L'atmosphère de Vénus est aussi mystérieuse que dense et brûlante. Pendant des générations, les scientifiques ont cherché à l'étudier à l'aide de télescopes au sol, de missions orbitales et de la sonde atmosphérique occasionnelle. Et en 2006, le Venus Express La mission est devenue la première sonde à effectuer des observations à long terme de l'atmosphère de la planète, ce qui a révélé beaucoup de choses sur sa dynamique.
À l'aide de ces données, une équipe de scientifiques internationaux - dirigée par des chercheurs de la Japan Aerospace and Exploration Agency (JAXA) - a récemment mené une étude qui a caractérisé le vent et les nuages supérieurs du côté nuit de Vénus. En plus d'être la première du genre, cette étude a également révélé que l'atmosphère se comporte différemment du côté nuit, ce qui était inattendu.
L'étude, intitulée «Ondes stationnaires et caractéristiques se déplaçant lentement dans les nuages supérieurs de nuit de Vénus», a récemment paru dans la revue scientifique Astronomie de la nature. Dirigée par Javier Peralta, International Top Young Fellow de la JAXA, l'équipe a consulté les données obtenues par Venus Express » suite d'instruments scientifiques afin d'étudier les types, la morphologie et la dynamique des nuages jamais vus sur la planète.
Alors que de nombreuses études ont été menées sur l'atmosphère de Vénus à partir de soace, c'était la première fois qu'une étude ne se concentrait pas sur le côté de la journée de la planète. Comme l'a expliqué le Dr Peralta dans un communiqué de presse de l'ESA:
“C'est la première fois que nous avons pu caractériser la façon dont l'atmosphère circule du côté nocturne de Vénus à l'échelle mondiale. Alors que la circulation atmosphérique sur le côté de la planète a été largement explorée, il y avait encore beaucoup à découvrir sur le côté nuit. Nous avons constaté que les modèles de nuages là-bas sont différents de ceux de la journée et influencés par la topographie de Vénus.“
Depuis les années 1960, les astronomes savent que l'atmosphère de Vénus se comporte de manière très différente de celle des autres planètes terrestres. Alors que la Terre et Mars ont des atmosphères qui co-tournent à peu près à la même vitesse que la planète, l'atmosphère de Vénus peut atteindre des vitesses de plus de 360 km / h (224 mph). Ainsi, alors que la planète met 243 jours à tourner une fois sur son axe, l'atmosphère ne prend que 4 jours.
Ce phénomène, appelé «super-rotation», signifie essentiellement que l'atmosphère se déplace 60 fois plus vite que la planète elle-même. De plus, des mesures dans le passé ont montré que les nuages les plus rapides sont situés au niveau supérieur des nuages, à 65 à 72 km (40 à 45 mi) au-dessus de la surface. Malgré des décennies d'études, les modèles atmosphériques n'ont pas été en mesure de reproduire la super-rotation, ce qui indique que certains mécanismes étaient inconnus.
À ce titre, Peralta et son équipe internationale - qui comprenaient des chercheurs de l'Universidad del País Vasco en Espagne, de l'Université de Tokyo, de l'Université Sangyo de Kyoto, du Centre d'astronomie et d'astrophysique (ZAA) de l'Université technique de Berlin et de l'Institut d'astrophysique et Space Planetology à Rome - ont choisi de regarder le côté inexploré pour voir ce qu'ils pouvaient trouver. Comme il l'a décrit:
«Nous nous sommes concentrés sur le côté nuit parce qu'il avait été mal exploré; nous pouvons voir les nuages supérieurs du côté nocturne de la planète via leur émission thermique, mais il a été difficile de les observer correctement car le contraste de nos images infrarouges était trop faible pour capter suffisamment de détails. »
Cela consistait à observer les nuages de nuit de Vénus avec le spectromètre d'imagerie thermique visible et infrarouge (VIRTIS). L'instrument a rassemblé des centaines d'images simultanément et différentes longueurs d'onde, que l'équipe a ensuite combinées pour améliorer la visibilité des nuages. Cela a permis à l'équipe de les voir correctement pour la première fois, et a également révélé des choses inattendues sur l'atmosphère nocturne de Vénus.
Ce qu'ils ont vu, c'est que la rotation atmosphérique semblait plus chaotique côté nuit que ce qui avait été observé par le passé côté jour. Les nuages supérieurs ont également formé des formes et des morphologies différentes - c'est-à-dire de grands motifs ondulés, inégaux, irréguliers et filamenteux - et étaient dominés par des vagues stationnaires, où deux vagues se déplaçant dans des directions opposées s'annulent et créent un modèle météorologique statique.
