Le faisceau de la lumière zodiacale s'étend jusqu'au Taureau marqué par l'amas des Pléiades. Mars est visible en ce moment à côté de l'essaim d'étoiles. © Joshua Rhoades, Apod (Nasa)
Sciences

Les poussières de Mars se dispersent à travers le Système solaire

ActualitéClassé sous :Astronomie , comète , astéroïde

[EN VIDÉO] Des poussières de Mars à l’origine de la lumière zodiacale  Pendant son voyage vers Jupiter, la sonde Juno s’est transformée de manière inattendue en parfait détecteur de poussières cosmiques. Les données qu’elle a transmises aux chercheurs éclairent d’un nouveau jour le phénomène de lumière zodiacale. Ce phénomène provoqué par un nuage de poussière dans lequel baigne notre Système solaire et qui a, pour la première fois, pu être cartographié avec précision. De quoi pointer une source que les astronomes ne soupçonnaient pas : les tempêtes qui se déchaînent parfois sur la planète Mars ! (en anglais) © Nasa Goddard 

La lumière zodiacale. Encore l'un de ces phénomènes merveilleux que nous devons à la nature. À un nuage de poussière dans lequel baigne une partie de notre Système solaire. Les astronomes ont d'abord pensé que nous devions ces poussières à des astéroïdes. Puis à des comètes. Aujourd'hui, ils suggèrent qu'elles pourraient en réalité s'échapper de Mars !

Une partie de notre Système solaire baigne dans un nuage de poussière. Et lorsque les fines particules qui le composent diffusent la lumière du Soleil, apparait alors dans notre ciel nocturne -- notamment après le coucher du Soleil au printemps et avant son lever en automne --, une lueur diffuse que les astronomes appellent la lumière zodiacale.

Ce nuage de poussière, les chercheurs ont d'abord pensé qu'il venait surtout des astéroïdes. Puis, à la matière éjectée par les comètes. Mais de nouvelles données recueillies par la sonde Juno (mission d'exploration de Jupiter) pointent désormais un nouveau responsable : la planète Mars.

La lumière zodiacale, c’est cette lueur de forme triangulaire qui peut apparaître tantôt après le coucher du Soleil, tantôt avant son lever. Le résultat de la diffusion de la lumière du Soleil sur des grains de poussière. © abriendomundo, Adobe Stock

C'est un peu par hasard que Juno a renseigné les chercheurs sur ces poussières cosmiques. Pour déterminer l'orientation de l'engin dans l'espace et assurer la précision de son magnétomètre, en effet, des caméras embarquées prennent le ciel en photo tous les quarts de seconde. Et l'une d'entre elles a été programmée pour rapporter les objets qui apparaissent sur plusieurs images consécutives, mais qui pourtant, ne figurent pas dans les catalogues d'objets connus. C'était dans l'idée de détecter de nouveaux astéroïdes.

Mais lorsque la caméra a commencé à renvoyer des milliers d'images sur lesquelles apparaissaient et disparaissaient de mystérieuses stries, les astronomes ont été déconcertés. « C'était comme si quelqu'un secouait une nappe pleine de miette devant la caméra », commente John Leif Jorgensen, professeur à l'université technique du Danemark, dans un communiqué du Jet Propulsion Laboratory (JPL, Nasa)

La sonde Juno est arrivée près de Jupiter en juillet 2016. © Nasa

La distribution des poussières cosmiques dans le détail

Un calcul de la taille et de la vitesse apparente des objets apparaissant sur les images a finalement permis aux chercheurs de remonter à leur origine. Des grains de poussière s'étaient écrasés sur Juno à quelque 16.000 km/h, lui arrachant des morceaux submillimétriques. Les panneaux solaires de l'engin s'étaient tout simplement transformés en immense détecteur de poussière. Avec une zone de collecte 1.000 fois plus importante que celle de la plupart des détecteurs de poussière traditionnels.

Un détecteur de poussière plutôt sensible. Et qui a permis aux astronomes de se faire une idée de la distribution de ces poussières tout au long du parcours de Juno entre la Terre et Jupiter. Ainsi la plupart des impacts ont été enregistrés entre la Terre et la ceinture d'astéroïdes. Le nuage de poussière semble délimité d'une part par notre planète -- du fait de sa gravité qui aspire en quelque sorte tout ce qui s'en approche -- et d'autre part, par la planète Mars -- à environ deux unités astronomiques, soit deux fois la distance Terre-Soleil.

Mars est le seul objet que nous connaissons à cet endroit.

