Le déséquilibre du cycle du carbone, une clé pour l'habitabilité des planètes telluriques

Déterminer l'habitabilité d’une planète ne se résume pas à savoir si elle possède ou non de l'eau liquide. Une exoplanète pauvre en eau peut être inhospitalière, qu'elle se trouve ou non dans la zone dite habitable. La Terre, la seule planète habitable connue, dépend de son cycle du carbone pour maintenir son habitabilité. Or, ce cycle dépend de l'eau, et les exoplanètes qui en sont dépourvues ont peu de chances de le maintenir, ce qui compromet sérieusement leurs perspectives d'habitabilité à long terme. Une nouvelle étude publiée dans The Planetary Science Journal examine la teneur en eau nécessaire à l'habitabilité des exoplanètes, en prenant Vénus pour exemple éloquent.

Haskelle White-Gianella et Joshua Krissansen-Totton (Université de Washington) rappellent que sur Terre, la quantité d'eau en surface est suffisante pour un cycle géologique du carbone équilibré : l'altération des silicates compense le dégazage volcanique de CO₂. La vapeur d'eau présente dans l'atmosphère terrestre se combine au dioxyde de carbone pour former de l'acide carbonique. Cet acide, faible et instable, acidifie légèrement toutes les eaux de pluie. À l'échelle des temps géologiques, il joue un rôle crucial dans le cycle d'altération carbone-silicate de la Terre , également appelé cycle d'Urey. Ce cycle, qui est une branche du cycle du carbone terrestre, permet d'éliminer le carbone de l'atmosphère sur de longues périodes. L'acide faible dissout les roches silicatées et les eaux de ruissellement se déversent dans les océans. Elles s'accumulent au fond des océans, où la tectonique des plaques finit par les enfouir dans la croute. C'est ainsi que le carbone atmosphérique est séquestré dans les roches terrestres. Sans ce cycle, le carbone s'accumulerait continuellement dans l'atmosphère, provoquant un emballement du réchauffement climatique, comme sur Vénus.

Sur les planètes arides, il se peut que la quantité d'eau en surface soit insuffisante pour que ce mécanisme de régulation par l'altération des silicates permette de maintenir des conditions habitables.

White-Gianella et Krissansen-Totton se sont intéressés aux planètes arides présentant une quantité d'eau en surface très limitée, bien inférieure à celle d'un océan terrestre. Nombre de ces planètes se situent dans la zone habitable de leur étoile, mais rien ne dit qu'elles puissent être réellement habitables. Les chercheurs ont élaboré des modèles détaillés pour tenter de comprendre les planètes arides et leur capacité à maintenir le cycle essentiel des carbonates et des silicates. Ils ont modélisé l'évolution du cycle géologique du carbone en suivant les flux d'eau et de carbone entre l'intérieur de la planète et le système atmosphère-océan.

La modélisation repose sur 18 variables, parmi lesquelles le taux d'échappement atmosphérique de l'hydrogène, le taux de dégazage volcanique, la fraction de la surface recouverte de terres émergées, la température globale, la concentration de minéraux dans les roches vierges, la porosité des roches, la fraction d'eau de pluie transformée en ruissellement, et bien d'autres. Cette modélisation s'appuie sur notre compréhension croissante du cycle du carbone terrestre et de la manière dont il régule la température.

Les résultats montrent que les planètes telluriques arides peuvent présenter des cycles géologiques du carbone déséquilibrés en raison des limites d'écoulement par rapport à l'altération, ce qui peut entraîner une perte d'habitabilité et un emballement du réchauffement. Même si une planète se trouve dans la zone habitable, donc avec une température suffisante pour posséder de l’eau liquide, elle peut devenir inhabitable si elle ne dispose pas d'une quantité suffisante d'eau en surface pour équilibrer les flux de dégazage et d'altération, expliquent les auteurs.

Une planète aride pourrait tout de même abriter le cycle d'Urey. Elle n'a pas besoin d'autant d'eau que la Terre, mais d'une quantité significative. White-Gianella et Krissansen-Totton montrent que les planètes telluriques semblables à la Terre nécessitent une quantité initiale d'eau en surface d'au moins 20 à 50 % de la masse océanique terrestre pour maintenir un cycle géologique du carbone équilibré et une température de surface tempérée sur 4,5 milliards d'années d'évolution. Les planètes arides qui possèdent moins de 20 à 50 % des océans terrestres ne peuvent pas maintenir des flux d'altération des silicates élevés, ce qui peut entraîner une augmentation incontrôlée du CO₂ atmosphérique .

Comme il est très difficile de déterminer ce qui se passe sur les exoplanètes arides et lointaines, les chercheurs se sont penché sur la cas de notre voisine Vénus. L’étude révèle que la présence limitée d'eau en surface pourrait avoir déstabilisé le cycle du carbone de Vénus, provoquant une transition d'un climat tempéré à un climat inhabitable. La surface actuelle de Vénus est inhabitable, avec des températures moyennes de 460 ° C, une pression de surface 92 fois supérieure à celle de la Terre et une atmosphère dense dominée par le CO₂. Cependant, Vénus aurait pu être habitable par le passé, sous le faible rayonnement du jeune Soleil. Les incertitudes concernant la rétroaction nuage-albédo passée de Vénus et son évolution atmosphérique la situent à la limite de la zone habitable interne, où le moment et le déclencheur de son emballement de l'effet de serre restent flous.

