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Première détection du dayglow de la lueur verte de l’oxygène sur Mars

Research Topic Chapter
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Le spectromètre NOMAD/UVIS a détecté, pour la première fois dans une atmosphère planétaire autre que celle de la Terre, l'émission de la lueur verte de l'oxygène à environ 80 km d'altitude dans l'atmosphère martienne. La raie verte à 557,7 nm est émise par la désexcitation des atomes d'oxygène, produite par la photolyse du CO2, le constituant majeur de l'atmosphère martienne. La mesure simultanée de la raie verte et d'une autre émission d'oxygène à 297,2 nm a également permis de résoudre une ancienne divergence entre le calcul ab initio et les mesures terrestres.
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L'instrument NOMAD, développé à l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique et actuellement en orbite autour de Mars à bord de l'orbiteur ExoMars de l'ESA, a détecté une lueur verte d'oxygène unique dans l'atmosphère entourant la planète rouge (à environ 80 km d'altitude).

Cette émission donne sa couleur caractéristique aux aurores polaires terrestres et dayglows, mais n'avait jamais été observée auparavant dans d'autres atmosphères planétaires en dehors de celle de la Terre. Cette lumière verte est émise par la désexcitation des atomes d'oxygène, produite dans l'atmosphère martienne par la photolyse du dioxyde de carbone, qui est le constituant majeur de l'atmosphère martienne.

Découverte de la lueur verte sur Mars

Bien que l'existence de la lueur verte sur Mars ait été prédite depuis environ 40 ans, elle n'avait jamais été observée dans l'atmosphère des autres planètes jusqu'à présent. Pour y remédier, l'équipe NOMAD de l’IASB et de l'ULg ont décidé de réorienter le canal UV et visible (UVIS) de l'instrument de son orientation typique au nadir pour pointer vers le limbe diurne.

Entre le 24 avril et le 1er décembre 2019, l'équipe NOMAD a utilisé le canal Ultraviolet et Visible (UVIS) pour scanner les altitudes allant de 20 à 400 km de la surface martienne, deux fois par orbite. Sur chacune de ces orbites au limbe, un signal extrêmement lumineux a été détecté à 557,7 nm, démontrant l'omniprésence de la lueur verte dayglow. Le pic d'altitude principal était situé à près de 80 km, et son intensité variait en fonction de la distance Soleil-Mars, de l'heure locale et de la latitude des observations. Un second pic d'émission a été observé à près de 120 km.

Résolution d’une controverse de longue date

Une autre émission dayglow plus faible de l'oxygène a également été observée à 297,2 nm dans le domaine spectral des UV proches. Une telle mesure simultanée de deux raies de l'oxygène dans le domaine spectral visible et ultraviolet est tout à fait unique. Elle a permis de dériver directement un rapport de 16,5 entre les émissions visibles et UV, ce qui est difficile même en laboratoire sur la Terre. Ce résultat est conforme aux modèles de calcul de la mécanique quantique, mais contredit les mesures atmosphériques antérieures effectuées lors des dayglows et des aurores boréales terrestres.

 

Pour en savoir plus?

Gérard, J.-C., Aoki, S., Willame, Y., Gkouvelis, L., Depiesse, C., Thomas, I.R., Ristic, B., Vandaele, A.C., Daerden, F., Hubert, B., Mason, J., Patel, M.R., López-Moreno, J.-J., Bellucci, G., López-Valverde, M.A., and Beeckman, B. (2020). Detection of green line emission in the dayside atmosphere of Mars from NOMAD-TGO observations. Nature Astronomy, 4(11), 1049-1052. https://doi.org/10.1038/s41550-020-1123-2

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(Gauche) Distribution en altitude de l'intensité de la raie verte observée (points verts) et modélisée (ligne rouge). Le dayglow étant le plus brillant à 80 km, atteint un deuxième pic aux environs de 120 km et se dissipe au-dessus de 150 km. (Droite) Exemple d'un spectre NOMAD UVIS mesuré au limbe diurne le 28 avril 2019.