La gravité de Jupiter agit quant à elle comme une barrière qui empêche les poussières de s'échapper vers le Système solaire externe. Tout comme elle empêche d'ailleurs des poussières venant de l'espace lointain de s'infiltrer dans le Système solaire interne. Et c'est l'influence de cette barrière gravitationnelle ainsi que l'orbite presque circulaire de ces grains de poussière qui oriente aujourd'hui les chercheurs vers une origine inattendue. « Le seul objet que nous connaissons à cet endroit, c'est la planète Mars », souligne John Leif Jorgensen.

Pour son équipe, donc, le nuage de poussière responsable de la lumière zodiacale vient de gigantesques tempêtes de sable qui se déclenchent à l'occasion sur Mars. Pour vérifier cette nouvelle hypothèse, les astronomes l'ont testée à l'aide de modèles informatiques qui ont rendu avec précision la variation de la lumière zodiacale observée près de l'écliptique. Comment cette poussière peut échapper à l'emprise de la gravité martienne reste encore à découvrir...

Pour en savoir plus

Les comètes à l'origine de la lumière zodiacale

Selon des chercheurs texans, plus de 80% des poussières qui composent la lumière zodiacale proviennent des comètes...

Article de Jean-Baptiste Feldmann paru le 21/04/2010

Vue sous le ciel pur du Nouveau-Mexique, la lumière zodiacale s'élève depuis l'horizon derrière lequel le Soleil s'est couché. Crédit Malcolm Park (North York Astronomical Association)

Un soir de printemps, dans un coin de campagne encore préservé de la pollution lumineuse, le Soleil est couché depuis un peu plus d'une heure. Les étoiles sont là, piquées sur un ciel bien noir. Pourtant, vers l'ouest, une colonne faiblement lumineuse subsiste, moins brillante que la Voie lactée. Son observation nécessite un ciel transparent et une parfaite adaptation à l'obscurité. Son nom : la lumière zodiacale.

Elle est le résultat de la réflexion de la lumière solaire sur une bande de poussière située dans le plan de l'orbite terrestre et qui s'étend jusqu'à l'orbite de Jupiter. L'observation de ce nuage poussiéreux autour d'autres étoiles pourrait même permettre la détection d'exoterres.

La poussière interplanétaire ne se résume pas à la lumière zodiacale. Les étoiles filantes (on parle de météores) en sont une autre manifestation. Crédit W. Pacholka

Observée depuis toujours

Le premier à mentionner l'existence de la lumière zodiacale est le philosophe romain Sénèque qui la comparait à des feux épars. Dix siècles plus tard, Omar Khayyam la décrivit comme une fausse aurore depuis l'observatoire d'Ispahan. En 1661 Joshua Childrey proposa le premier d'expliquer la lumière zodiacale par la présence de particules de poussières éclairées par le Soleil.

L'astronome Jean-Dominique Cassini l'admira vingt ans plus tard lors d'un voyage sous les tropiques et en 1855 l'Anglais Smyth en fit les premières observations spectroscopiques depuis le Pic de Teide (île de Ténérife) et nota que les poussières étaient riches en silicates. Depuis l'avènement des sondes spatiales dans les années 1960, elles sont systématiquement équipées de détecteurs pour collecter ces poussières interplanétaires.

Selon Nesvorny et Jenniskens, la majorité des poussières du nuage zodiacal ne proviennent pas de la ceinture d'astéroïdes (en vert) mais des comètes à courtes périodes qui subissent l'influence de Jupiter. (Cliquer sur l'image pour l'agrandir.) Crédit Southwest Research Institute

Poussières d'astéroïdes et surtout de comètes

L'origine des poussières qui composent la lumière zodiacale fait débat depuis longtemps. Si on s'accorde pour dire que le nuage zodiacal est enrichi par les astéroïdes, les comètes et les essaims météoritiques, c'est la proportion de chacune de ces composantes qui divisait les scientifiques.

Deux chercheurs du Southwest Research Institute, David Nesvorny et Peter Jenniskens, viennent de trancher. Ils ont réalisé le premier modèle entièrement dynamique du nuage zodiacal. Ils démontrent que l'épaisseur du nuage s'explique  par la présence de poussières provenant des comètes à courte période, typiquement celles dont l'orbite elliptique est parcourue en moins de 200 ans.

Deux constats précis viennent étayer leur démonstration.Tout d'abord les études menées par Jenniskens, spécialiste des courants météoritiques : selon ses conclusions, ces courants de poussières s'observent sur des orbites semblables à celles empruntées par les comètes à courtes périodes sans qu'une comète active y soit associée. D'autre part l'analyse des micro-météorites récoltées en Antarctique révèle que la plus grande partie d'entre elles ont une composition primitive différente de celle des météorites issues d'astéroïdes.

Nesvorny et Jenniskens pensent que ces micro-météorites sont en fait des poussières cométaires. Ils en déduisent que la proportion observée (environ 85% de l'ensemble des micro-météorites) correspond au pourcentage de poussières cométaires qui peuplent le nuage zodiacal.

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