L‘atmosphère de la Terre s’étend jusqu’à la Lune… et même plus loin !

De nouvelles recherches indiquent que la couverture gazeuse de la Terre s’étend jusqu’à 630 000 kilomètres, soit plus de 50 fois le diamètre de la planète. Les résultats ont été tirés des observations de l’Observatoire solaire et héliosphérique (SOHO) de l’ESA/ NASA.

Représentation artistique de l’Observatoire solaire et héliosphérique de l’ESA/NASA, SOHO. (ESA/ATG medialab/ NASA SOHO)

Pour Igor Baliukin, de l’Institut russe de recherche spatiale, auteur principal de l’étude qui présente les résultats :

La lune vole dans l’atmosphère terrestre. Nous n’étions pas au courant jusqu’à ce que nous dépoussiérions les observations faites il y a plus de deux décennies par la sonde spatiale SOHO.

L’interface entre l’atmosphère terrestre et l’espace extra-atmosphérique, l’endroit où les deux types d’atmosphère se mélangent, est appelée la géocouronne. A partir des données enregistrées par l’instrument SWAN sur le SOHO, l’équipe a calculé avec précision la distance à laquelle se trouvent les abords de la géocouronne et ils sont deux fois plus loin que la Lune, selon leur étude.

Les astronautes d’Apollo 16, qui sont parmi les derniers à avoir atterri sur la Lune, ont emporté avec eux un télescope sur le satellite naturel de notre planète qu’ils ont utilisé pour capter une image de la géocouronne de la Terre, qui brille de mille feux sous la lumière ultraviolette.

La Terre et son enveloppe d’hydrogène, ou géocorona, vue de la Lune. Cette photo ultraviolette a été prise en 1972 à l’aide d’une caméra utilisée par les astronautes d’Apollo 16 sur la Lune. (NASA)

Cette lumière ultraviolette a été produite par l’interaction entre la lumière du soleil et les atomes d’hydrogène. Les atomes émettent (mais aussi absorbent) une longueur d’onde très particulière de la lumière UV connue sous le nom de Lyman-alpha lorsqu’ils interagissent avec la lumière solaire. Nous ne pouvons pas vraiment la voir ici, car la lumière Lyman-alpha est rapidement absorbée et dissipée dans l’atmosphère, mais on peut la voir de l’espace.

Selon Jean-Loup Bertaux, coauteur de l’étude :

À l’époque, les astronautes à la surface de la Lune ne savaient pas qu’ils se trouvaient à la périphérie de la géocouronne.

SOHO orbite actuellement beaucoup plus loin de la Terre que ces astronautes, à environ 1,5 million de kilomètres de notre planète, vers le soleil. Cette distance offrait un bon point de vue pour observer la géocouronne. De plus, l’instrument SWAN à bord de SOHO est équipé d’une cellule d’absorption d’hydrogène que l’équipe a utilisée pour mesurer sélectivement la lumière Lyman-alpha de la géocouronne et filtrer celle des atomes d’hydrogène plus éloignés dans l’espace interplanétaire.

Ils rapportent que la géocouronne de la Terre est comprimée de son côté diurne (celui qui fait face au soleil), ce qui à son tour produit une zone à plus forte densité d’hydrogène de son côté nocturne. « Dense » est ici un terme relatif, ce n’est pas l’atmosphère que l’on connaît et que l’on aime au niveau de la surface. Les densités d’hydrogène culminent aux alentours des 70 atomes par centimètre cube à environ 60 000 kilomètres au-dessus de la surface, et chutent jusqu’à 0,2 atome par centimètre cube autour de la lune.

Selon Igor Baliukin :

Sur Terre, nous l’appellerions le vide, de sorte que cette source supplémentaire d’hydrogène n’est pas assez importante pour faciliter l’exploration spatiale.

Et selon Jean-Loup Bertaux :

Il y a aussi le rayonnement ultraviolet associé à la géocouronne, car les atomes d’hydrogène diffusent la lumière du soleil dans toutes les directions, mais l’impact sur les astronautes en orbite lunaire serait négligeable comparativement à la principale source de rayonnement, le soleil.

L’instrument SWAN de SOHO a imagé la Terre et l’étendue de son atmosphère à trois reprises entre 1996 et 1998. L’équipe a décidé de récupérer ces données dans les archives pour les analyser plus en profondeur et c’est ainsi que cette découverte est née.

L’intensité des émissions d’atomes d’hydrogène dans la partie la plus éloignée de l’atmosphère terrestre, la géocouronne, mesurée par l’instrument SWAN à bord de l’Observatoire solaire et héliosphérique (SOHO) ESA/NASA. Une intensité faible est indiquée en bleu, une intensité élevée en rouge. (ESA/ NASA/ SOHO/ SWAN ; I. Baliukin et coll.)

Selon Bernhard Fleck, scientifique du projet SOHO pour l’ESA :

Les données archivées il y a de nombreuses années peuvent souvent être exploitées pour de nouvelles recherches scientifiques. Cette découverte souligne la valeur des données recueillies il y a plus de 20 ans et la performance exceptionnelle de SOHO.

L’étude publiée dans The Journal of Geophysical Research: Space Physics : SWAN/SOHO Lyman‐α mapping: the Hydrogen Geocorona Extends Well Beyond The Moon et présentée sur le site de l’ESA : Earth’s atmosphere stretches out to the Moon and beyond.