Nouvelle absorption gazeuse sur Vénus et Mars

Senseur OIP pour le spectromètre SPICAM/SOIR
Le senseur OIP du spectromètre SPICAV/SOIR à bord de Venus Express
19 octobre 2007

La découverte d’une absorption jusqu’ici inconnue et due à un isotopologue du dioxyde de carbone (CO2) vient d’être annoncée au cours de la réunion de la Division of Planetary Sciences (DPS) de l’American Astronomical Society (AAS), à Orlando en Floride.

Cette absorption nouvellement détectée pourrait jouer un rôle significatif dans l’effet de serre sur Vénus. De plus, elle pourrait entraver la détection de « biomarqueurs » (biotracers), car elle se situe dans une région spectrale (près de 3,3 µm, dans le domaine infrarouge moyen) qui est propice à l’observation de ces molécules de caractère biologique.

Découverte dans l’atmosphère vénusienne avec l'équipe de J.-L. Bertaux

Structures de la couverture nuageuse de Venus, au-dessus de son pôle Sud, observées par le spectromètre VIRTIS le 24 septembre 2006

Sur Vénus, la découverte a été réalisée par une équipe européenne (France, Belgique et Russie) menée par le Français Jean-Loup Bertaux (Service d’Aéronomie du CNRS de Verrières-le-Buisson) et Ann Carine Vandaele (Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique/IASB à Bruxelles), au moyen de l’instrument SOIR qui se trouve à bord de la sonde Vénus Express en orbite autour de la planète depuis le 11 avril 2006. La technique de mesure, appelée «occultation solaire» - une spécialité franco-belge, développée par le Service d’Aéronomie du CNRS et par l’IASB - consiste à observer le Soleil lorsque celui-ci disparaît derrière la planète.

L’observation de couchers de Soleil depuis l’espace met en évidence les signatures des différentes molécules absorbantes. La région proche de 3,3 µm permet l’observation de l’acide chlorhydrique (HCl). En plus des structures attendues et effectivement observées de HCl, une autre absorption systématique se trouvait 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.

Egalement dans l’atmosphère martienne

Artist's impression of Venus Express orbiting Venus
Vue d’artiste de la sonde Venus Express qui tourne autour de la planète voisine de la Terre

En décembre 2006, Mike Mumma, un scientifique de la NASA, motivé par ses propres découvertes de structures d’absorption non identifiées dans des spectres de l’atmosphère de Mars 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, en comparant leurs spectres, découvrirent que les structures étaient identiques !

On a démontré qu’un des isotopologues du CO2 était à l’origine des structures détectées. L’isotopologue en question (appelé 628) correspond à une molécule dans laquelle un des atomes d’oxygène 160 (avec 8 protons et 8 neutrons) est combiné avec un atome 180 (ayant 8 protons et 10 neutrons). Cet isotopologue existe aussi sur Terre, mais dans un rapport inférieur au pourcentage total du CO2. Dans les atmosphères de Mars et Vénus, toutes deux composées essentiellement de dioxyde de carbone, l’abondance de l’isotopologue 628 n’est pas négligeable. Bien que le spectre d’absorption du CO2 628 soit relativement bien connu, la bande d’absorption ainsi détectée n’avait jusqu’à présent été observée, pas même au laboratoire.

Vénus vue depuis la Terre : une “étoile” très brillante dans le ciel

Outre sa contribution non négligeable dans l’effet de serre de Vénus, une conséquence de l’existence de cette bande est qu’elle se situe juste dans la région où l’on s’attend d’observer les signatures de composés organiques qui pourraient indiquer la présence de vie sur Mars, encore appelés les « biomarqueurs » (biotracers). Les nouvelles structures d’absorption dues au CO2 pourraient en compliquer la recherche et l’interprétation.

D’après un communiqué de l’Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique

Lexique explicatif

Isotopes

Un élément chimique est déterminé par le nombre de protons (numéro atomique) dans le noyau de l'atome. Pour un certain nombre de protons, le nombre de neutrons peut varier : il est alors question de différents isotopes. Les isotopes d'un certain élément ont donc le même nombre de protons, mais des quantités de neutrons et donc des masses différentes (le nombre de protons plus le nombre de neutrons).

La dénomination isotope vient de l'isos grec (égal) et topos (caractère). Il indique comment les isotopes d'un même élément se situent dans le tableau périodique des éléments.

Greenhouse effect on Venus
Explication de l’effet de serre sur Vénus

SPICAV/SOIR

Dans le cadre d’une coopération internationale entre la Belgique (via l'Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique), la France, la Russie et les États-Unis, l'instrument SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus) a été développé pour la mission Venus Express de l’ESA. Il était basé sur un instrument fort identique, le SPICAM qui fonctionne à bord de la sonde Mars Express en orbite martienne. Tant SPICAV que SPICAM font des observations dans deux canaux, l’un dans l’ultraviolet et l’autre dans l’infrarouge.

Pour observer le soleil à travers l'atmosphère de Vénus, SPICAV opère sur des longueurs d'onde infrarouges entre 1,8 et 4µm (1 µm = 1 micrometer = 1 micron = un millionième de mètre) à SPICAV et on a ajouté une troisième longueur d’onde. Le Solar Occulation Infrared (SOIR) est un instrument « made in Belgium » pour son développement. Il a été réalisé par l’IASB en collaboration avec les entreprises belges OIP (optique) et PEDEO (mécanique).

Informations

Institut d'Aéronomie Spatiale de Belgique
Ann Carine Vandaele
a-c.vandaele @ aeronomie.be
02/373.04.49

Jean-Loup Bertaux,
Service d’Aéronomie du CNRS BP3,
F-91371 Verrières-le-Buisson
bertaux @ aerov.jussieu.fr

Michael Mumma
NASA Goddard Space Flight Center, USA
Michael.J.Mumma @ nasa.gov

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