Les modèles climatiques globaux démontrent qu'avec une couverture nuageuse diurne suffisante et une rotation lente, la surface de Vénus aurait pu maintenir des températures habitables jusqu'à il y a 715 millions d'années. Parmi les preuves physiques d'un climat tempéré passé, on trouve d'éventuels vestiges de croûte continentale felsique, qui se forment généralement en présence d'eau et des rapports D/H indiquant d'importants réservoirs d'eau de surface, bien que pas nécessairement condensés, par le passé. À l'inverse, certaines données soutiennent l'hypothèse d'un emballement de l'effet de serre sur Vénus depuis sa formation. On suppose que les plateaux crustaux de Vénus sont felsiques, mais des plateaux composés de minéraux felsiques s'effondreraient probablement sous l'effet de la viscosité et de l'écoulement de la croûte inférieure. De plus, la dynamique atmosphère-nuages ​​après accrétion peut avoir empêché la condensation de l’eau liquide en surface comme l’ont montré Turbet et al. en 2021

Bien que le climat passé de Vénus demeure incertain, si elle était habitable par le passé, elle a nécessairement subi une transition climatique majeure pour atteindre ses conditions actuelles. Une explication possible de l'état inhospitalier actuel de Vénus est que, l'augmentation de la luminosité solaire a entraîné un rayonnement accru, réchauffant sa surface autrefois habitable et déclenchant finalement un emballement de l'effet de serre. Dans ce scénario, toute eau de surface se serait évaporée, puis la photodissociation de l'eau aurait provoqué une fuite rapide d'hydrogène, aboutissant à l' atmosphère actuelle desséchée et dominée par le CO₂. Cependant, l'augmentation de la luminosité à elle seule ne peut pas expliquer une transition climatique d'habitable à inhabitable. Le seuil d'emballement de l'effet de serre dépend de l'albédo et de la composition atmosphérique, lesquels sont régis par les interactions à long terme entre l'atmosphère et l'intérieur de la planète. L'augmentation de l'ensoleillement ne fait qu'accroître la couverture nuageuse diurne, et donc l'albédo. Cette rétroaction stabilisatrice entre les nuages ​​et l'albédo aurait pu permettre le maintien de conditions tempérées à la surface de Vénus, même sous l'ensoleillement actuel.

Selon les chercheurs, une autre explication à l'état inhabitable actuel de Vénus est qu'un facteur externe, autre que l'augmentation de sa luminosité, a mis fin à une période d'habitabilité. MJ Way et AD Del Genio ont suggéré en 2020 que des conditions habitables auraient même pu persister jusqu'à aujourd'hui sans une activité volcanique catastrophique, due à un resurfaçage global épisodique ou quasi continu qui aurait pu servir de déclencheur. Cependant, les variations du dégazage à elles seules ne suffisent peut-être pas à induire un changement climatique permanent. Si Vénus a autrefois abrité de l'eau liquide en surface, l'altération des silicates aurait pu réguler les concentrations de CO₂ atmosphérique, même en présence d'un dégazage volcanique rapide. De plus, les éruptions de grandes provinces ignées exposent de la roche basaltique fraîche à la surface, augmentant considérablement la réduction du CO₂ par altération chimique. Il est peu probable que des modifications du dégazage à elles seules puissent déstabiliser durablement un climat où la rétroaction carbonate-silicate est active. Des limites à l’altération sont également nécessaires pour White-Gianella et Krissansen-Totton.

La rétroaction de décarbonatation liée à la stagnation du substratum tectonique a aussi été proposée en 2021 par Höning et al. comme explication de la fin de l’habitabilité de Vénus. Cependant, on ignore si la Vénus primitive se trouvait dans un régime tectonique de type stagnation du substratum tectonique, et certains indices suggèrent une subduction localisée.

White-Gianella et Krissansen-Totton explorent donc une explication alternative à l'état actuel de Vénus après l'emballement de l'effet de serre. Selon eux, Vénus pourrait avoir initialement présenté de faibles réserves d'eau en surface, une hypothèse qui est étayée par des modèles de solidification d'océans magmatiques, ainsi que des modèles de formation planétaire démontrant des variations stochastiques dans les réserves d'eau initiales des planètes telluriques du système solaire, et par le fait que Vénus se serait vraisemblablement formée dans une région du disque protoplanétaire plus chaude et plus pauvre en composés volatils que la Terre. Dans ce régime aride initial, le manque de précipitations aurait alors limité l'altération des silicates et la réduction du CO₂ . En l'absence d'un mécanisme de régulation de l'altération des silicates pour compenser le dégazage, le CO₂ aurait ainsi pu s'accumuler dans l'atmosphère, réchauffant la surface jusqu'à la disparition complète de l'eau, ce qui expliquerait son état actuel. Vénus aurait donc fini par perdre son eau, et toute forme de vie, même simple, aurait disparu.

Même une planète comme Vénus, située dans la zone habitable de son étoile peut donc devenir inhabitable si elle est un peu aride, en raison d'un déséquilibre du cycle du carbone.

