Lorsque nous avons pu l'observer depuis l'espace, nous avons découvert que notre planète Bleue émettait en permanence une lueur… verte. Surplombant la haute atmosphère, ce halo se veut discret et ne peut être vu qu'en regardant "au bord" de la couche d'émission, comme le montrent les nombreuses photos prises par les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS).

Attention, il ne faut pas le confondre avec les aurores polaires (appelées boréales dans l'hémisphère Nord et australes dans l'hémisphère Sud), même si les deux phénomènes sont tous deux le fruit d'une série de réactions chimiques survenant dans l'atmosphère. Les aurores polaires, elles, sont provoquées par l'interaction des particules chargées qui voyagent dans les vents solaires avec les atomes de la haute atmosphère de la Terre. La lueur verte visible tout autour de la Terre, qui donne l'impression d'une entière phosphorescence, est produite constamment, de jour comme de nuit, lorsque la lumière du Soleil interagit avec les atomes et les molécules de l'atmosphère.

Une lueur presque insaisissable 

Jamais une telle lueur n'avait été observée sur une autre planète que la nôtre. Jusqu'à ce que l'instrument NOMAD, développé à l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique (IASB) et actuellement en orbite autour de Mars à bord du Trace Gas Orbiter (TGO) de la mission ExoMars, en détecte une sur notre voisine préférée, Mars. La présence de ce halo n'a toutefois pas surpris les chercheurs qui l'ont identifié : "Cela faisait près de 40 ans qui nous avions prédit son existence sur Mars", explique à Sciences et Avenir Jean-Claude Gérard, planétologue à l'Université de Liège et auteur principal de l'étude relative publiée dans Nature Astronomy. "Grâce à TGO, nous avons pu enfin confirmer cette hypothèse."

De l'aveu de Jean-Claude Gérard, parvenir à ce résultat ne fut pas une mince affaire. D'abord parce que cette lueur ne se laisse pas observer facilement : sa faible luminosité la rend invisible sur d'autres planètes face à l'intense ensoleillement de leur surface. "Le contraste est tellement élevé entre l'illumination solaire et cette lueur qu'il est impossible de la voir sans l'observer dans la 'tranche', depuis un vaisseau spatial, avec des outils permettant d'isoler sa radiation dans les bandes spectrales", détaille l'expert. Mais alors comment se fait-il que nous en ayons des clichés sur Terre ? Tout simplement parce ces photos ont été prises côté nuit depuis l'ISS, lorsque l'obscurité ambiante lui permettait d'émerger.

Sur cette image prise par des astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS) en 2011, on aperçoit la fameuse lueur d'oxygène sur la courbe de la Terre. En surface, on peut voir certaines parties de l'Afrique du Nord, avec des lumières du soir qui brillent le long du Nil et de son delta. Crédits : Nasa

Autre difficulté : l'observation de cette lueur verte ne figurait pas parmi les objectifs de l'orbiteur TGO. "Elle sortait du cadre opérationnel de la mission", admet Jean-Claude Gérard. Plus embêtant encore, elle nécessitait de réorienter la sonde de 90 degrés par rapport à son mode normal de fonctionnement. Les observations précédentes n'ayant permis de capturer aucune sorte de lueur verte sur Mars, le chercheur et son équipe ont en effet souhaité faire passer le canal Ultraviolet et Visible (UVIS) de l'instrument de son orientation au nadir (à la verticale, pointant vers le centre de la planète) vers le "bord" de Mars. En somme, ils ont fait en sorte d'avoir la même perspective sur Mars que celles des astronautes à bord de l'ISS sur la Terre. "Nous avons réussi à convaincre de l'intérêt scientifique de cette manœuvre, mais nous n'avons eu droit qu'à quatre orbites par mois dans cette configuration."

Mieux préparer la descente des engins sur le sol martien

Ainsi, entre le 24 avril et le 1er décembre 2019, l'équipe belge a utilisé NOMAD-UVIS pour balayer les altitudes allant de 20 à 400 km de la surface de Mars. L'analyse de l'ensemble des données a révélé la présence généralisée d'émissions d'oxygène vert. C'est la première fois qu'un instrument opérant en orbite martien est sensible dans le vert. Jusqu'ici, seuls des appareils fonctionnant dans l'ultraviolet ou l'infrarouge y avaient été envoyés.

L'étude de la lueur de l'atmosphère d'une planète peut fournir une mine d'informations sur la composition et la dynamique d'une atmosphère. Outre l'aspect scientifique, elle se veut aussi capitale pour la suite des missions, automatiques ou habitées, vers Mars. La densité atmosphérique affecte directement la résistance à laquelle sont confrontés les satellites en orbite ou les parachutes utilisés pour amener les sondes à la surface de Mars. "Pour l'instant, la Nasa et l'ESA travaillent avec des modèles. Ce n'est pas idéal pour calculer, par exemple, le timing de descente d'un engin vers le sol martien", termine Jean-Claude Gérard.

SOURCES SCIENCE AVENIR