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Des aurores bleues dans le ciel de Mars

Une équipe composée de scientifiques de l’IPAG, de la NASA, de l’ESA et de l’Université d’Aalto en Finlande, a prédit pour la première fois l’existence d’aurores visibles à l’œil nu sur une autre planète tellurique que la Terre : Mars. Ce résultat a été obtenu grâce à des simulations numériques et un simulateur d’aurores, la Planeterrella et est publié dans la revue Planetary and Space Science du 26 mai 2015.

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La sphère simule, dans la Planeterrella, une planète magnétisée avec une atmosphère de CO2, bombardée par du vent solaire.
Des aurores bleues se développent en lien avec son champ magnétique (Nikon D5000 (CMOS sensor), ISO : 1600., temps d’exposition : 3 s). © D. Bernard.

Les aurores polaires se produisent lorsque des particules chargées d’origine solaire, conduites par le champ magnétique local, pénètrent dans une atmosphère planétaire et excitent les atomes et les molécules de l’atmosphère. Lorsque la désexcitation s’accompagne d’émission lumineuse, il se produit une aurore. Sur Terre, les aurores sont essentiellement vertes ou rouges (excitation de l’oxygène atomique), mais aussi mauves (excitation de l’azote moléculaire).

La planète Mars a été le siège d’un champ magnétique pendant le premier milliard d’années de son existence. S’il s’est éteint, il en reste des rémanences locales en surface, qui portent le nom « d’anomalies magnétiques » et sont essentiellement concentrées dans l’hémisphère sud. Les aurores martiennes ont été découvertes en 2005 au-dessus de ces anomalies magnétiques grâce à l’instrument SPICAM [1] à bord du satellite de l’ESA Mars Express [2]. Elles l’ont été dans la gamme d’observation de l’instrument, en l’occurrence l’ultraviolet et ont été récemment confirmées par la mission MAVEN [3] de la NASA.

Le travail de cet article montre que, sur Mars, des aurores se produisent aussi dans le domaine visible de la lumière. Les couleurs les plus intenses sont un bleu très profond, proche du bleu éponyme du peintre Yves Klein. Comme sur la Terre, les couleurs verte et rouge sont également présentes. Plusieurs fois par cycle solaire, après des éruptions solaires intenses, ces aurores sont suffisamment brillantes pour être vues à l’œil nu : un spationaute marchant sur le sol rouge de la planète verrait, en levant la tête, le ciel nocturne s’en illuminer.

Cette prédiction s’appuie d’une part sur une modélisation physique à travers une série de codes informatiques développés à l’IPAG et à la NASA. Les chercheurs ont calculé que la partie bleue provoquée par une désexcitation du dioxyde de carbone ionisé (à 412 nm et 434 nm) est intense vers 140 km d’altitude, où elle se mélange avec la raie [4] verte (577.7 nm) de l’oxygène atomique. Vers 160 km, le ciel martien devient rouge (630 nm) par désexcitation également de l’oxygène atomique.

D’autre part, les chercheurs ont utilisé la Planeterrella, un simulateur d’aurores développé essentiellement pour le grand public à l’IPAG par plusieurs auteurs de cet article dont il existe dix-sept copies dans le monde. Ils y ont remplacé le gaz atmosphérique terrestre par du CO2, composant majoritaire de l’atmosphère martienne. La photographie dévoile les aurores bleues obtenues.

Contact scientifique local

Jean Lilensten, IPAG

Sources

  • Prediction of blue, red and green aurorae at Mars, J. Lilensten, D. Bernard, M. Barthélemy, G. Gronoff, C. Simon-Wedlund, A. Opitz, Planetary and Space Science, Mai 2015, PII : S0032-0633(15)00130-0, DOI : 10.1016/j.pss.2015.04.015
  • Discovery of an aurora on Mars, J.-L. Bertaux F. Leblanc, O. Witasse, E. Quemerais, J. Lilensten, S. A. Stern, B. Sandel and O. Korablev, Nature (435 ; p 790–794), 2005, doi 10.1038.

[1] SPICAM (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars) est un spectromètre imageur ultraviolet et infrarouge.

[2] J.-L. Bertaux et al., Nature, 2005

[3] MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) est une mission de la Nasa lancée en 2013 et dédiée à l’étude de l’atmosphère Martienne

[4] Lorsque que les atomes ou molécules sont excités par collision du vent solaire, ils vibrent, tournent dans des modes bien précis, et aussi, des électrons qu’ils contiennent s’écartent de leur état d’origine. La désexcitation qui s’en suit vers le mode « initial » s’accompagne d’un relâchement de l’énergie via l’émission de lumière. Comme les modes d’excitation possibles sont bien précis, les longueurs d’onde de la lumière qui sont émises le sont également. C’est cela qu’on appelle les raies de lumière. Ces raies sont donc des fréquences de la lumière bien précises qui sont caractéristiques des atomes ou molécules qui ont émis cette lumière.


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