Ces travaux montrent que la définition simpliste de la zone habitable n'est qu'un point de départ. L'habitabilité dépend de bien plus que la simple proximité d'une étoile ; or, pour l'instant, c'est tout ce que nous pouvons mesurer. Même si une planète se situe dans la zone habitable de son étoile, si elle est aride, elle peut devenir rapidement inhabitable en raison d'un déséquilibre du cycle du carbone.

Selon les chercheurs, même si de nombreuses planètes pourraient être habitables pendant de courtes périodes, et même permettre l'apparition d'une vie simple, pour ce qui est d’une habitabilité à long terme, indispensable à l'émergence d'une vie complexe et d'espèces bâtisseuses de civilisations comme la nôtre, leur nombre pourrait être bien plus faible, Plus généralement, les exoplanètes telluriques arides sont moins susceptibles de rester habitables sur de longues périodes et peuvent donc être de mauvaises candidates pour la recherche de biosignatures.

Source

Carbon Cycle Imbalances on Arid Terrestrial Planets with Implications for Venus

Haskelle T. White-Gianella and Joshua Krissansen-Totton

The Planetary Science Journal, Volume 7, Number 4 (15 avril 2026)

https://doi.org/10.3847/PSJ/ae4faa

Illustrations

1. Image d'artiste de Vénus (à gauche) et des variations de Gliese 12b  (NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (Caltech-IPAC)

2. Haskelle T. White-Gianella

Nouvelle preuve d'une activité volcanique actuelle sur Vénus

De nouvelles preuves viennent d'être obtenues sur l'activité volcanique en cours à la surface de Vénus, suite aux premières mise en évidence en 2021 et 2023 (épisodes 1240 et 1470) . Les planétologues ont comparé des images radar de la sonde Magellan à plusieurs époques et ils voient du mouvement... Ils publient leur étude dans Nature Astronomy.

On sait que la surface de Vénus a subi des altérations substantielles en raison de l'activité volcanique tout au long de son histoire géologique, et certaines caractéristiques volcaniques suggèrent que cette activité a persisté au moins jusqu'à il y a 2,5 millions d'années. En novembre 2021, des preuves convaincantes de changements dans la morphologie de la surface d'un évent volcanique sur le flan de Idunn Mons avaient été interprétées comme une indication potentielle d'une activité volcanique en cours.  Puis ce fut ensuite le même type d'observations rapportées en mars 2023 dans une autre zone de Vénus, nommée Maat Mons. Jusque là, l'activité volcanique géologiquement récente sur Vénus avait été déduite de preuves indirectes, comme des variations de l'abondance en SO2 ou de phosphine dans l'atmosphère, ainsi que des données d'émissivité thermique de surface et des analyses morphologiques de caractéristiques volcaniques. 

Étant donné que Vénus pourrait connaître jusqu'à 42 éruptions par an selon plusieurs études, avec environ 20 éruptions sur une période de 60 jours, l'exploration des données de la sonde Magellan pourrait révéler de nouvelles informations sur les activités volcaniques de Vénus. En particulier, l'analyse d'images radar de la même région observée à différentes époques et la recherche de changements dans la morphologie de la surface à proximité de caractéristiques volcaniques comme des cônes ou des coulées de lave peuvent fournir des informations sur l'activité géologique de la planète. 

La sonde Magellan, qui utilisait un radar à synthèse d'ouverture fonctionnant à une longueur d'onde de 12,6 cm, a mené l'étude la plus approfondie et la plus détaillée de Vénus à ce jour, qui a abouti à une cartographie à haute résolution de 98 % de la planète.

Pour étudier les altérations survenues au fil du temps dans la morphologie de la surface de Vénus, Davide Sulcanese (Università d’Annunzio, Pescara, Italie) et ses collaborateurs ont comparé des images radar des mêmes régions observées en 1990 puis en  1992 par la  sonde Magellan.  Ils ont  utilisé des mosaïques générées à partir d'enregistrements qui ont une résolution spatiale moyenne de 150 m et ont qui été rééchantillonnées à une taille de pixel de 75 m.

Les chercheurs ont analysé les régions de Vénus observées par Magellan lors du cycle 1 d'observations (de mi-septembre 1990 à mi-mai 1991) et du cycle 3 (de mi-janvier à mi-septembre 1992). Comme la rétrodiffusion radar est intrinsèquement affectée par l'angle d'incidence, afin d'atténuer cet effet et d'améliorer la comparabilité entre différents angles d'incidence, les valeurs des pixels dans les mosaïques ont subi une correction globale basée sur la loi de Muhleman. Cette normalisation, appliquée uniformément sur Vénus, a atténué l'influence de l'angle d'incidence sur les valeurs de rétrodiffusion.

Sulcanese et ses collaborateurs ont trouvé des variations dans la rétrodiffusion radar de différentes caractéristiques d'écoulement qui sont selon eux liées au volcanisme sur le flanc ouest de Sif Mons et dans l'ouest de Niobe Planitia. Ces changements s'expliqueraient par de nouvelles coulées de lave liées aux activités volcaniques qui ont eu lieu pendant la mission de cartographie de Magellan avec son radar à synthèse d'ouverture. Cette étude fournit des preuves supplémentaires à l’appui d’une Vénus actuellement géologiquement active.

