le mouvement à l'échelle planétaire de la...) martienne intense. Toute détection de la molécule implique donc qu'elle a été émise “récemment” au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) géologique - même si celle-ci fut produite dans le sous-sol des millions d'années avant.

Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) qui ont révélé l'existence du méthane sur Mars ont fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'intenses débats et de controverses car ces détections très sporadiques et très localisées, ont souvent frôlé la limite de détection des instruments concernés. L'orbiteur (Dans le domaine de l'astronautique, un orbiteur est un vaisseau satellisé autour d'une planète....) de la mission Mars Express (Mars Express est le nom d'une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA)...) de l'ESA a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) la première détection en 2004 avec une moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) dépassant 10 ppbv. Depuis la Terre, des télescopes ont également fait une détection analogue, atteignant les 45 ppbv, tandis que le rover Curiosity de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...), qui explore le cratère ( Pour le cratère d'origine volcanique, voir Cratère volcanique Pour le cratère d'origine...) Gale (La gale ou mal de Sainte-Marie est une affection contagieuse de la peau spécifique à...) depuis 2012, a établi qu'un fond permanent de méthane varie avec les saisons entre 0,2 et 0,7 ppbv - ponctué de quelques bouffées dix fois plus concentrées, l'une d'elles venant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) juste d'être confirmée par Mars Express (Express est un langage informatique servant à spécificier formellement des données....).

Pourtant, les résultats de TGO publiés aujourd'hui dans Nature, censés constituer l'analyse globale du méthane la plus détaillée à ce jour, ne recensent aucune détection du méthane et établissent à la place une limite supérieure à 0,05 ppbv, 10 à 100 fois plus faible que toutes les détections répertoriées. Cette limite descend même jusqu'à 0,012 ppbv dans un cas de mesure effectué à 3 km au-dessus de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...).

En l'état, ces mesures TGO, d'une précision inégalée, s'apparentent plutôt à une absence globale de méthane, en contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) avec les détections passées. Pour arriver à réconcilier les différents jeux de données et expliquer la transition rapide entre les panaches observés précédemment et l'absence de détection établie aujourd'hui par TGO, il faut invoquer un mécanisme pouvant éradiquer rapidement le méthane près de la surface, mécanisme dont l'existence reste à ce jour inconnue.

En parallèle, TGO a observé la tempête de poussière globale qui a affecté la vapeur d'eau, en mesurant sa distribution verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...) et pour la première fois celle de son isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...), l'eau “lourde” qui comporte un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) de deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1...) à la place d'un atome d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.). Ces mesures couvrent la basse atmosphère jusqu'à plus de 80 km d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...). Ces nouveaux résultats constituent une avancée considérable pour retracer l'histoire de l'eau sur Mars. En effet, on a coutume d'interpréter cette histoire avec l'excès important d'eau deutérée sur Mars, qui est 5 à 6 fois plus concentrée que celle des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) terrestres, ce qui attesterait de l'effet d'un échappement amplifié de l'hydrogène vers l'espace au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), puisque celui-ci est deux fois plus léger que le deutérium.

Avant la tempête globale, TGO révèle que l'eau est confinée sous les nuages de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.), alors que pendant la tempête, le réchauffement atmosphérique permet à l'eau d'atteindre des altitudes beaucoup plus élevées. Cet effet semble renforcé pour l'eau deutérée, conformément aux attentes. De fait, TGO devrait voir le rapport D/H changer avec la saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de...) et la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...). Grâce à ces mesures, la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) prévalant pour D/H pourra être éprouvée pour la première fois à un niveau de détail jamais atteint, nous ouvrant les portes de l'histoire de l'eau martienne.


Un panorama des premiers résultats obtenus par TGO dans sa quête pour mesurer le méthane martien. L'absence de détection s'est traduite en estimation de limites supérieures, limites au-delà de laquelle une détection se produirait. Les valeurs recensées en ppbv (nombre de molécules de méthane par milliards de molécules d'air martien) sont de 10 à 100 fois inférieures aux détections passées, avec en moyenne une limite située 0.05 ppbv. © ESA
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