Une technologie réutilisée pour sonder de nouvelles régions de l’atmosphère de Mars

Grâce à l’équipement réutilisé, une équipe composée notamment de chercheurs de l’Imperial College de Londres a pu mesurer des zones de l’atmosphère martienne jusqu’alors impossibles à sonder. Cela inclut des zones qui peuvent bloquer les signaux radio si elles ne sont pas correctement prises en compte, ce qui est crucial pour les futures missions d’habitation sur Mars.

Les résultats des 83 premières mesures, analysées par des chercheurs impériaux et des collègues de l’Agence spatiale européenne (ESA) à travers l’Europe, sont publiés aujourd’hui dans la revue Radioscience.

Pour y parvenir, le Trace Gas Orbiter (TGO) d’ExoMars s’est associé à un autre vaisseau spatial de l’ESA en orbite autour de la planète rouge : Mars Express (MEX). Les deux engins maintiennent une liaison radio, de sorte que lorsque l’un d’eux passe derrière la planète, les ondes radio traversent les couches les plus profondes de l’atmosphère martienne.

Les changements dans la réfractivité de l’atmosphère (la façon dont elle courbe les ondes radio) provoquent des décalages minuscules mais détectables dans les fréquences radio reçues par le vaisseau spatial. En analysant ces décalages, les scientifiques peuvent déterminer la densité de la basse atmosphère et la densité électronique dans l’ionosphère (une couche supérieure chargée de l’atmosphère). Cette technique est appelée occultation mutuelle radio.

Jacob Parrott, auteur principal de l’étude et doctorant au département de physique de l’Imperial College, a déclaré : « Les systèmes de MEX et de TGO n’étaient pas initialement conçus pour cela. Les antennes radio que nous avons utilisées étaient destinées à la communication entre les orbiteurs et les rovers à la surface de la planète. Nous avons dû les reprogrammer en vol pour mener à bien cette nouvelle science. »

« Cette technique innovante est susceptible de changer la donne pour les missions futures, prouvant que l’occultation radio mutuelle entre deux engins spatiaux en orbite est un moyen économique d’extraire davantage de valeur scientifique des équipements existants. »

Un travail d’équipe de rêve

Auparavant, l’occultation radio était réalisée grâce à la liaison radio d’un orbiteur martien vers de grandes stations terrestres. Le signal radio de l’orbiteur était surveillé lorsque le vaisseau spatial « se posait » (était occulté) derrière Mars, ce qui signifie que le signal traversait les couches de l’atmosphère de la planète.

L’utilisation de deux engins en orbite pour prendre cette mesure est déjà une méthode courante pour étudier l’atmosphère terrestre : des milliers de mesures de ce type sont effectuées entre des satellites de navigation mondiaux, où les données qu’ils fournissent sont utilisées pour la surveillance atmosphérique et les prévisions météorologiques.

Cette méthode n’avait cependant été utilisée sur Mars que trois fois auparavant, en 2007 par la NASA pour une démonstration de matériel. C’est la première fois que cette technique est appliquée de manière routinière sur une autre planète.

Maintenant que sa viabilité a été prouvée, les scientifiques et les ingénieurs à l’origine de ces travaux cherchent à savoir comment étendre l’utilisation de cette technique aux futures missions sur Mars.

Le co-auteur de l’étude, le Dr Colin Wilson, scientifique du projet ExoMars Trace Gas Orbiter et Mars Express à l’ESA, a déclaré : « L’ESA a désormais démontré la viabilité de cette technique, qui pourrait être transformatrice pour la science martienne à l’avenir.

« Il y a actuellement sept sondes spatiales en orbite autour de Mars. À mesure que le nombre de sondes augmente, comme ce sera le cas dans les décennies à venir, le nombre d’occasions d’occultation radio augmente rapidement. Cette technique sera donc un outil de plus en plus important pour l’étude de Mars. »

Plus de mesures, plus d’informations

L’occultation entre vaisseaux spatiaux permet de prendre davantage de mesures et de sonder de nouvelles régions de l’atmosphère.

Les mesures d’occultation radio conventionnelles sur Mars nécessitent une liaison radio avec une station terrestre, et le lieu de mesure est donc fixe par rapport au lent mouvement de la Terre. Il est donc difficile de capturer les changements globaux sur Mars, car les chercheurs observent souvent les mêmes points.

De plus, cette méthode ne peut échantillonner qu’à proximité du coucher et du lever du soleil en raison de la proximité de la Terre avec le Soleil, ce qui limite notre vision de l’atmosphère de Mars.

De plus, l’occultation radio traditionnelle souffre de « saisons d’occultation », où les mesures ne sont possibles que pendant quelques mois par an en raison de l’orbite du vaisseau spatial. Par exemple, Mars Express n’a pu effectuer d’occultation radio que pendant deux mois en 2022.

L’occultation radio mutuelle surmonte ces problèmes, permettant aux chercheurs d’explorer pour la première fois toute la profondeur de l’ionosphère de Mars vers midi et minuit.