À l’aide d’une série de survols « réels » et « faux », Mars Express de l’ESA a clarifié un mystère martien de longue date : si et comment la plus grande lune de Mars, Phobos, reflète le vent solaire. Crédit : ESA
En effectuant une série de survols réels et ‘faux’, l’ESA Mars Express a révélé comment la plus grande lune de Mars, Phobos, interagit avec le vent solaire de particules chargées projetées par le Soleil – et a repéré un processus insaisissable qui n’a été vu qu’une seule fois à Phobos.
Le vent solaire sort de notre étoile, remplissant le système solaire de particules énergétiques. La Lune de la Terre réfléchit ces particules en continu, et la même « rétrodiffusion » est attendue sur la lune de Mars Phobos étant donné les similitudes entre les deux (les deux sont rocheuses, manquent de champ magnétique et d’atmosphère, et orbitent des planètes terrestres dans le système solaire interne). Cependant, Mars Express de l’ESA n’a vu cette rétrodiffusion qu’une seule fois (en 2008), malgré s’être rapproché de nombreuses fois de Phobos.
Les chercheurs rapportent maintenant la deuxième détection réussie de particules de vent solaire réfléchies à Phobos, repéré lors d’un survol de la lune en janvier 2016.
« La relation de Phobos avec le vent solaire a longtemps été une énigme », déclare Yoshifumi Futaana de l’Institut suédois de physique spatiale (IRF) et auteur principal du nouvel article sur le survol de 2016. « Nous savons que Phobos doit interagir avec ces particules, mais nous ne les voyons pas – pourquoi ? Pourquoi Phobos se comporte-t-il si différemment de la Lune alors que les deux semblent assez similaires ?
“Pour la première fois en huit ans de survols, nous sommes ravis de voir à nouveau des signes de ces particules réfléchies sur la plus grande lune de Mars.”
Cette infographie montre trois survols de Mars Express qui ont eu lieu en juillet 2008, janvier 2016 et mai 2017 – les deux premiers étant de « vrais » survols effectués à proximité de Phobos, et le dernier étant un « faux » survol effectué pour clarifier si un signal particulier a été détecté. par le vaisseau spatial était une véritable détection d’un processus ayant lieu sur Phobos, ou s’il était dû à la réflexion de particules de Mars Express lui-même. Crédit : ESA
Cependant, comme cette rétrodiffusion est si intermittente et rarement observée à Phobos, les scientifiques se sont demandé si le phénomène aurait pu être causé par Mars Express lui-même reflétant les particules du vent solaire. Au cours du survol de 2008, le vaisseau spatial a déplacé son panneau solaire et s’est déplacé pour pointer ses instruments vers Phobos – une manœuvre qui a peut-être affecté le comportement des particules environnantes.
« La même critique est restée pour le survol de 2016 : comment savons-nous que cette détection est en fait une réflexion de Phobos, et non de Mars Express lui-même ? » ajoute Yoshifumi.
“Faux” survols
Pour explorer cette possibilité, les chercheurs ont effectué trois opérations spéciales sans précédent, appelées “faux” survols, avec le vaisseau spatial en 2017. En utilisant exactement la même séquence d’opérations, les mêmes manœuvres de contrôle et les mêmes ajustements de panneaux solaires, Mars Express a volé dans un espace rempli de vent solaire mais sans la présence de Phobos, effectuant essentiellement un survol – uniquement sans sa cible.
Vue d’artiste de Mars Express. L’arrière-plan est basé sur une image réelle de Mars prise par la caméra stéréo haute résolution du vaisseau spatial. Crédit : Image satellite : ESA/ATG medialab ; Mars : ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO
« Essentiellement, nous terminions une sorte d’expérience de laboratoire sur Mars », explique le co-auteur Mats Holmström, également de l’IRF et chercheur principal de l’instrument ASPERA-3 de Mars Express, qui a observé les particules réfléchies. « Les « faux » survols nous permettent d’explorer comment Mars Express influence le vent solaire dans un environnement plus contrôlé, afin que nous puissions rechercher des signes indiquant que le vaisseau spatial lui-même est à l’origine de la réflexion des particules. »
Les “faux” survols n’ont révélé aucun signe indiquant que Mars Express a produit ou dispersé des particules entrantes, ce qui suggère que Phobos a effectivement réfléchi les particules détectées dans l’espace lors des survols de 2008 et 2016.