En supposant que les caractéristiques identifiées sur Sif Mons et Niobe Planitia sont bien des coulées de lave, les chercheurs estiment les flux volcaniques vénusiens. Ils obtiennent les valeurs de 3,78 et 5,67 km3 par an, en considérant une épaisseur minimale d'écoulement de 3 m. Ces valeurs sont considérablement supérieures aux estimations précédentes pour Vénus, qui variaient de 0,01 à 0,1 km3 par an. Les estimations précédentes étaient dérivées d'évaluations du volume de matériaux en éruption nécessaire pour répondre aux distributions des cratères résultant du resurfaçage volcanique. Les résultats de Sulcanese et al. se situent en revanche bien dans la plage de 1 à 11 km3 par an, qui avait été estimée à partir de différents modèles de rapports de masse soufre/silicium dans le matériau d'éruption. 

Les planétologues précisent que, en considérant une épaisseur de lave maximale de 20 m, ils obtiennent des débits de 25,2 et 37,8 km3  par an, ce qui est comparable au taux moyen de production volcanique sur Terre au cours des 180 dernières mégannées, qui a été estimée entre 26 et 34 km3 par an . Cela fait dire à Sulcanese et son équipe que non seulement Vénus pourrait être beaucoup plus active volcaniquement qu’on le pensait auparavant, mais que son activité volcanique pourrait également être du même ordre de grandeur que celle estimée pour la Terre.

Ces découvertes soulignent l'importance de la poursuite de l'exploration de Vénus, notamment par les missions à venir telles que VERITAS et EnVision. Grâce à leur technologie radar avancée, ces missions pourraient fournir des images de la surface de Vénus avec une résolution encore plus élevée que celle de Magellan (30 m par pixel, voire 1 m par pixel).

Source

Evidence of ongoing volcanic activity on Venus revealed by Magellan radar

Davide Sulcanese et al.

Nature Astronomy (27 may 2024)

https://doi.org/10.1038/s41550-024-02272-1

Illustrations

1. Vénus sans ses nuages imagée en radar par Magellan (NASA)

2. Les deux zones révélant des coulées de lave (Davide Sulcanese et al.)

3. Davide Sulcanese 

Rétrospective des 23 plus belles découvertes de 2023

L'heure de la rétrospective annuelle est venue ! Je vous propose de retrouver ci-dessous les 23 découvertes qui ont marqué cette année 2023, sous la forme d'un classement qui se veut tout à fait subjectif... 

Bonne année à toutes et tous ! 

23 : Découverte d'une galaxie sans étoiles (07.03)

22 : Caractérisation d'un sursaut gamma ultra-long et ultra-lointain (29.09)

21 : La vitesse ultime des trous noirs errants (25.08)

20 : Découverte d'une étoile produite dans un résidu de supernova par instabilité de paires (07.06)

19 : IceCube détecte les neutrinos de la Voie Lactée (07.07)

18 :  Vénus a une activité volcanique actuellement (19.03)

17 :  Nouvelle image du trou noir M87* obtenue grâce à l'intelligence artificielle (13.04)

16 : Les anomalies du fond diffus cosmologique expliquées par un effet d'avant plan galactique (09.07)

15 :  Découverte d'un trou noir de 100 millions de masses solaires 470 megannées post Big Bang (9.11)

14 : Le panache d'eau de Encelade analysé par le télescope Webb (01.06)

13 : Du phosphore détecté dans les panaches de Encelade (16.06 )

12 : De nombreuses molécules organiques identifiées dans les panaches de Encelade (15.12)

11 : Première mesure de la masse d'une naine blanche isolée (02.02)

10  : Mesure inédite de H0 grâce à une supernova démultipliée réapparue avec un retard, et nouveau pavé dans la mare (13.05)

9 : Détection d'une particule de 244 milliards de GeV, soit 40 Joules (29.11)

8 : Mesure inédite du ringdown dans GW190521 et réévaluation à la hausse de la masse du trou noir résultant (5.12 )

7 : La masse de la Voie Lactée divisée par 5 par une mesure précise de sa courbe de rotation (10.10)

6 : Découverte de 8 sursauts radio ultra-rapides (ultra FRB) (20.10)

5 : Découverte de 6 galaxies candidates très massives environ 600 mégannées post Big Bang (24.02)

4 : L'antimatière tombe vers le bas ! (27.09)

3 : L'espace-temps rayonne à proximité des trous noirs et des étoiles à neutrons (04.06)

2 : Détection du fond diffus d'ondes gravitationnelles à basse fréquence (29.06)

1 : GRB 221009A : le sursaut gamma le plus brillant depuis 10 000 ans (30.03)

Des impacts météoritiques à l'origine du volcanisme de Vénus

Une nouvelle étude de la formation de Vénus explique pourquoi la planète sœur de la Terre n’a pas eu le même destin, et a été submergée par une intense activité volcanique même en l’absence de plaques tectoniques. Tout proviendrait des impacts météoritiques qu’elle aurait subi étant jeune. L’étude est publiée dans Nature Astronomy. 

Vénus a une activité volcanique actuellement

La preuve directe d'une éruption volcanique actuelle sur Vénus vient d'être apportée par la réanalyse de données de la sonde Magellan qui a observé la planète soeur de la Terre il y a 30 ans, alors qu'on la croyait géologiquement morte. L'étude est parue dans Science. 

