Le satellite MAVEN révèle la complexité de l’atmosphère de Mars


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Alors que la mission européano-russe TGO-EXOMARS entre dans sa phase critique avec l’atterrissage de la sonde Schiaparelli et la libération du module TGO dans l’orbite de Mars, la NASA montre des images inédites dans l’ultra-violet de l’atmosphère de la planète rouge obtenues par l’instrument IUVS de MAVEN. Deux planétologues de l’ULiège, Arnaud Stiepen et Jean-Claude Gérard, font partie de l’équipe internationale IUVS qui analyse ces images. Sur EXOMARS, Jean-Claude Gérard est co-responsable des observations de l’instrument belge NOMAD.

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our la première fois, des images ultra-violettes de la face nocturne de Mars ont été obtenues grâce à l'instrument IUVS conçu et piloté à l’Université du Colorado et installé à bord du satellite MAVEN de la NASA. Ces images montrent la lumière émise par les molécules d'oxyde d’azote créées lorsqu’un atome d’oxygène et un atome d'azote se rencontrent pour former une molécule de NO. Ces atomes sont créés du côté de jour où le rayonnement solaire brise les molécules de CO2 et d'azote. Ils sont ensuite transportés du côté nuit par un système de vents rapides soufflant dans la haute atmosphère de la planète. Ces lueurs ne sont pas observables depuis la surface terrestre car elles sont situées dans le domaine ultraviolet qui est totalement absorbé par l'atmosphère terrestre.
 
L'image de nuit montre l'émission UV du monoxyde d’azote sur une grille géographique. Cette image révèle une structure complexe inattendue qui s’explique par un système de vents transportant les atomes depuis les régions estivales du nord jusqu’à l'hémisphère hivernal nocturne. Cet exemple montre la capacité de MAVEN-IUVS à observer le transport global de la haute atmosphère de Mars ainsi que les variations de la vitesse et de la direction du vent. L’émission la plus intense est observée au niveau du pôle hivernal (au sud), là où les atomes d’azote et d'oxygène s'accumulent. Cette émission est également plus intense dans certains secteurs situés près de l'équateur, vers 120° et 150° de longitude. Etonnamment, les scientifiques ont observé des taches et des filets indiquant de fortes irrégularités dans la circulation du vent. Les nombreuses images accumulées durant plusieurs mois présentent un défi aux scientifiques planétaires : celui de comprendre ces mystérieux vents de la haute atmosphère de la planète rouge. 

L'instrument IUVS ayant rassemblé un grand nombre d'images pendant plusieurs semaines, l'équipe MAVEN est maintenant capable de suivre les changements saisonniers de l’émission d'oxyde nitrique et ses mystérieuses variations ainsi que d’étudier les vents et climat actuel de Mars.
MAVEN iuvs Mars montage ©NASA 

Le spectrographe UltraViolet de MAVEN a obtenu ces images de formation rapide de nuages sur Mars les 9-10 juillet 2016. Les couleurs ultraviolettes de la planète ont été rendues en fausses couleurs, pour montrer ce que nous verrions avec des yeux sensibles aux ultraviolets. La série entrelace les images de MAVEN pour montrer environ 7 heures de rotation de Mars pendant cette période, soit un peu plus d'un quart de la journée de Mars. La partie gauche de la planète est le matin et la partie droite est l'après-midi. Les volcans proéminents de Mars, coiffés de nuages blancs, peuvent être vus en mouvement sur le disque. Le plus haut volcan de Mars, Olympus Mons, apparaît comme une région sombre et proéminente près du sommet des images, avec un petit nuage blanc au sommet qui pousse pendant la journée. Olympus Mons semble sombre parce que le volcan s'élève au-dessus d'une grande partie de l'atmosphère brumeuse qui rend le reste de la planète plus clair. Trois autres volcans apparaissent en diagonale, leur couverture nuageuse fusionnant pour couvrir jusqu'à mille milles à la fin de la journée. Ces images sont particulièrement intéressantes parce qu'elles montrent à quelle vitesse et à quel point les nuages qui surplombent les volcans se forment dans l'après-midi. Des processus similaires se produisent sur Terre, le flux des vents au-dessus des montagnes créant des nuages. La formation de nuages l'après-midi est un phénomène courant dans l'Ouest américain, surtout pendant l'été.
Crédits : NASA/MAVEN/Université du Colorado


« Nous sommes maintenant arrivés à un tournant ! Jamais, dans l'histoire de la science, nous n’avons eu la possibilité d’observer l’atmosphère de Mars durant son changement de saison et avec autant de détails. De plus, Mars nous a montré des caractéristiques insoupçonnées » dit Arnaud Stiepen, membre de l'équipe d'IUVS, qui a réalisé son post-doctorat à l’Université du Colorado avant de revenir à l’Université de Liège où il est désormais chargé de recherches FNRS.
 
« Ces observations constituent une vraie percée dans notre compréhension de la dynamique de la haute atmosphère de Mars. Des comparaisons avec les prévisions des modèles nous permettront de comprendre comment et pourquoi le gaz atmosphérique se déplace sur de telles distances » indique le Pr Jean-Claude Gérard, également membre de l’équipe IUVS.

Mission EXOMARS : l’ULiège co-responsable des observations NOMAD

L’excitation est grande pour les deux chercheurs. Après la libération du module de descente Schiaparelli (ESA) sur la surface de Mars ce week-end, ils attendent l'insertion en orbite de la navette spatiale TGO-EXOMARS le 19 octobre. Le satellite, équipé de spectrographes puissants, sondera la composition de l'atmosphère de la planète rouge. Un des instruments, NOMAD, a été conçu et sera commandé par l'Institut d’Aéronomie Spatiale à Uccle. Il a été testé au Centre Spatial de Liège (CSL-ULg) et a été réalisé par des sociétés belges parmi lesquelles la spin-off liégeoise AMOS.

Les chercheurs de l’Université de Liège participeront à l'analyse des observations qui seront effectuées au cours des prochaines années. Jean-Claude Gérard sera co-responsable du planning des observations de NOMAD.

Contacts

Arnaud STIEPEN*, chargé de recherches FNRS
Laboratoire de Physique atmosphérique et planétaire (LPAP), STAR Institute (Space sciences, Technologies and Astrophysics Research), Université de Liège
Tel +32 (0)4 366 97 69 - Arnaud.Stiepen@uliege.be

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