©Planeterrella
Un simulateur d’aurores polaires
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Les aurores bleues de Mars

En 2005, l’instrument SPICAM (http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/1951-spicam.php) à bord du satellite de l’Agence Spatiale Européenne Mars Express (http://sci.esa.int/mars-express/) observe le rayonnement ultraviolet de la planète rouge. Par des manœuvres de dépointage, qui ne peuvent s’effectuer trop souvent, il permet également d’observer le rayonnement de l’atmosphère de Mars, sur le fond noir du ciel. Or, chaque fois que Mars Express survole une anomalie magnétique, c’est à dire une zone où le champ magnétique crustal est intense, on constate que le rayonnement UV atmosphérique s’amplifie.
Jean-Loup Bertaux, le « Principal Investigateur » de SPICAM se doute bien qu’il s’agit d’électrons du vent solaire qui excitent le dioxyde de carbone atmosphérique et crée des aurores, comparables à nos aurores boréales. Avec Olivier Witasse, mon thésard de l’époque (devenu depuis responsable spatial à l’ESA), nous confirmons par le calcul qu’il s’agit bien d’aurores dues à des énergies électroniques de l’ordre de 500 eV. L’article est publié dans Nature en 2005 : nous avons découvert les aurores martiennes. Simplement, comme elles se produisent dans une longueur d’onde invisible à l’œil humain, la nouvelle est faiblement médiatisée.

En parallèle, la communauté scientifique s’attaque à un mystère martien : Il y a trois milliards et demi d’années, son atmosphère était au moins de 2 bars – minimum nécessaire pour maintenir de l’eau liquide sous du dioxyde de carbone – or, aujourd’hui que l’eau a disparu, l’atmosphère de Mars est cent fois plus ténue que celle de la Terre. Dans la décennie se dessine un scénario probable. Tout d’abord, un échappement dit « catastrophique », dû à un bombardement incessant d’astéroïdes, à un volcanisme éruptif d’une échelle inconnue sur Terre. Puis, au cours des millénaires, une rape douce mais permanente due d’une part au vent solaire, d’autre part à son rayonnement. C’est l’américaine Janet Luhman et le français François Leblanc qui démontrent le mécanisme du vent solaire, et c’est mon équipe qui explique celui du rayonnement solaire (Lilensten et al., 2013).
La NASA souhaite la preuve expérimentale de ce mécanisme, et envoie le satellite MAVEN en 2013 (http://www.nasa.gov/mission_pages/maven/main/index.html). Les résultats ne sont pas encore publiés, et les équipes y travaillent. Mais déjà, MAVEN confirme en janvier 2015 les observations aurorales dans l’ultraviolet que nous avions faites dix ans plus tôt.

Entre 2007 et 2013, nos équipes continuent la comparaison des données SPICAM et de notre modèle, et en parallèle, je crée la première Planeterrella. Une polémique scientifique se développe autour des énergies électroniques à l’origine des aurores : 500 eV ou plus ? Pour en avoir le cœur net, je décide de mettre du dioxyde de carbone dans mon démonstrateur auroral. Pour cela, j’ai créé une entrée de gaz dans sa troisième version. Mais David Bernard, mon thésard, a une meilleure idée : il suffit de mettre dans l’enceinte à vide un pain de glace de CO2. En se sublimant sous l’effet du vide, le gaz va rester en légère surpression et empêcher l’air de rentrer.
Nous faisons l’expérience en avril 2015.
Equiper la Planeterrella {JPEG} Nous équipons la Planeterrella avec un spectromètre à fibre optique / We equip the Planeterrella with an opitc fiber spectrometer (crédit David Bernard / Jean Lilensten, IPAG).
Et à notre grande surprise, nous observons des aurores bleues. Nous en sommes stupéfaits.


La Planeterrella simule une planète type Mars. La photographie du haut a servi dans la publication scientifique, et a été reprise sur des millions de sites internet. The Planeterrella simulates a fake Mars. The upper photography was published in the scientific paper, and has been copied in over millions of websites. (Credit : David Bernard / Jean Lilensten, IPAG / UGA / CNRS)
De retour au labo, un peu de bibliographie nous apprend que ce rayonnement, dû à la bande Fox-Duffenbak-Barker du CO2, est bien connue des spectroscopistes. Simplement, nous l’ignorions.
La semaine suivante, nous demandons à Mathieu Barthélemy de refaire l’expérience avec nous et de vérifier point par point tout le processus expérimental. Les résultats se confirment. Il y a avec nous une jeune collégienne, en stage de troisième, Camille. Je lui fais promettre de ne pas en parler, et elle tiendra parole, même auprès de ses parents.

En haut, David dans la Planeterrella, après notre première manipe. En bas, notre équipe grenobloise (David à gauche, Mathieu au centre, Jean à droite). (Credit Camille Infante, IPAG)
Pour terminer sa thèse, David introduit les données atomiques de la bande FDB dans mon code ionosphérique. Il calcule l’émission dans la Planeterrella : son calcul correspond aux observations. Il calcule ensuite l’intensité lumineuse sur Mars. Mais pour cela, il nous faut connaître l’énergie des précipitations la nuit, au dessus des anomalies magnétiques.

