Selon les modèles théoriques, les scientifiques suspectent depuis longtemps la présence d’oxygène atomique dans l’atmosphère vénusienne. S’il y avait déjà été détecté dans les nuits de la planète Vénus, une équipe de chercheurs a annoncé avoir détecté pour la première fois ce composé dans sa face éclairée. Cette importante découverte améliore notre compréhension des dynamiques et des circulations atmosphériques de Vénus.

Deuxième planète de notre Système solaire en distance au Soleil, Vénus fait l’objet de nombreuses études : malgré des ressemblances notables avec la Terre, notamment au niveau de leur taille et de leur composition, les deux planètes ont connu des histoires bien distinctes.

Quand la Terre a évolué vers un environnement propice au développement de la vie, avec des températures clémentes et un climat relativement stable, Vénus, parfois qualifiée de « sœur jumelle de la Terre », s’est quant à elle transformée en une planète très inhospitalière, avec des températures en surface avoisinant les 462 °C et une atmosphère dominée par le dioxyde de carbone si dense que la pression au sol y est 92 fois supérieure que sur Terre. Les scientifiques cherchent ainsi à mieux comprendre l’atmosphère complexe de Vénus dans le but d’expliquer les mécanismes qui l’ont menée à évoluer si différemment de la Terre.

Un monde infernal difficile à sonder

Du fait de sa relativement faible distance à la Terre, Vénus a été la première planète à être visitée par une sonde spatiale (la sonde Mariner 2 de la Nasa a survolé Vénus en 1962), et la première planète sur laquelle un atterrisseur s’est posé avec succès (la sonde Venera 7 de l’Union soviétique a touché le sol vénusien en 1970). Sa surface et son atmosphère demeurent pour autant très difficiles à étudier.

Dans son épaisse atmosphère dominée par le dioxyde de carbone — qui lui confère un effet de serre si puissant que sa température en surface est en moyenne plus élevée que sur la planète Mercure, plus proche du Soleil –, siègent d’épais nuages d’acide sulfurique, à des altitudes comprises entre 45 et 70 kilomètres. Ces nuages sont très réfléchissants, c’est-à-dire qu’ils renvoient vers l’espace la majeure partie de la lumière solaire qu’ils reçoivent. L’atmosphère vénusienne est ainsi tellement opaque qu’il est impossible d’apercevoir sa surface dans la lumière visible (par comparaison, la surface de la Terre est facilement observable depuis l’espace en l’absence de nuages).

EN S’ÉLOIGNANT DE VÉNUS, LA SONDE MARINER 10 DE LA NASA A CAPTURÉ CETTE VUE DE VÉNUS, ENVELOPPÉE DANS UNE COUCHE NUAGEUSE DENSE ET GLOBALE COMPLIQUANT LES OBSERVATIONS DE SA SURFACE. © NASA, JPL-CALTECH

Très peu d’informations ont ainsi été collectées sur la planète avant l’invention de technologies permettant son observation dans d’autres domaines du spectre électromagnétique — typiquement les domaines radar, infrarouge et ultraviolet — permettant de percer à travers ses épais nuages. Et si l’arrivée de ces technologies a marqué un véritable bond en avant pour l’exploration de cette planète sulfureuse, les scientifiques font encore aujourd’hui de nouvelles découvertes, ajoutant petit à petit de nouvelles briques d’informations contribuant à en améliorer notre compréhension. 

Fruit du développement de ces nouvelles techniques, l’Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge (Sofia, acronyme de Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), issu d’une collaboration entre les agences spatiales américaine et allemande, observe l’espace dans le domaine de l’infrarouge depuis un Boeing évoluant dans la stratosphère terrestre, à une altitude suffisamment élevée pour que ses observations ne soient pas gênées par l’atmosphère de notre Planète. Grâce aux données récoltées par Sofia, une équipe de scientifiques a annoncé avoir pour la première fois détecté de l’oxygène atomique (O) dans la face « jour » (éclairée par le Soleil) de Vénus. Ils publient leurs résultats dans la revue Nature Communication.

L’oxygène atomique, un marqueur des dynamiques atmosphériques

S’il est aussi présent sur Terre, l’oxygène atomique diffère de l’oxygène que l’on respire : nous inhalons des molécules de dioxygène (composées de deux atomes d’oxygène), tandis que ce que l’on appelle oxygène atomique correspond à un atome d’oxygène esseulé. C’est un composé hautement réactif qui cherche constamment à se lier à d’autres molécules. Si sa présence dans l’atmosphère vénusienne a longtemps été suggérée grâce divers modèles atmosphériques, l’oxygène atomique n’avait jusqu’ici été observé que dans la face « nuit » de la planète. La détection d’oxygène atomique dans la face éclairée par le Soleil jette une nouvelle lumière sur les dynamiques atmosphériques de Vénus.

“La détection d’oxygène atomique dans la face éclairée par le Soleil jette une nouvelle lumière sur les dynamiques atmosphériques de Vénus”

Sur Terre, l’oxygène atomique est relativement abondant dans les hautes altitudes de l’atmosphère, où il est formé par l’action du rayonnement solaire sur les molécules atmosphériques : les photons provenant du Soleil peuvent « casser » les molécules qu’ils rencontrent, créant deux nouveaux composés. On appelle ce phénomène la photodissociation. Sur Terre, l’oxygène atomique est ainsi formé par photodissociation du dioxygène.

Selon les chercheurs, un processus similaire semble opérer dans l’atmosphère de Vénus : sous l’action du rayonnement solaire, les molécules de dioxyde de carbone (composées d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène) de son atmosphère sont dissociées pour créer des atomes d’oxygène et des molécules de monoxyde de carbone (composées d’un atome de carbone et d’un atome d’oxygène). L’oxygène atomique semble ainsi se former dans la face éclairée de Vénus (où il vient d’être détecté pour la première fois), avant de se recombiner à d’autres molécules dans la face nocturne.

CARTES DES LOCATIONS, TEMPÉRATURES ET DENSITÉS DE L’OXYGÈNE ATOMIQUE DANS L’ATMOSPHÈRE DE VÉNUS. LA ZONE GRISÉE CORRESPOND À LA FACE NOCTURNE. © HÜBERS ET AL., NATURE COMMUNICATION, 2023

Mais ce qui intrigue le plus les auteurs, ce sont les altitudes auxquelles l’oxygène atomique a été détecté. D’après leurs résultats, sur tous les points où l’oxygène atomique a été observé (sept du côté jour, neuf du côté nuit et un au niveau du terminateur qui sépare les faces éclairée et non éclairée de la planète), la concentration était maximale à une altitude avoisinant les 100 kilomètres. C’est pile entre deux courants atmosphériques vénusiens majeurs : le puissant courant super rotatif, à une altitude inférieure à 70 kilomètres où des vents puissants soufflent dans le sens inverse de la rotation de la planète, et le flux subsolaire-antisolaire, à une altitude supérieure à 120 kilomètres, où le vent souffle de la face ensoleillée vers la face nocturne. 

L’oxygène atomique vénusien représente ainsi une source d’information jusqu’ici inexploitée pour comprendre la transition entre ces deux courants atmosphériques majeurs. Les chercheurs espèrent que de futures observations fourniront des données plus détaillées sur l’atmosphère vénusienne, d’autant plus que la compréhension de ses dynamiques est cruciale pour le bon déroulement des futures missions à destination de notre voisine.