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 organismes vivants connus.), de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à...) 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 codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...) 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 imaginaires censées vivre sur mars. Selon la version la plus répandue, les martiens, également nommés...) et le second étudie l'effet d'une tempête (Une tempête est un phénomène météorologique violent à large échelle dite synoptique, avec un diamètre compris en général entre 200 à 1 000 km,...) 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 humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) du 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...) directement à travers l'atmosphère 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...) 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 peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) présente et sa quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...). Par cette technique, le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) obtenu est 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un...) 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 organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Msavary design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux impératifs d'une production industrielle....)

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 période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a...) trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du...) dans 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 entre 30 Pa...), 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 quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et...) en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) " (ppbv). 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...), le méthane terrestre, 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...) 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 incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...).

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 se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) 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 (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) atmosphérique 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 l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de...) 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 modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) 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 un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut...) 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. Plus précisément, il est utilisé pour...) de la mission Mars Express (Mars Express est le nom d'une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA), qui a pour objectif l'étude de Mars.) de l'ESA a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel...) la première détection en 2004 avec une moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient...) 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 l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme...), qui explore le cratère ( Pour le cratère d'origine volcanique, voir Cratère volcanique Pour le cratère d'origine météoritique, voir Cratère d'impact Pour le cratère formé à la suite d'un effondrement d'origine souterrainne (érosion, mine,...) Gale (La gale ou mal de Sainte-Marie est une affection contagieuse de la peau spécifique à l'homme, déterminée par la femelle d'un acarien microscopique (Sarcoptes scabiei) qui creuse dans l'épiderme des galeries...) 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 l'univers.) juste d'être confirmée par Mars Express (Express est un langage informatique servant à spécificier formellement des données. Il a fait l'objet d'une normalisation (ISO 10303-11).).

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 plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...).

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 fil à plomb.) 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 nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans...), l'eau “lourde” qui comporte un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) de deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.) 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 de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique...). 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 Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) 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 changement dans le monde.), 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 la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et Équinoxe ci-dessous), la saison joue un rôle...) et la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de l'équateur.). Grâce à ces mesures, la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) 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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