Au plus grand meeting européen de géophysique, l’assemblée générale de l’EGU, je vais voir début mai Andréa. C’est une jeune chercheuse de l’ESA, qui a analysé les données de Venus Express (http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Venus_Express), le clone de Mars express qui observe Vénus. Ses données sur Vénus peuvent être facilement extrapolées sur Mars. David peut terminer ses calculs : les aurores martiennes sont visibles à l’œil nu. En plus du bleu à 140 km, les aurores sont vertes et, plus haut, rouges (à 160 kilomètre).
Je demande alors à mes deux amis et anciens thésards, Cyril (aujourd’hui chercheur à l’université d’Aalto, en Finlande) et Guillaume (aujourd’hui chercheur à la NASA) de vérifier nos calculs et nos mesures. Ils les confirment en tous points.
Nous sommes prêts à écrire l’article, que nous envoyons à Planetary and Space Science. Les rapporteurs anonymes de l’article approuvent sa parution, mais pas sans discussion : pour l’un d’entre eux, le fait que des aurores soient visibles à l’œil nu n’a aucune importance, puisqu’il n’y a pas d’humain sur Mars, et que nos instruments d’observation sont bien plus sensibles que nos yeux. Pour nous, c’est très important : la science n’est pas dépourvue d’émotion, et savoir qu’un spationaute sur le sol rouge de Mars observerait, en levant la tête, des aurores bleues, rouges et verte nous semble important.
Vue d'artiste / Artist view

Vue d'artiste / Artist view Trois interprétations par les co-auteurs de l’article scientifique, montrant à quoi les aurores martiennes bleues doivent ressembler, vues par le rover de la NASA Curiosity, à proximité des anomalies magnétiques de Mars. En réalité, ce bleu se mêle de vert, et au dessus se trouve une couche rouge ! Three interpretations by the co-authors of the scientific article, showing how the blue Martian aurora should look like, as seen by the NASA rover Curiosity, near the magnetic anomalies on Mars. In reality, it mixes blue and green emissions, and above stands a red layer ! Photomontage NASA/JPL-Caltech/MSSS and Cyril Simon Wedlund (Aalto Univ.)/ / David Bernard (IPAG - CNRS - IUT Montpellier)
Finalement, la date de parution est fixée au 26 mai 2015 (Lilensten et al., 2015). La NASA et le CNRS préparent leurs communiqués de presse, ainsi que l’Université d’Aalto, et celle de Hongrie où Andrea a trouvé un poste permanent.
http://www.insu.cnrs.fr/node/5319
www.osug.fr/spip.php?article2815
http://www.aalto.fi/en/current/news/2015-05-27/
http://www.aalto.fi/fi/current/news/2015-05-27/
http://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?ItemId=153108&CultureCode=en
http://www.nasa.gov/langley/feature/blue-aurorae-in-mars-sky-visible-to-the-naked-eye

Immédiatement, la nouvelle fait le tour du Web. La NASA la poste sur sa page de garde. Il n’en faut pas plus pour que les internautes lui attribuent la découverte, à notre grand amusement. Les sites se multiplient, la nouvelle devient virale…

http://www.iflscience.com/space/blue-aurora-red-planet
http://www.media.inaf.it/2015/05/28/aurore-su-terra-e-marte-che-spettacolo/
http://www.verkkouutiset.fi/kotimaa/mars_revontulet-36657
http://www.uusisuomi.fi/tiede-ja-ymparisto/82240-jannittava-havainto-marsista-valoilmiot-ovat-paljain-silmin-nahtavissa
http://www.sciencenewsline.com/articles/2015052714510013.html
http://www.upi.com/Science_News/2015/05/27/Study-illuminates-similarities-between-Mars-Earth-aurorae/4911432741066/
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/05/150527092606.htm
http://bukehiziroglu.com/2015/05/27/another-similarity-aurorae-on-mars-and-earth/
http://www.astrobio.net/topic/solar-system/mars/similarities-between-aurorae-on-mars-and-earth/
http://www.techtimes.com/articles/56199/20150528/what-martian-aurora-look.htm
http://motherboard.vice.com/read/on-mars-a-brilliant-blue-aurora-colors-the-night-sky
https://news.google.com/news/story?pz=1&cf=all&ned=us&hl=en&q=aurorae+mars&ncl=deENVVNamIFPbYMWV2UlbIKF89ojM&cf=all&scoring=d
https://www.youtube.com/watch?v=sKxsxMJ13jw
http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/planete-mars-mars-aurores-seraient-bleues-58394/
http://espace-temps.blogs.nouvelobs.com/archive/2015/05/28/bleues-sont-les-aurores-de-mars-563369.html
https://www.youtube.com/watch?v=yviJ2mhfTAg
http://www.skyatnightmagazine.com/news/blue-aurora-above-mars-confirmed

Une recherche sur « blue aurora mars » donne rapidement des milliers, puis bientôt des centaines de milliers de réponses. Ce qui nous amuse le plus, c’est que les trois montages de David et de Cyril se retrouvent partout et deviennent très rapidement « les premières photos des aurores bleues martiennes prises par la NASA ». Certains en font même des films …

Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)