LESIA - Observatoire de Paris

La photochimie de Vénus : une évolution très rapide

mercredi 12 septembre 2012

Une équipe d’astronomes du LESIA vient de mettre en évidence une très rapide variation du dioxyde de soufre (SO2) à la surface de Vénus. La cartographie de Vénus a été faite dans l’infrarouge avec le télescope de la NASA IRTF et avec le spectromètre imageur TEXES en janvier 2012. Elle a mis en evidence de très fortes variations de SO2 à l’echelle de 24h, alors qu’il il n’y a pas de variation dans la carte de l’eau (H2O). La raison est sans doute liée à la très courte durée de vie photochimique de SO2 comparée à celle de H2O. Cette découverte permettra de mieux comprendre la photochimie et la dynamique de l’atmosphère de Vénus, toujours mal comprises. Les données sont très complémentaires de celles de Vénus Express.

La planète Vénus, recouverte en permanence d’une épaisse couche de nuages d’acide sulfurique, est le siège d’une circulation complexe et d’une intense photochimie dont les mécanismes —en particulier le cycle du soufre - sont encore mal compris. Depuis 2006, la mission Vénus Express, en orbite autour de la planète, étudie l’atmosphère de Vénus, sa circulation et sa photochimie, pour tenter de répondre à ces questions. En parallèle, l’observation du disque de Vénus depuis la Terre, à des longueurs d’onde caractéristiques de différentes espèces moléculaires, fournit une information complémentaire de cette approche.

Figure 1
Figure 1

Cartes de l’abondance de HDO au niveau des nuages, obtenues à partir du rapport de profondeur de deux raies voisines de HDO et CO2, de faible intensité. A gauche : 10 Janvier 2012 ; à droite : 12 janvier 2012. Avec l’hypothèse d’un rapport D/H égal à 200 fois la valeur terrestre (mesuré par Venus Express), le rapport de mélange moyen de H2O est de 1.5 10-6, en accord avec les mesures de Venus Express.
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En janvier 2012, des observations infrarouges de Vénus ont été réalisées avec le spectro-imageur TEXES (Texas Echelon cross-Echelle Spectrograph) monté sur le télescope de 3m de l’IRTF (InfraRed Telescope Facility) de la NASA à Mauna Kea Observatory (Hawaii). Les spectres, obtenus à 7.3-7.4 mm avec un pouvoir de résolution de 80000, sondent l’atmosphère de Vénus au niveau des nuages. Des cartes de l’abondance de la vapeur d’eau (mesurée par son traceur HDO) et du dioxyde de soufre SO2 ont été enregistrées pendant trois nuits successives. Les abondances sont mesurées respectivement à partir du rapport de profondeur des raies de HDO et SO2 comparées à celle de petites raies voisines de CO2, le constituant atmosphérique majoritaire. H2O et SO2 sont les deux éléments clés qui interviennent dans la condensation et la sublimation de l’acide sulfurique qui constitue les nuages. Fait surprenant, les cartes des deux constituants présentent des différences spectaculaires. Alors que la carte de H2O, globalement uniforme, varie peu sur une échelle de 48 heures (Figure 1), la carte de SO2 (Figure 2) présente des variations spatiales allant jusqu’à un facteur 10, et de très fortes variations temporelles sur une échelle de 24 heures. Ces variations ne peuvent pas être attribuées à des mouvements dynamiques car ceux-ci impliqueraient, au niveau des nuages, des vents très rapides, incompatibles avec les vitesses mesurées par Vénus Express. Plus vraisemblablement, les variations de l’abondance de SO2 sont liées à la très courte durée de vie photochimique de SO2. Sous la couche nuageuse, l’atmosphère de Vénus est animée de forts mouvements convectifs. De petites bulles convectives de SO2 formées au niveau des nuages pourraient disparaître en moins d’une journée et être à l’origine des cartes observées.

Figure 2
Figure 2

Cartes de l’abondance de SO2 sur Vénus au niveau des nuages pendant trois nuits consécutives (10, 11 et 12 Janvier 2012), obtenues à partir du rapport de profondeur de deux raies voisines de SO2 et CO2, de faible intensité. Le rapport de mélange maximum de SO2 varie de 75 10-9 le 10 Janvier à 125 10-9 le 11 Janvier, avec une valeur intermédiaire le 12 Janvier. Ces valeurs sont compatibles avec les résultats de Venus Express.
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Référence

  • HDO and SO2 thermal mapping on Venus : evidence for strong SO2 variability, T. Encrenaz, T.K. Greathouse, H. Roe, M. Richter, J. Lacy, B. Bézard, T. Fouchet, T. Widemann, Astron. Astrophys. 543, A153 (2012)

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