Idunn Mons : un volcan actif aujourd'hui sur Vénus

En 2010, l'instrument VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) de la sonde européenne Venus Express avait observé pour la première fois des anomalies d'émissivité en infra-rouge au-dessus du sommet et du flanc de Idunn Mons, un volcan vénusien de 200 km de large situé dans l'Imdr Regio, une grande région volcanique de Vénus. Les anomalies suggèrent la présence de dépôts volcaniques chimiquement non altérés, ce qui avait fourni un premier indice que le volcanisme dans cette région a pu être actif au cours des derniers millions d'années. Dans une nouvelle étude plus approfondie qui vient de paraître dans The Planetary Science Journal, des planétologues suggèrent que le mont Idunn pourrait être géologiquement actif à la fois sur le plan volcanique et tectonique en ce moment même...

La durée de vie du neutron mesurée autour de Mercure et Vénus

Quelle est la durée de vie du neutron ? Cette question peut paraître simple au premier abord, mais les deux méthodes expérimentales qui ont été développées pour la mesurer ne trouvent pas la même valeur : il y a 9 secondes d'écart, ce qui est considérable du fait des incertitudes respectives des deux types de mesures. Mais des physiciens viennent de démontrer la faisabilité d'une troisième méthode, indépendante des deux autres, pour mesurer la durée de vie du neutron : en détectant en orbite les neutrons qui sont émis par Mercure ou Vénus, issus de réactions de rayons cosmiques. Une étude parue dans le nouveau journal en open access Physical Review Research. 

Vénus : super-rotation et azote se dévoilent

Elle illumine nos soirées par son éclat imbattable, l’atmosphère de Vénus possède pourtant plusieurs caractéristiques encore mal comprises... Vénus est notamment animée par une étonnante super-rotation qui voit ses couches atmosphériques tourner 60 fois plus vite que la planète elle-même. L’atmosphère vénusienne semble aussi arborer une composition chimique structurée. Deux études parues cette semaine présentent de nouveaux résultats éclairants sur la singulière atmosphère vénusienne, la première dans Science et la seconde dans Nature Astronomy.

D'importantes variations de réflectivité sur Vénus affectent sa météo

La réflectivité des nuages de la haute atmosphère de Vénus subit des variations très importantes, c'est ce qu'une équipe d'astrophysiciens vient de montrer grâce à de multiples observations de Vénus effectuées durant plus de 10 ans. La zone absorbante, toujours d'origine inconnue, produit une variation d’albédo qui influe très fortement sur la météo de Vénus. Une étude parue hier dans The Astronomical Journal. 

Vénus : Indices d'une éruption volcanique très récente

Avec ses 1100 reliefs volcaniques détectés, qui couvrent près de 85% de sa surface, Vénus est une planète qui semble active, mais les planétologues ont toujours eu beaucoup de mal à obtenir une preuve irréfutable d'une activité volcanique récente ou actuelle. Mais une nouvelle observation allant dans ce sens vient d'être rendue publique il y a quelques jours lors d'une réunion de l'American Astronomical Society qui a lieu à Pasadena en Californie.

Des rayons X en provenance de la face cachée de Vénus

Le transit de Vénus devant le Soleil le 6 juin 2012 a permis d'étudier son atmosphère et de révéler des zones d'émissions d'ultra-violets et de rayons X inédites, jusqu'à 150 km de sa surface.

Le champ électrique de Vénus l'aurait privée d'eau

Des mesures de la sonde Venus Express viennent de donner une explication à l'absence d'eau sur la planète sœur de la Terre : tout viendrait du champ électrique découvert dans son atmosphère.

Akatsuki dévoile ses premières images de Vénus

En décembre dernier, les ingénieurs japonais de la JAXA parvenaient à mettre enfin leur sonde Akatsuki en orbite de Vénus après 5 ans d'errance dans le système solaire. La semaine dernière, ses premiers résultats ont été présentés à la conférence International Venus Conference ayant lieu à Oxford. On y découvre notamment dans l'atmosphère vénusienne des nuages acides striés ainsi qu'une forme mystérieuse mouvante en forme d'arc.

Malgré ses 5 années de voyage non prévues au départ, les instruments scientifiques embarqués sur Akatsuki semblent fonctionner parfaitement. On se souvient qu'un défaut sur une valve avait empêché le moteur principale de la sonde de s'allumer à temps pour ralentir et la mettre en orbite de Vénus en 2010, l'envoyant alors sur une orbite autour du Soleil. A l'occasion du passage de Akatsuki non loin de Vénus en 2015, les ingénieurs japonais ont réussi, grâce à ses moteurs auxiliaires, à dévier la sonde pour qu'elle entre dans le champ gravitationnel de Vénus, sur une nouvelle orbite assez différente de l'orbite prévue initialement (une période de 10,5 jours au lieu de 30h et une distance maximale de 370 000 km au lieu de 80 000 km).

Les nuages striés de Vénus (à gauche) et la structure mystérieuse en forme d'arc (blanchâtre, à droite) (JAXA)

Les résultats présentés consistent notamment en des images acquises par les cinq imageurs de Akatsuki, couvrant le spectre des infra-rouges aux ultraviolets, et on y voit des détails très fins des couches denses de nuages d'acide sulfurique. Les images à haute résolution obtenues en infra-rouge suggèrent notamment que les processus à l'origine de la formation des nuages de Vénus pourraient être plus complexes que ce que l'on pensait. Et ces premières images ont été obtenues à une distance de la sonde de 100 000 km de la planète, alors qu'elle doit s'en approcher bientôt à une distance de seulement 4000 km (la mission initiale devait produire un survol à 300 km...). Les prochaines images devraient ainsi révéler de bien meilleurs résultats.

