La sonde européenne Venus Express (ici en vue d’artiste) a travaillé en orbite entre 2006 et 2014. © Esa

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- 157 °C aux pôles de Vénus : la surprise posthume de Venus Express

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Par Xavier Demeersman, Futura

Ce 20 février 2017, Vénus atteint son maximum de luminosité dans notre ciel. La distance entre elle et nous diminue en effet de jour en jour, et atteindra un minimum de 42 millions de kilomètres le 25 mars prochain. Mais à partir de demain, elle se présentera en quartier (comme le fait la Lune) et nous paraîtra donc un peu moins lumineuse. C'est l'occasion de se souvenir de la très belle mission de la sonde Venus Express. En avril 2015, l'analyse de ses résultats révélait deux surprises dans son atmosphère : il peut y faire froid aux pôles et elle est parcourue par des ondes de gravité.

Arrivée en orbite autour de Vénus il y a tout juste 10 ans, le 11 avril 2006, Venus Express fut la première sonde européenne venue explorer l'atmosphère de la planète la plus chaude du Système solaire. Après trois prolongements de sa mission, bien au-delà de ses 500 jours initiaux, le vaisseau finit par sombrer, huit ans après ses débuts, suite à l'épuisement de ses réserves de carburant. Le contact fut perdu fin novembre 2014 et l'Esa déclara la mission achevée le 16 décembre 2014.

Avant qu'elle ne s'abîme dans les couches denses et torrides de l'atmosphère de notre voisine, la sonde fut conduite sur une orbite de plus en plus basse dans le cadre d'une campagne d’aérofreinage nommée VExADE (Venus Express Atmospheric Drag Experiment). C'était une première pour l'agence spatiale européenne qui souhaitait expérimenter cette technique en vue de l'appliquer à de futures missions (ce sera d'ailleurs le cas pour Trace Gas Orbiter d'ExoMars en route pour la Planète rouge). Ce fut l'occasion aussi bien sûr de recueillir des informations scientifiques sur l'atmosphère polaire.

Illustration de Venus Express au cours de sa manœuvre de freinage atmosphérique qui s’est déroulée à environ 130 km d’altitude entre le 18 juin et le 11 juillet 2014. © Esa, C. Carreau

L'atmosphère de Vénus est plus complexe que prévu

C'est la première fois que l'atmosphère au-dessus des régions polaires, entre 130 et 140 km d'altitude, était étudiée. Jusqu'à présent, sa compréhension passait par un modèle de référence basé sur les observations des couches équatoriales (extrapolées à l'ensemble de la planète) de la sonde américaine Pionner Venus, à la fin des années 1970. L'équipe d'Ingo Müller-Wodarg, du Collège Imperial de Londres, qui a dépouillé les données recueillies entre le 24 juin et le 11 juillet 2014, a pu constater que ce qui s'y passe est bien plus complexe qu'ils ne le pensaient.

Premier étonnement, et pas des moindres, il y fait jusqu'à 70 °C plus froid qu'attendu. La température moyenne de l'atmosphère polaire est en effet de - 157 °C. Autre surprise, la densité n'est pas aussi élevée que prévu : 22 % de moins à 130 km d'altitude et 40 % de moins à 140 km. Ces observations sont en accord avec celles des couches supérieures, à 180 km, où la densité est plus faible de presque un facteur deux. « [Cela] montre que le modèle existant dresse un tableau trop simpliste de la haute atmosphère de Vénus », déclare l'auteur principal de l'étude publiée le 11 avril dans la revue Nature Physics. Selon lui, « ces densités plus faibles pourraient être au moins en partie dues aux vortex polaires de Vénus, qui sont des systèmes de vents forts près des pôles. Les vents atmosphériques peuvent rendre la structure de densité à la fois plus complexe et plus intéressante ».

Données brutes de l’atmosphère polaire de Vénus, capturées entre 130 et 140 km d’altitude, dans le cadre de la campagne VExADE. Les lignes noires marquent les trajectoires de Venus Express au cours de cette période. Le fond gris à l’arrière-plan est une carte normalisée des ondes de gravité atmosphériques détectées. Les fluctuations sont marquées par des taches plus claires pour les plus denses, et plus sombres pour les moins denses. © Esa, Venus Express, VExADE, Müller-Wodarg et al., 2016

Deux sortes d’ondes atmosphériques

Les chercheurs ont observé des ondes atmosphériques se déployer dans le temps, à la verticale, à travers l'atmosphère de cette planète-sœur. Elles sont de deux types : des ondes de gravité (un phénomène aussi observé dans les atmosphères de la Terre, de Mars et même de Pluton...) et des ondes liées à la rotation de la planète sur son axe, qui s'étendent sur plusieurs jours. « Ces vagues sont délicates à étudier, explique Sean Bruinsma, chercheur au Cnes et coauteur des recherches. Il est nécessaire d'être dans l'atmosphère de la planète elle-même pour les mesurer correctement. Les observations plus lointaines ne peuvent pas nous en dire beaucoup. »

L'une comme l'autre sont en tout cas très influentes sur la structure des atmosphères. Pour l'équipe, ces fortes ondes atmosphériques qu'ils ont repérées et dominent ces régions, pourraient être générées par les couches nuageuses supérieures, qui s'achèvent à environ 90 km d'altitude. ce mouvement se conjuguerait à l'onde planétaire qui oscille sur une période de 5 jours. « Nous avons tout vérifié avec soin, précise Jean-Charles Marty, du Cnes, afin d'être sûr que les ondes ne sont pas un artefact de notre traitement. »

Finalement, on connaît encore assez mal notre belle voisine que l'on peut voir briller dans le ciel terrestre, tantôt le soir tantôt le matin. Heureusement, la sonde Akatsuki, enfin sur place (certes dans une configuration différente avec cinq ans de retard) vient de commencer à l'espionner. Et cela pour au moins deux ans.

Venus Express : les découvertes faites par la sonde  Lancée en 2005, la sonde Venus Express a passé près de 8 ans en orbite autour de Venus. De nombreuses découvertes sur la planète ont été faites durant cette période. Le Cnes revient en vidéo sur ces avancées. 

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