Vénus, une exoplanète en transit dans la zone habitable

Les 5-6 Juin 2012, le passage de Vénus devant le Soleil offre une opportunité exceptionnelle à la communauté scientifique internationale. Les observations simultanées de Vénus à partir de moyens terrestres et spatiaux lors du transit permettront d’observer la partie de l’atmosphère située au-dessus des nuages à 70 km d’altitude. Ces observations permettront d’affiner la modélisation de cette couche atmosphérique, établie à partir des observations du transit de 2004 et qui fait l’objet d’une publication dans la revue Icarus, parue au mois de Mars. Ces résultats sont publiés par une équipe internationale de chercheurs menée par Paolo Tanga, chercheur au Laboratoire Lagrange (UNS, CNRS, OCA) de l’Observatoire de la Côte d’Azur (OCA). Par ailleurs, les observations de 2012 seront menées au sol grâce à des coronographes réalisés à l’OCA. Dans le contexte actuel de recherches d’exoplanètes, les astronomes espèrent ainsi profiter du transit de Vénus pour affiner les interprétations d’observations de transits de planètes de type terrestre devant leur étoile.

Le passage de Vénus devant le soleil donne l’opportunité d’étudier l’atmosphère de Vénus depuis la Terre. A l’instant où Vénus est en contact avec le bord du soleil, un arc de lumière appelé auréole, à l’intensité variable, souligne la planète du côté opposé. Il s’agit de lumière solaire réfractée au dessus des nuages de Vénus, qui culminent à 70 kilomètres d’altitude. Cette auréole est 10-100 fois plus ténue que la surface visible du soleil. Sa brillance et son étendue sont fonction de la densité et la température des couches atmosphériques traversées. Alors que l’auréole a été décrite par les observateurs depuis 1761, le passage de 2004 est le premier où elle a pu être enregistrée avec une précision exploitable au plan scientifique. « Nous ignorions jusqu’en 2004 que la photométrie de l’auréole pouvait être si aisément observée et s’intégrer dans ces deux problématiques scientifiques, la climatologie de Vénus et la caractérisation des exoplanètes », explique Paolo Tanga du laboratoire Lagrange de l’OCA, qui a conduit l’étude qui vient d’être publiée. « A partir de 3 jeux d’observations de 2004, nous avons pu construire un modèle photométrique complet de l’auréole et le comparer à nos mesures ».

Fig. 2. (à g. ) Vénus (disque gris sombre) vue depuis la Terre, lorsqu’elle se situe à la fois devant le soleil et le fond du ciel. A l’élement de surface dS correspond l’image réfractée dS’ de longueur l and largeur dr′, du fait de la réfraction atmosphérique de Vénus. (à dr.) : Geometrie de la réfraction par l’atmosphère de Vénus, vue de profil. Les dimensions et les angles ont été exagérés pour la clarté de la figure (Tanga et al., 2012).

Mieux détaillées, les observations de l’auréole en chaque point du limbe de Vénus en 2012 permettront aux scientifiques de déterminer si la variabilité des phénomènes observés par Vénus Express, en orbite autour de Vénus depuis 2006, correspondent à des variations fonction du temps ou de la latitude. Comme l’explique T. Widemann, chercheur au LESIA à l’Observatoire de Paris, « A l’instant du passage de Vénus, par l’imagerie de l’auréole à plusieurs longueurs d’onde, nous pourrons mesurer la structure thermique de l’atmosphère moyenne à toute latitude, d’un pôle à l’autre, le long du terminateur, et comparer ces valeurs aux mesures Vénus Express ».

Pour caractériser l’auréole lors du prochain transit en juin 2012, Tanga, Widemann et leurs collègues ont conçu un ensemble de huit coronographes, chacun fonctionnant dans un intervalle spectral différent. Les coronographes, fabriqués et assemblés à l’OCA, seront mis en station dans les régions d’observation du phénomène (Svalbard en Europe, Extrême-Orient, la côte ouest US et l’Australie).

Fig. 3 – Un coronographe conçu spécialement pour l’imagerie à haute résolution spatiale de l’auréole de Vénus à l’immersion et l’émersion est en cours de construction à l’Observatoire de la Côte-d’Azur. Il sera déployé dans les régions d’observation du phénomène (Svalbard en Europe, Extrême-Orient, la côte ouest US et l’Australie). Les observations seront comparées aux données d’observations au sol et spatiales (Vénus Express, HST).

Par ailleurs, ce passage offre la possibilité de caractériser l’atmosphère de Vénus comme celle d’une atmosphère d’exoplanète en transit devant son étoile, aux limites de la zone habitable. Trois mois avant le dernier passage de Vénus devant le soleil du 21e siècle, des scientifiques du monde entier se réunissent cette semaine à l’Observatoire de Paris afin de préparer la campagne, lors d’un atelier international organisé sous l’égide de l’infrastructure de recherche européenne Europlanet et le partenariat Hubert-Curien EGIDE/Sakura franco-japonais.

Les missions Corot et Kepler ont révélé l’existence d’exoplanètes appelées super-Terres, s’approchant de la dimension de la Terre et Vénus. Or, ces deux corps sont des planètes soeurs, presque semblables mais ayant évolué différemment. Si Vénus était une exoplanète en transit, que verrions-nous de ses caractériques physiques ? de sa composition chimique ? Quelles mesures seraient sujettes à interprétation ? T. Widemann précise que l’objectif est de « caractériser la signature spectrale de l’atmosphère de Vénus en transit, et tester la limite de détection de ses constituants atmosphériques, qui nous sont déjà connus ».

Pour T. Widemann, « les passages sont un passionnant marqueur des avancées technologiques siècle après siècle. Au dix-huitième siècle, les chronomètres ont permis la mesure de l’unité astronomique. Au dix-neuvième siècle, la photographie a permis la conservation et l’archivage des observations. Au 21e siècle, nous explorons le phénomène simultanément depuis l’espace et depuis la Terre. Quelle nouvelle approche du passage de Vénus nous réservera le 22e siècle ? »

Fig 1.La lumière solaire réfractée observée durant la sortie du disque de Vénus du soleil, lors du passage de juin 2004 à l’aide (a) du satellite TRACE de la NASA, (b) du télescope DOT de La Palma (c) observé à l’aide d’un coronographe au sol utilisant une lunette de 9 cm d’ouverture (Pasachoff et al. 2011 ; Tanga et al., 2012). Dans (b) on remarque les variations de la dimension et de l’intensité de l’auréole en fonction du temps.

POUR PLUS D’INFORMATION

‘Sunlight refraction in the mesosphere of Venus during the transit on June 8th 2004.’
P. Tanga, T.Widemann, B. Sicardy, J.M. Pasachoff, J. Arnaud, L. Comolli, A. Rondi, S. Rondi, P. Sutterlin 2012, Icarus 218, 207-219.
The paper is available on Astro-ph.

The Venus Twilight Experiment’

Sur le site de l’Observatoire de Paris

Sur le site d’Europlanet

Sur le site d’Astrobio

CONTACT

Thomas Widemann
LESIA
Observatoire de Paris
Meudon, France
E-mail : thomas.widemann@obspm.fr

Paolo Tanga
Laboratoire Lagrange
Observatoire de la Côte d’Azur
Nice, France
E-mail : Paolo.Tanga@oca.eu