La forme en arc aperçue avec l'imageur thermique LIR (Long -wave InfraRed) intrigue les chercheurs. Cette structure nuageuse qui s'étend d'un pôle à l'autre en plusieurs jours, semble tourner de façon synchrone avec la surface de Vénus et non pas avec son atmosphère (qui a une rotation beaucoup plus rapide). Le phénomène pourrait être dû à une sorte d'encrage sur des structures au sol, selon Makoto Taguchi, qui dirige l'équipe du LIR. La plupart des planétologues présents lors de cette présentation sont étonnés de voir un tel phénomène, à l'image de la planétologue Suzanne Smrekar du JPL de la NASA qui dit : "C'est assurément quelque chose de bien mystérieux!".

Akatsuki est désormais la seule sonde en activité autour de Vénus après la fin de mission de Venus Express en 2014 (voir là). Son orbite a été à nouveau légèrement modifiée le 4 avril dernier, de manière à ce qu'elle puisse continuer à tourner autour de Vénus pour plusieurs années, ainsi que pour qu'elle puisse étudier la zone équatoriale de la planète comme prévu initialement.

L'inconvénient majeur est l'orbite de la sonde qui est bien plus allongée que celle imaginée à l'origine, passant 5 fois plus loin dans son point le plus distant. Les images obtenues seront donc toujours moins résolues que ce qu'on pouvait espérer au lancement de la mission, mais les japonais sont optimistes en précisant que cet inconvénient pouvait devenir un avantage en permettant de produire des images de Vénus dans son entier et ainsi de capturer dans son atmosphère des structures à grande échelle évoluant dans le temps.

C'est en décembre prochain que la NASA devrait décider si elle retient l'un des deux projets vénusiens qui ont été short-listés parmi les 5 projets retenus pour être lancés au début des années 2020 par les américains. Le succès de Akatsuki pourrait faire pencher sérieusement la balance, surtout si de nouveaux phénomènes intrigants comme un nouveau type de volcanisme méritent d'être suivis de près...

Source:

Rescued Japanese spacecraft delivers first results from Venus

Elizabeth Gibney

Nature 532, 157–158 (14 April 2016)

http://dx.doi.org/10.1038/532157a

Observations inédites et imprévues de l'atmosphère de Vénus par la sonde Venus Express

La sonde européenne Venus Express a fini sa mission à l'été 2014 quand elle fut à cours de carburant. Juste avant d'être envoyée dans l'atmosphère de Vénus pour y brûler, elle a fourni des dernières données inédites sur l'atmosphère vénusienne.

Illustration de Venus Express en phase d'aérofreinage
(ESA-C. Carreau)

Cette ultime expérience n'était pas prévue initialement, elle a été proposée après même le lancement de la sonde en novembre 2005. C'est plusieurs mois après le lancement que Ingo Müller-Wodarg (Imperial College, Londres) et des collègues ont réalisé que la sonde en elle-même pouvait être utilisée pour faire des mesures sur l'atmosphère (après avoir passé plusieurs années à analyser l'atmosphère de Vénus à distance). L'idée était simplement d'utiliser les données des accéléromètres de Venus Express pour suivre comment évoluait la vitesse de la sonde durant la phase dite d'aérofreinage, lorsque celle-ci commence à entrer dans la haute atmosphère, avant de disparaître définitivement. Cette phase devait durer quelques semaines et les données pouvaient encore être transmises vers la Terre. 

Les accéléromètres de Venus Express ont donc mesuré indirectement la pression exercée par la densité de l'atmosphère de Vénus. La sonde a pu fournir des données sur la haute atmosphère, qui est appelée la thermosphère, autour de la région polaire, pour produire un profil de densité atmosphérique (en 18 points entre 130 et 140 km d'altitude).

Les résultats ont surpris les chercheurs : la densité est globalement plus faible qu'attendue et la température y est 70° plus froide qu'estimé auparavant (soit  114 K).

Ingo Müller-Wodarg et ses collègues pensent que cela pourrait être dû à ce qu'on appelle le vortex polaire, une énorme tempête localisée aux niveau des pôles de Vénus à environ 90 km d'altitude.

Mais ce n'est pas tout. Grâce à ces mesures inédites de la densité de la haute atmosphère de Vénus, Venus Express y montre pour la première fois l'existence d'ondes atmosphériques sur Vénus, sous forme de perturbations de densité horizontales. Les ondes atmosphériques sont l'équivalent de vagues dans de l'eau, mais au niveau du gaz atmosphérique, elles peuvent être causées par les vents circulant autour d'obstacles comme des reliefs montagneux. Les chercheurs publient cette étude dans la revue Nature Physics. Ils montrent que ces ondes atmosphériques vénusiennes ont une structure répétitive de 5 jours, qui est probablement liée à la rotation de la planète.

Ondes atmosphériques observées par Venus Express
(Ingo C. F. Müller-Wodarg et al.)

La connaissance de ces spécificités de la haute atmosphère d'une planète comme Vénus permet de savoir comment ce type de planète interagit avec l'espace environnant et en premier lieu avec les phénomènes violents qui peuvent apparaître comme les éruptions solaires. Cela permet également d'aider les ingénieurs qui conçoivent les sondes spatiales d'exploration en leur révélant ce qui les attend quand la sonde doit plonger dans l'atmosphère.

