Des particules extrêmement rapides du soleil ont frappé Mercure. Crédit :NASA, montage :TU Vienne
Les planètes et les lunes de notre système solaire sont continuellement bombardées par des particules projetées loin du soleil. Sur Terre, cela n'a pratiquement aucun effet, à part les fascinantes aurores boréales, car l'atmosphère dense et le champ magnétique de la Terre nous protègent de ces particules de vent solaire. Mais sur la Lune ou sur Mercure les choses sont différentes :Là, la couche supérieure de roche est progressivement érodée par l'impact des particules solaires.
De nouveaux résultats de la TU Wien montrent maintenant que les modèles précédents de ce processus sont incomplets. Les effets du bombardement du vent solaire sont dans certains cas beaucoup plus drastiques qu'on ne le pensait auparavant. Ces résultats sont importants pour la mission de l'ESA BepiColombo, Première mission Mercury en Europe. Les résultats sont maintenant publiés dans la revue de planétologie Icare .
Une exosphère de roche brisée
"Le vent solaire est constitué de particules chargées, principalement d'ions d'hydrogène et d'hélium, mais des atomes plus lourds jusqu'au fer jouent également un rôle, " explique le professeur Friedrich Aumayr de l'Institut de physique appliquée de la TU Wien. Ces particules frappent les roches de surface à une vitesse de 400 à 800 km par seconde et l'impact peut éjecter de nombreux autres atomes. Ces particules peuvent monter haut avant de retomber à la surface, créant une "exosphère" autour de la Lune ou de Mercure, une atmosphère extrêmement mince d'atomes pulvérisés des roches de surface par le bombardement du vent solaire.
Cette exosphère est d'un grand intérêt pour la recherche spatiale car sa composition permet aux scientifiques de déduire la composition chimique de la surface de la roche - et il est beaucoup plus facile d'analyser l'exosphère que de faire atterrir un vaisseau spatial à la surface. En octobre 2018, L'ESA enverra la sonde BepiColombo à Mercure, qui consiste à obtenir des informations sur les propriétés géologiques et chimiques de Mercure à partir de la composition de l'exosphère.
Paul Szabo dans le laboratoire de la TU Wien. Crédit :Université de technologie de Vienne
Les frais sont importants
Cependant, cela nécessite une compréhension précise des effets du vent solaire sur les surfaces rocheuses, et c'est précisément là que subsistent encore des lacunes décisives dans les connaissances. Par conséquent, la TU Wien a étudié l'effet du bombardement ionique sur la wollastonite, une roche lunaire typique. "Jusqu'à présent, on supposait que l'énergie cinétique des particules rapides est principalement responsable de l'atomisation de la surface de la roche, " dit Paul Szabo, doctorat étudiant dans l'équipe de Friedrich Aumayr et premier auteur de la présente publication. "Mais ce n'est que la moitié de la vérité :nous avons pu montrer que la charge électrique élevée des particules joue un rôle décisif. C'est la raison pour laquelle les particules à la surface peuvent faire beaucoup plus de dégâts qu'on ne le pensait auparavant."
Lorsque les particules du vent solaire sont chargées de façon multiple, c'est-à-dire quand ils manquent de plusieurs électrons, ils transportent une grande quantité d'énergie qui est libérée en un éclair lors de l'impact. « Si cela n'est pas pris en compte, les effets du vent solaire sur diverses roches sont mal évalués, " dit Paul Szabo. Par conséquent, il n'est pas possible de tirer des conclusions exactes sur les roches de surface avec un modèle incorrect à partir de la composition de l'exosphère.
Herbert Biber, Paul Szabo, Frédéric Aumayr, Reinhard Stadlmayr, Daniel Mayer (de gauche à droite). Crédit :Université de technologie de Vienne
Les protons constituent de loin la plus grande partie du vent solaire, et donc on pensait auparavant qu'ils avaient la plus forte influence sur la roche. Mais comme il s'avère, l'hélium joue en fait le rôle principal car, contrairement aux protons, il peut être chargé deux fois plus positivement. Et la contribution des ions plus lourds avec une charge électrique encore plus importante ne doit pas non plus être négligée.
Une coopération de différents groupes de recherche a été nécessaire pour ces résultats :des mesures de haute précision ont été effectuées avec une microbalance spécialement développée à l'Institut de physique appliquée. Au Vienna Scientific Cluster VSC-3, des simulations informatiques complexes avec des codes développés pour la recherche sur la fusion nucléaire ont été réalisées afin de pouvoir interpréter correctement les résultats. Le Centre d'instrumentation analytique et l'Institut des technologies chimiques et de l'analyse de la TU de Vienne ont également apporté d'importantes contributions.