Les propriétés 3D de ces ondes stationnaires ont également été obtenues en combinant les données VIRTIS avec les données radio-scientifiques de l'expérience Venus Radio Science (VeRa). Naturellement, l'équipe a été surprise de découvrir ces types de comportements atmosphériques car ils ne correspondaient pas à ce qui a été régulièrement observé sur la journée. De plus, ils contredisent les meilleurs modèles pour expliquer la dynamique de l'atmosphère de Vénus.
Connus sous le nom de modèles de circulation globale (GCM), ces modèles prédisent que sur Vénus, la super-rotation se produirait de la même manière à la fois du côté jour et du côté nuit. De plus, ils ont remarqué que les ondes stationnaires du côté nuit semblaient coïncider avec des caractéristiques de haute altitude. Comme l'a expliqué Agustin Sánchez-Lavega, chercheur à l'Université del País Vasco et co-auteur de l'article:
“Les ondes stationnaires sont probablement ce que nous appellerions des ondes de gravité - en d'autres termes, des vagues montantes générées plus bas dans l'atmosphère de Vénus qui semblent ne pas bouger avec la rotation de la planète. Ces vagues se concentrent sur les zones montagneuses escarpées de Vénus; cela suggère que la topographie de la planète affecte ce qui se passe bien au-dessus dans les nuages.“
Ce n'est pas la première fois que les scientifiques repèrent un lien possible entre la topographie de Vénus et son mouvement atmosphérique. L'année dernière, une équipe d'astronomes européens a produit une étude qui a montré comment les conditions météorologiques et les vagues montantes du côté du jour semblaient être directement liées aux caractéristiques topographiques. Ces résultats étaient basés sur des images UV prises par la caméra de surveillance Venus (VMC) à bord du Venus Express.
Trouver quelque chose de similaire se produisant du côté de la nuit a été quelque chose de surprenant, jusqu'à ce qu'ils se rendent compte qu'ils n'étaient pas les seuls à les repérer. Comme Peralta l'a indiqué:
“Ce fut un moment passionnant lorsque nous avons réalisé que certaines des caractéristiques des nuages dans les images VIRTIS ne se déplaçaient pas avec l'atmosphère. Nous avons eu un long débat pour savoir si les résultats étaient réels - jusqu'à ce que nous réalisions qu'une autre équipe, dirigée par le co-auteur Dr Kouyama, avait également découvert de façon indépendante des nuages stationnaires du côté de la nuit en utilisant l'Infrared Telescope Facility (IRTF) de la NASA à Hawaï! Nos découvertes ont été confirmées lorsque le vaisseau spatial Akatsuki de la JAXA a été inséré en orbite autour de Vénus et a immédiatement repéré la plus grande onde stationnaire jamais observée dans le système solaire sur la journée de Vénus.“
Ces résultats remettent également en question les modèles existants d'ondes stationnaires, qui devraient se former à partir de l'interaction du vent de surface et des caractéristiques de surface à haute altitude. Cependant, les mesures antérieures effectuées par l'ère soviétique Venera les atterrisseurs ont indiqué que les vents de surface pourraient être trop faibles pour que cela se produise sur Vénus. De plus, l'hémisphère sud, que l'équipe a observé pour leur étude, est assez bas en altitude.
Et comme Ricardo Hueso de l'Université du Pays Basque (et co-auteur de l'article) l'a indiqué, ils n'ont pas détecté d'ondes stationnaires correspondantes dans les niveaux de nuages inférieurs. "Nous nous attendions à trouver ces vagues dans les niveaux inférieurs parce que nous les voyons dans les niveaux supérieurs, et nous pensions qu'elles se sont élevées à travers le nuage depuis la surface", a-t-il déclaré. "C'est un résultat inattendu à coup sûr, et nous devrons tous revoir nos modèles de Vénus pour explorer sa signification."
D'après ces informations, il semble que la topographie et l'élévation soient liées en ce qui concerne le comportement atmosphérique de Vénus, mais pas de manière cohérente. Ainsi, les ondes stationnaires observées du côté nocturne de Vénus peuvent être le résultat d'un autre mécanisme non détecté à l'œuvre. Hélas, il semble que l'atmosphère de Vénus - en particulier, l'aspect clé de la super-rotation - a encore quelques mystères pour nous.
L’étude a également démontré l’efficacité de la combinaison de données provenant de plusieurs sources pour obtenir une image plus détaillée de la dynamique d’une planète. Avec de nouvelles améliorations dans l'instrumentation et le partage des données (et peut-être une autre mission ou deux à la surface), nous pouvons nous attendre à avoir une image plus claire de ce qui alimente la dynamique atmosphérique de Vénus d'ici peu.
Avec un peu de chance, il peut encore arriver un jour où nous pourrons modéliser l'atmosphère de Vénus et prédire ses conditions météorologiques aussi précisément que celles de la Terre.