Les auteurs ingénieux de cette étude indiquent que le même concept de mesures par accéléromètre est tout à fait envisageable avec la sonde ExoMars qui a pris son envol vers Mars il y a quelques semaines et dont l'orbiteur devrait subir une longue phase d’aérofreinage à partir de décembre 2016, une campagne de mesure non prévue initialement...

Source :

In situ observations of waves in Venus’s polar lower thermosphere with Venus Express aerobraking

Ingo C. F. Müller-Wodarg et al.

Nature Physics (11 April 2016) 

http://dx.doi.org/10.1038/nphys3733

Une sonde japonaise mise en orbite autour de Vénus, après 5 ans d’errance…

C’est un bel exploit que viennent de réussir les ingénieurs de l’agence spatiale japonaise. Ils sont parvenus à mettre en orbite autour de Vénus leur sonde Akatsuki, 5 ans après une grave anomalie de son moteur principal qui avait envoyé la sonde très loin de son objectif. 

Akatsuki, qui était appelée Planet-C à sa conception, devait arriver en orbite autour de Vénus en décembre 2010 après avoir été lancée en mai de la même année pour en étudier l’atmosphère. Mais lors de la phase finale d’approche de la sonde pour s’insérer en orbite vénusienne, l’allumage de son moteur principal devant apporter la poussée adéquate ne se fit pas. Le défaut eut pour cause l’apparition de sels sur une valve située entre un réservoir d’hélium et un réservoir de carburant, produisant un blocage d’une pièce dans le système de propulsion. Cette dernière poussée n’ayant pas eu lieu, la sonde rata Vénus et poursuivit sa route sur sa lancée initiale, se retrouvant de fait en orbite autour du Soleil, tout en restant sur une orbite proche de celle de Vénus…

Vue d'artiste de Akatsuki autour de Vénus (JAXA)

On pourrait presque dire que les japonais sont malheureusement coutumiers du ratage de mise en orbite. Akatsuki était leur première mission d’exploration planétaire depuis le lancement de leur sonde martienne Nozomi en 1998, qui rata elle aussi sa mise en orbite autour de Mars en 2003, sans avoir pu être récupérée…

Les américains de retour sur Vénus

La NASA a dévoilé la semaine dernière les projets finalistes pour la prochaine mission spatiale du programme Discovery, dotée de 500 millions de dollars. Ils sont cinq, deux sont dédiés à l’étude de Vénus et trois sont orientés vers l’étude d’astéroides. Le (ou les) projets gagnants seront sélectionnés dans un an. Petit tour d’horizon…

Le programme Discovery existe depuis 1996. Ce programme de missions spatiales est dévolu à des missions à relativement bas coût (500 millions de dollars maximum hors coût du lancement). La NASA lance un appel d’offre dans le cadre de ce programme tous les deux à trois ans environ, puis retient trois finalistes, qui obtiennent alors quelques millions de dollars pour peaufiner leur proposition durant un an, puis un projet est finalement sélectionné pour devenir réalité et faire de la science.

On doit notamment au programme Discovery des instruments à grand succès comme le rover martien Mars Pathfinder ou encore les sondes MESSENGER (étude de Mercure) et DAWN (étude de Vesta et Cerès) ou dans un autre domaine le télescope spatial Kepler, chasseur d’exoplanètes.

Les deux derniers appels d’offre de Discovery avaient été espacés d’un peu plus de cinq ans (la mission Grail pour l’étude du champ gravitationnel de la Lune, lancée en 2011 et la mission Insight, sélectionnée en 2012 et qui sera lancée vers Mars en 2016 pour en étudier le sous-sol). La NASA, peut-être pour se racheter de ce petit retard,  vient de laisser entendre qu’elle pourrait sélectionner deux missions au lieu d’une seule pour la prochaine session du programme Discovery. Cinq projets ont en effet été présélectionnés au lieu des trois habituels, pour des lancements prévus au début des années 2020.

Vénus imagée par la sonde Magellan (NASA/JPL)

Parmi les 27 projets de missions proposés par diverses institutions et universités américaines pour cette session, la grande majorité était dédiée à l’étude de ce qu’on appelle des petits corps. Trois projets proposaient d’étudier les satellites de Mars, quatre souhaitaient mettre en orbite des télescopes pour l’étude d’astéroïdes, onze autres proposaient d’aller visiter de près des comètes ou des astéroïdes, quatre projets ciblaient l’étude de Vénus, deux se focalisaient sur la Lune et un seul s’intéressait à Mars. Deux projets s’aventuraient auprès des planètes géantes : un pour aller visiter le satellite de Jupiter Io et un autre pour étudier de près le satellite de Saturne Encelade.
Un critère d’importance pour les propositions de cette année était qu’il fallait exclusivement utiliser une source d’énergie solaire et non un générateur à radio-isotope au plutonium, la NASA étant actuellement très limitée quant à son stock de plutonium 238, préférant garder ses réserves pour des missions d’envergures aux confins du système solaire en attendant la production de nouvelles quantités. Cette contrainte explique sans doute la focalisation des propositions vers des destinations pas trop lointaines.

