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Vénus génère un anneau de poussières zodiacales autour du Soleil

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Les résonances orbitales creusent des zones dans la ceinture d'astéroïdes et dans les anneaux de Saturne. Elles provoquent aussi la formation d'anneaux de poussières zodiacales autour du Soleil, comme le prouvent les observations des sondes de la mission Stereo avec Vénus.

Prise non loin de l'observatoire de La Silla au Chili, cette photographie montre clairement la lumière zodiacale que l'on pourrait prendre pour la lueur de l'aube. On devine l'écliptique sous forme d'une barre de lumière diffuse qui monte presque à la verticale. On doit pouvoir observer cette lumière, causée par la réflexion de la lumière du Soleil sur des poussières d'origine cométaire rassemblées dans le plan de l'écliptique, à la surface d'exoplanètes similaires à la Terre. © A. Fitzsimmons, Eso

Un groupe de chercheurs britanniques vient de publier dans Science un article qui doit sûrement retenir l'intérêt de l'ex-guitariste du groupe Queen. Avant de faire équipe avec Freddie Mercury, Brian May avait en effet entrepris une thèse sur la poussière zodiacale. Quelques années après la mort du chanteur des suites du Sida, May a repris ses travaux pour finalement décrocher son doctorat d'astrophysique en 2007.

La poussière zodiacale a été découverte bien avant que l'on puisse connaître son origine. En effet, c'est elle qui est responsable de la lumière zodiacale. Cette lumière est produite par la réflexion de la lumière du Soleil par les particules de poussières du milieu interplanétaire présentes dans le Système solaire. Ces particules sont essentiellement des grains de matière éjectés par les comètes de la famille de Jupiter (nommées Jupiter-family comets ou JFC en anglais), et non des poussières résultant de collisions entre astéroïdes.

Anneaux de poussières causés par des résonances orbitales

La famille de Jupiter regroupe les comètes influencées par l'attraction de cette planète et dont la période orbitale n'excède pas 20 ans. Elles ne s'éloignent pas à plus de sept UA environ du Soleil, et se déplacent pour la plupart dans le même sens que les planètes, sur une orbite située généralement au voisinage du plan de l'écliptique. C'est donc dans ce plan que s'accumule la poussière zodiacale, et l'on pouvait s'attendre à ce que les planètes internes y provoquent la formation d'anneaux, comme le font les lunes de Saturne. On peut aussi penser aux résonances gravitationnelles causées par Jupiter et qui expliquent les lacunes de Kirkwood.

Daniel Kirkwood (1814-1895) était un astronome américain qui a eu l’idée de dresser un diagramme du nombre d’astéroïdes connus de son temps en fonction de leur distance au Soleil. Il a alors découvert plusieurs lacunes dans cette distribution, qui portent aujourd’hui son nom, et avait déjà compris qu’elles étaient liées à des résonances avec l’orbite de Jupiter. Kirkwood a également suggéré que des résonances causées par les lunes de Saturne expliquaient la fameuse division Cassini dans ses anneaux. Enfin, l’astronome a été le premier à associer les pluies d'étoiles filantes aux débris cométaires. © DP

Ces résonances, combinaisons de forces gravitationnelles, piègent des corps célestes sur des orbites ou au contraire les en éloignent. Elles se produisent lorsque le rapport des périodes de révolution de deux objets orbitant autour d'un troisième est une fraction entière simple. C'est un cas particulier de résonance mécanique. On sait bien qu'il suffit de pousser une personne sur une balançoire à une fréquence bien définie soit pour amplifier son mouvement, soit pour le freiner.

De fait, un anneau de poussières associé à la Terre est connu depuis environ 20 ans. Les chercheurs suspectaient l'existence d'un autre, associé à Vénus cette fois, depuis plus longtemps. Les sondes russes Venera 9 et Venera 10 avaient en effet fourni des indices de l'existence d'un anneau de poussières autour du Soleil coïncidant avec l'orbite de Vénus dès le milieu des années 1970. Les collègues de Brian May ont eu l'idée de construire un modèle de la lumière zodiacale diffusée par cet anneau afin de pouvoir comparer leur prédiction aux observations des sondes Stereo A et Stereo B de la Nasa.

Lumière zodiacale et chasse aux exoplanètes

Les deux sondes jumelles de la mission Stereo (Solar TErrestrial RElations Observatory), qui permettent d'étudier le Soleil depuis 2006, ont finalement confirmé la présence d'un anneau de poussières zodiacales. Il est plus important de part et d'autre de l'orbite de Vénus.

Cet anneau est relativement stable, mais selon les chercheurs, les poussières qui s'y trouvent finissent par le quitter au bout de 100.000 ans en moyenne. Mais ce qui intéresse le plus les astrophysiciens avec cette découverte, c'est qu'elle leur donne le moyen de mieux comprendre des structures similaires observées dans des disques de poussières autour d'autres étoiles. Ces structures, constituées de poussières exozodiacales, peuvent servir à découvrir indirectement des exoplanètes. On doit aussi tenir compte de la lumière qu'elles produisent, qui serait donc l'analogue de la lumière zodiacale, pour traiter correctement les images que l'on essayera d'obtenir de ces exoplanètes.