La Vénus enveloppée de nuages semble sans traits, comme le montre cette image prise par la mission MESSENGER de la NASA. En ultraviolet, cependant, la planète prend un tout autre aspect. Crédit :NASA
Vénus semble fade et sans particularité dans la lumière visible, mais changez le filtre en ultraviolet, et le jumeau de la Terre ressemble soudainement à une planète différente. Des zones sombres et claires rayent la sphère, indiquant que quelque chose absorbe les longueurs d'onde ultraviolettes dans les sommets des nuages de la planète.
Une équipe de scientifiques et d'ingénieurs travaillant au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, a reçu un financement des études Planetary Science Deep Space SmallSat de l'agence, ou PSDS3, programme pour faire avancer un concept de mission CubeSat révélant la nature de ce mystérieux absorbeur situé dans la couche nuageuse la plus élevée de la planète.
Appelé l'expérience UV CubeSat, ou CUVE, la mission enquêterait sur l'atmosphère de Vénus à l'aide d'instruments sensibles aux ultraviolets et d'un roman, miroir collecteur de lumière en nanotubes de carbone.
De structure et de taille similaires à la Terre, Vénus tourne lentement dans la direction opposée de la plupart des planètes. Son atmosphère épaisse, constitué principalement de dioxyde de carbone, avec des nuages de gouttelettes d'acide sulfurique, emprisonne la chaleur dans un effet de serre incontrôlable, ce qui en fait la planète la plus chaude de notre système solaire avec des températures de surface suffisamment élevées pour faire fondre le plomb.
Bien que la NASA et d'autres programmes spatiaux internationaux aient envoyé plusieurs missions sur Vénus, "la nature exacte de l'absorbeur du sommet des nuages n'a pas été établie, " a déclaré Valeria Cottini, chercheuse principale de CUVE, un chercheur de l'Université du Maryland qui dirige une équipe d'experts en composition, chimie, dynamique, et le transfert radiatif de l'atmosphère de la planète. "C'est l'une des questions sans réponse et c'est une question importante, " elle a ajouté.
Les observations passées de Vénus montrent que la moitié de l'énergie solaire est absorbée dans l'ultraviolet par une couche supérieure des nuages d'acide sulfurique, donnant à la planète ses traits rayés sombres et clairs. D'autres longueurs d'onde sont diffusées ou réfléchies dans l'espace, ce qui explique pourquoi la planète ressemble à une sphère blanc jaunâtre dans les longueurs d'onde optiques visibles à l'œil humain.
Les théories abondent sur les causes de ces stries, caractéristiques contrastées, dit Cottini. Une explication est que les processus convectifs draguent l'absorbeur des profondeurs de l'épaisse couverture nuageuse de Vénus, transporter la substance jusqu'au sommet des nuages. Les vents locaux dispersent le matériau dans la direction du vent, créant les longues traînées. Les scientifiques théorisent que les zones lumineuses observées dans l'ultraviolet sont probablement stables contre la convection et ne contiennent pas d'absorbeur, tandis que les zones sombres le font.
"Puisque l'absorption maximale de l'énergie solaire par Vénus se produit dans l'ultraviolet, déterminer la nature, concentration, et la distribution de l'absorbeur inconnu est fondamentale, " a déclaré Cottini. " Il s'agit d'une mission hautement ciblée, parfaite pour une application CubeSat. "
Comme on le voit dans l'ultraviolet, Vénus est rayée de zones claires et sombres indiquant qu'un absorbeur inconnu opère dans la couche nuageuse supérieure de la planète. L'image a été prise par le Pioneer-Venus Orbiter de la NASA en 1979. Crédit :NASA
Pour en savoir plus sur l'absorbeur, l'équipe CUVE, qui comprend des scientifiques Goddard ainsi que des chercheurs affiliés à l'Université du Maryland et à l'Université catholique, tire parti des investissements que Goddard a réalisés dans des instruments miniaturisés et d'autres technologies. En plus de piloter une caméra ultraviolette miniaturisée pour ajouter des informations contextuelles et capturer les caractéristiques de contraste, CUVE transporterait un spectromètre développé par Goddard pour analyser la lumière sur une large bande spectrale (190-570 nanomètres) couvrant l'ultraviolet et le visible. L'équipe prévoit également de tirer parti des investissements dans la navigation CubeSat, électronique, et logiciel de vol.
« Beaucoup de ces concepts sont motivés par d'importants investissements de Goddard en recherche et développement, " dit Tilak Hewagama, un membre de l'équipe CUVE qui a travaillé avec les scientifiques Goddard Shahid Aslam, Nicolas Gorius, et d'autres pour faire la démonstration d'un spectromètre compatible CubeSat. "C'est ce qui nous a fait démarrer."
L'une des autres adaptations novatrices de CUVE est l'utilisation potentielle d'un télescope léger équipé d'un miroir composé de nanotubes de carbone dans une résine époxy. À ce jour, personne n'a été capable de faire un miroir avec cette résine.
De telles optiques offrent plusieurs avantages. En plus d'être léger et très stable, ils sont relativement faciles à reproduire. Ils ne nécessitent pas de polissage - un processus long et souvent coûteux qui assure une douceur, surface parfaitement formée.
Développé par l'entrepreneur Goddard Peter Chen, le miroir est réalisé en versant un mélange d'époxy et de nanotubes de carbone dans un mandrin, ou moule, façonné pour répondre à une prescription optique spécifique. Les techniciens chauffent ensuite le moule pour durcir et durcir l'époxy. Une fois réglé, le miroir est recouvert d'un matériau réfléchissant composé d'aluminium et de dioxyde de silicium.
Objectifs de l'étude
L'équipe prévoit d'améliorer encore les technologies de la mission et d'évaluer les exigences techniques pour atteindre une orbite polaire autour de Vénus en tant que charge utile secondaire. L'équipe pense qu'il faudrait un an et demi à CUVE pour atteindre sa destination. Une fois en orbite, l'équipe recueillerait des données pendant environ six mois.
« CUVE est une mission ciblée, avec une charge utile scientifique dédiée et un bus compact pour maximiser les opportunités de vol telles qu'un covoiturage avec une autre mission vers Vénus ou vers une cible différente, " dit Cottini. " CUVE compléterait le passé, courant, et les futures missions de Vénus et offrent un excellent retour scientifique à moindre coût."
Petits satellites, y compris CubeSats, jouent un rôle de plus en plus important dans l'exploration, démonstration de technologie, la recherche scientifique et les enquêtes pédagogiques à la NASA, y compris :l'exploration de l'espace planétaire; Observations de la Terre ; sciences fondamentales de la Terre et de l'espace; et le développement d'instruments scientifiques précurseurs tels que les communications laser de pointe, communications de satellite à satellite et capacités de mouvement autonome.
