En décembre 2021, les scientifiques découvraient avec stupéfaction un phénomène optique bien connu sur Terre mais jamais observé sur une autre planète : sur une photographie prise par le rover Perseverance sur Mars, le Soleil apparaît entouré d’un halo lumineux. Un phénomène qui permet d’émettre d’importantes hypothèses sur la composition de l’atmosphère martienne.

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Le 15 décembre 2021, le rover Perseverance prenait une photographiephotographie de son environnement martien, a priori anodine. Mais en y regardant de plus près, un détail a attiré l'œilœil des scientifiques. Sur le panorama, le Soleil est bien visible. Jusque-là, rien d'exceptionnel. Sauf que le disque lumineux de notre étoile apparaît entouré d'un halo. Et c'est justement ce phénomène d'optique très caractéristique qui a suscité l'émoi de la communauté scientifique.

Un phénomène bien connu sur Terre mais observé pour la première fois sur Mars

Ce phénomène est bien connu sur Terre, où il est souvent observé. Il arrive en effet que les cristaux de glace en suspension dans notre atmosphèreatmosphère déforment la lumière émise par le Soleil, créant un cercle lumineux autour du disque solaire.

Notre atmosphère est en effet composée de minuscules cristaux de glace, regroupés au sein de nuages de type cirrus, présents à très haute altitude. Ces cristaux présentent une structure hexagonale qui va, par le phénomène de réfractionréfraction ou de réflexion de la lumière, dicter la taille et le type de halo observé. Typiquement, on observe un cercle décalé de 22° par rapport à la source de lumière, mais il est également possible d'observer des arcs ou une colonne lumineuse. Les cristaux doivent cependant avoir une taille bien spécifique pour qu'un halo soit observable. Et c'est dans ce paramètre, qui dépend des conditions atmosphériques, que tout se joue. Par exemple, si les cristaux sont trop petits ou que les nuagesnuages sont trop épais ou trop chauds, il n'y aura rien de visible autour du Soleil.

Un magnifique halo photographié au niveau du pôle Sud. On peut observer le cercle à 22° mais également les arcs et les colonnes lumineuses. © NOAA, Lieutenant (j.g.) Cindy McFee, NOAA Corps, Wikimedia Commons, domaine public
Un magnifique halo photographié au niveau du pôle Sud. On peut observer le cercle à 22° mais également les arcs et les colonnes lumineuses. © NOAA, Lieutenant (j.g.) Cindy McFee, NOAA Corps, Wikimedia Commons, domaine public

L'eau n'est cependant pas le seul élément capable de produire ce phénomène. Il est en effet envisageable que des cristaux d'autres éléments chimiqueséléments chimiques puissent produire un effet similaire. Chaque structure de cristal aura cependant une signature propre, créant un halo de taille différente. L'étude du halo permet ainsi de retrouver l'élément chimique en cause, la taille et la forme des cristaux, mais également la température du nuage.

Cristal de glace avec le tracé des lignes de réfraction de la lumière produisant un halo de 22° autour du soleil. © Hannes Grobe, Alfred Wegener,<em> Institute for Polar and Marine Research</em>, Wikimedia Commons, CC by-sa 2.5
Cristal de glace avec le tracé des lignes de réfraction de la lumière produisant un halo de 22° autour du soleil. © Hannes Grobe, Alfred Wegener, Institute for Polar and Marine Research, Wikimedia Commons, CC by-sa 2.5

Une preuve de la présence de grands cristaux de glace d’eau dans l’atmosphère martienne

Comme la Terre, Mars possède une atmosphère, même si elle est beaucoup plus fine et de composition bien différente. En théorie, ce phénomène d'optique est donc bien possible sur Mars. Il n'avait cependant jamais été observé, malgré les innombrables photographies du ciel prises par les différentes missions martiennes réalisées à ce jour.

Jusqu'à ce 15 décembre 2021. Au début, les scientifiques ont pensé que le halo observé était produit par la présence de glace carboniqueglace carbonique dans l'atmosphère de Mars, une molécule bien plus fréquente dans l'atmosphère de la Planète rouge que les molécules d'eau. Mais la signature optique ne correspond pas. Les scientifiques se sont donc penchés sur les différentes options possibles : artefact dû à la caméra, présence de poussière dans l'atmosphère... mais aucune de ces hypothèses ne permet de reproduire le halo photographié par Perseverance. Sauf la présence de grands cristaux de glace d'eau.

Le Soleil et son halo de 22° photographié par Perseverance le 15 décembre 2021. © Lemmon et al. 2022,<em> Geophysical Research Letters</em>
Le Soleil et son halo de 22° photographié par Perseverance le 15 décembre 2021. © Lemmon et al. 2022, Geophysical Research Letters

D'autres clichés nécessaires pour mieux comprendre l'origine de ce halo

L'observation de ce halo a donc de fortes implications, même s'il est difficile de donner des conclusions définitives sur un seul et unique exemple. Pour les chercheurs, qui présentent leurs résultats dans un article publié dans Geophysical Research Letters, ce halo capturé par la caméra de Perseverance implique une supersaturation d'eau dans la haute atmosphère de Mars. Une situation rare pour la Planète rouge, mais qui pourrait être plus fréquente que prévu à la fin de l'été dans les régions subtropicales de l'hémisphère nordhémisphère nord. C'est précisément dans cette situation que Perseverance a capturé ce cliché du Soleil.

Les scientifiques attendent désormais avec impatience que Mars entre à nouveau dans cette saisonsaison bien particulière afin de pouvoir prendre de nouvelles photographies du Soleil. Ce type de données vient complémenter les mesures atmosphériques acquises depuis l'orbiteorbite martienne par les sondes et permet d'étudier plus en détail la composition mais également le fonctionnement de l'atmosphère de Mars.