Parmi les cinq projets présélectionnés, deux prévoient d’étudier Vénus : VERITAS et DAVINCI.
VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, inSAR Topography and Spectroscopy) a pour objectif de cartographier la surface de Vénus avec un radar et notamment de mettre en évidence la présence de volcans actifs.
DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) a pour objet d’envoyer une sonde dans l’atmosphère vénusienne et d’analyser sa composition durant sa descente, qui durerait exactement 63 minutes. Elle permettrait également d’imager la surface de Vénus.
Lori Glaze, responsable du projet DAVINCI, et planétologue au Goddard Space Flight Center se réjouit : « Cela envoie le message très positif qu’il est temps de retourner sur Vénus ». Les scientifiques américains n’ont en effet pas visité Vénus depuis plus de 20 ans, depuis la fin de la mission Magellan en 1994.

Le projet VERITAS est dirigé par une autre femme, Suzanne Smrekar du Jet Propulsion Laboratory à Pasadena. Son outil principal, un radar, permettra aux chercheurs de voir la surface de Vénus à travers ses très épais nuages de dioxyde de soufre et de dioxyde de carbone avec une résolution bien meilleure que celle qu’avait obtenue la sonde Magellan. L’objectif est de déterminer s’il existe des volcans actifs sur Vénus, qui sont suspectés de produire des changements atmosphériques importants.
DAVINCI prévoit quant à lui de larguer dans l’atmosphère vénusienne une sphère métallique bourrée de capteurs, qui analysera en temps réel son environnement en envoyant ses données à un module resté en orbite qui transférera les données vers la Terre. Cette sonde devrait fournir des images de la surface de Vénus, les premières images réelles de la surface depuis celles acquises par les atterrisseurs Venera dans les années 1970. La sonde viserait une région de Vénus montrant des terrains accidentés, appelés Tesserae, zones mystérieuses suspectées d’être d’anciens continents.

Concept de la sonde Psyche (JPL/Corby Waste)

Les trois autres finalistes sont tous dédiés à l’étude des astéroïdes, montrant par là le fort intérêt de la NASA pour ces petits corps. La NASA rappelons-le a été mandatée par le Congrès américain en 2005 pour identifier 90% des objets de plus de 140 m d’ici à 2020. Nul doute que la NASA va profiter de ces propositions de missions pour se rapprocher de son objectif, car pour le moment encore très loin de sa cible.

Le projet Psyche vise à explorer l’astéroïde du même nom, qui possèderait la particularité d’être composé presque exclusivement de fer et de nickel, et pourrait être un résidu de cœur de planète avec probablement un fort champ magnétique, faisant de lui un gros aimant… Lancé en 2020, la sonde arriverait à destination en 2026. Le projet Lucy, prévoit lui d’explorer pas moins de cinq astéroïdes de type Trojans (situés sur l’orbite de Jupiter) en 2027 pour en déterminer la composition que l’on estime être très primitive. Enfin, le projet NEOCam (Near Earth Object Camera), peut-être le plus probable gagnant des trois pour la raison évoquée plus haut, est un télescope spatial devant pouvoir découvrir dix fois plus d’objets géo-croiseurs de petite dimension que ce qui est connu aujourd’hui…

De par la nature des projets sélectionnés, on peut raisonnablement penser que deux missions du programme Discovery seront lancées au début de la prochaine décennie : l’une vers Vénus, et l’autre pour l’étude des astéroïdes. Un fait marquant de cette présélection est le grand retour des américains sur Vénus, peut-être trop longtemps délaissée au profit de la planète rouge…

Programme Discovery :
http://discovery.nasa.gov/missions.cfml

Le Bisou de Vénus à Jupiter

Photos prises le 30 juin à Pertuis, Objectif 300 mm (Canon EOS 1000D).

Demain matin à l'aube : Saturne embrasse Vénus

Pour les chanceux qui n'auront pas de gros nuages tout gris vers l'horizon Est - Sud-Est, demain matin vers 6h30 locales, vous pourrez admirer une belle conjonction entre Saturne et Vénus, et Mercure en spectateur attendri par cette étreinte chaleureuse...

Hélas pour moi, demain c'est nuages/pluie. On se réconforte avec Stellarium...

Observer le Transit de Vénus le 6 juin 2012

MISE A JOUR 6 JUIN 2012 : voir http://drericsimon.blogspot.fr/2012/06/venus-un-grain-de-beaute-sur-le-soleil.html

Vous le savez peut-être, le 6 juin prochain aura lieu le dernier transit de Vénus devant le Soleil avant 2117... Ce phénomène rare ne pourra plus être vu par vos enfants et vos petits enfants seront déjà très âgés lors du prochain.

Malheureusement pour nous, les conditions ne seront pas très favorables puisque ce transit, en France, se terminera juste quelques minutes après le lever du Soleil; mais tout n'est pas perdu !

Vous pouvez avoir la chance d'apercevoir la toute fin du phénomène dans la demi-heure suivant le lever du Soleil...

Quand Jupiter embrasse Vénus

Ce soir, c'est soirée Planètes... après la prise de vue au vol de la douce étreinte entre Jupiter et Vénus, nous allons nous attaquer au rouge Mars, presque aussi gros qu'un Saturne sans anneaux!...

Jupiter (à gauche) se couche avec Vénus.

Voir aussi : Jupiter, Lune, Vénus

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