Diffusion sporadique
Malgré cela, les particules rétrodiffusées n’ont été repérées que dans deux sur une douzaine de survols de Phobos, et même alors, les signaux sont sporadiques et intermittents. C’est tout à fait différent de ce que nous voyons sur la Lune, un autre corps qui manque à la fois d’atmosphère et de champ magnétique, et on s’attendrait donc à ce qu’il se comporte de la même manière. Pourquoi cette différence ?
Yoshifumi et ses collègues envisagent un certain nombre de possibilités, allant des processus se déroulant peut-être à des échelles spatiales ou temporelles différentes de celles capturées par Mars Express, au magnétisme possible sur Phobos, aux différences dans les compositions de surface de Phobos et de la Lune – et plus encore.
“Dans l’ensemble, les particules intermittentes sont probablement réfléchies par la surface de Phobos, mais nous ne pouvons pas exclure une autre origine mystérieuse”, ajoute Yoshifumi. « Cependant, les « faux » survols nous ont aidés à mieux comprendre la situation, montrant explicitement que Mars Express n’était pas la source.
« Pour en savoir plus, nous avons besoin de plus de survols Mars Express de Phobos dans diverses configurations. Même si aucune particule réfléchie n’est vue pendant ces survols, même un manque de signal fournira des statistiques précieuses. »
Le vent solaire se comportant différemment à Phobos et sur la Lune implique que les surfaces de chacun ont évolué différemment, soulevant des questions intrigantes sur la façon dont le système martien diffère du nôtre.
Explorer Phobos
En tant que l’une des trois seules lunes du système solaire interne, Phobos présente un grand intérêt pour l’exploration spatiale – passée, présente et future.
Du programme soviétique Phobos des années 1980 aux futures missions telles que la mission Martian Moons eXploration (MMX) de l’Agence spatiale japonaise (JAXA) dont le lancement est prévu au milieu des années 2020, de nombreux efforts ont été consacrés pour explorer l’origine, environnement, comportement et évolution de la plus grande lune de Mars.
Cette image, prise par la caméra stéréo à haute résolution (HRSC) à bord du vaisseau spatial Mars Express de l’ESA, est l’une des images à la plus haute résolution à ce jour de la lune martienne Phobos. L’image montre la face de la lune tournée vers Mars, prise à une distance de moins de 200 kilomètres avec une résolution d’environ sept mètres par pixel pendant l’orbite 756, le 22 août 2004. Crédit : ESA/DLR/FU Berlin (G Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO
L’ESA est en partenariat avec JAXA sur la mission MMX, en fournissant des équipements de communication, un soutien pour le suivi et le contrôle des engins spatiaux, et opportunités pour les scientifiques de rejoindre l’équipe scientifique de la mission. MMX caractérisera les deux lunes martiennes, Phobos et Deimos, déploiera un rover à la surface de Phobos et renverra un échantillon de Phobos sur Terre pour analyse. Un objectif clé de MMX est de déterminer si les lunes sont des astéroïdes capturés par la gravité de Mars, ou des débris restant en orbite après un impact géant sur Mars.
Au-delà de notre connaissance de Phobos – et d’autres corps rocheux ou glacés présentant une physique similaire que l’ESA prévoit d’explorer, de Mercure aux astéroïdes en passant par le Lunes galiléennes de Jupiter – comprendre le comportement des particules chargées dans l’espace est essentiel pour l’exploration spatiale.
Par exemple, les astronautes sur la Lune sont exposés au vent solaire, une considération clé pour l’ESA prochains plans d’expéditions humaines dans l’espace. Les interactions de surface sur les planètes et les lunes sont également une composante essentielle de la chimie de surface, y compris peut-être la façon dont les corps forment et stockent l’eau.
«Cette découverte utilise Mars Express d’une manière vraiment unique pour résoudre un mystère cosmique en cours.
« L’étude montre également la valeur de nos collègues d’exploitation et des archives de données pour permettre de nouvelles découvertes et connaissances et rendre possible un travail important comme celui-ci. Nous devons comprendre l’environnement spatial pour l’explorer avec un satellite ou un astronaute, et donc révéler la dynamique en jeu dans le système martien est un pas en avant important. »
Yoshifumi et ses collègues ont accédé aux données du survol de Phobos 2016 fournies par les archives scientifiques planétaires de l’ESA.
