Vénus capturée par le vaisseau spatial MESSENGER de la NASA le 5 juin, 2007. Le même jour, Le spectromètre à neutrons de MESSENGER a collecté des données sur les neutrons émis par l'atmosphère de Vénus, dont les scientifiques ont réalisé plus tard qu'ils pourraient révéler des détails sur les concentrations d'azote dans l'atmosphère. Crédit :NASA/Johns Hopkins APL/Carnegie Institution de Washington
Le philosophe Nicholas Rescher a écrit :"Les découvertes scientifiques sont souvent faites non sur la base d'un plan d'investigation bien conçu, mais par un coup de chance."
Pour une équipe de chercheurs du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) à Laurel, Maryland, cette déclaration ne pourrait pas être plus vraie.
Ce qui a commencé comme un essai pour assurer les instruments sur la surface de mercure de la NASA, Environnement spatial, Le vaisseau spatial Geochemistry and Ranging (MESSENGER) a fonctionné correctement plus tard, s'est transformé en une saga de 10 ans qui a abouti à une découverte fortuite sans rapport avec la planète cible de la mission, Mercure. Il s'agit de Vénus et de son atmosphère.
L'équipe rapporte le 20 avril dans Astronomie de la nature que les données fortuitement recueillies par MESSENGER révèlent une augmentation soudaine des concentrations d'azote à environ 30 miles au-dessus de la surface de Vénus, démontrant que l'atmosphère de la planète n'est pas uniformément mélangée, comme prévu. Cette découverte bouleverse la compréhension de l'atmosphère de Vénus qui prévaut depuis des décennies.
L'histoire a commencé en juin 2007 lorsque MESSENGER a navigué au-dessus de Vénus pour son deuxième survol avant de virer vers Mercure. Les équipes d'instruments de mission ont profité de l'occasion pour tester leurs appareils et collecter des données avant que le véritable spectacle ne commence environ six mois plus tard.
Parmi les membres de l'équipe se trouvait David Lawrence, un physicien nucléaire à l'APL. Il était le scientifique des instruments pour le spectromètre à neutrons de MESSENGER, qui détecte les neutrons libérés dans l'espace par les rayons cosmiques entrant en collision avec des molécules dans l'atmosphère ou la surface d'une planète. Il visait à trouver les signes révélateurs de neutrons provenant d'atomes d'hydrogène dans des molécules d'eau suspectées (et confirmées plus tard) d'être gelées dans les ombres des cratères aux pôles de Mercure.
Sur Vénus, cependant, Lawrence voulait juste collecter des données pour vérifier que l'instrument fonctionnait correctement. Un premier contrôle a montré que cela fonctionnait, et les données ont été déposées.
Mais en 2010, Lawrence a revu ces mesures, cette fois avec Patrick Peplowski, un autre physicien nucléaire à l'APL. Malgré 50 ans d'envoi de missions robotiques sur Vénus, dont 13 sondes atmosphériques ou atterrisseurs, beaucoup d'incertitude sur la concentration d'azote dans l'atmosphère de Vénus, surtout entre 30 et 60 milles au-dessus de la surface, resté.
Cela a intrigué Peplowski et Lawrence parce que l'azote est la deuxième molécule la plus abondante flottant dans l'atmosphère de Vénus, après le dioxyde de carbone.
"L'incertitude n'était pas nécessairement seulement dans l'instrument MESSENGER - elle pourrait être dans la planète entière, " dit Laurent.
Lawrence connaissait un article de 1962, cependant, cela a suggéré que la spectroscopie neutronique pourrait aider à déterminer la concentration d'azote atmosphérique de Vénus. L'azote est assez efficace pour piéger les neutrons libres, contrairement au carbone et à l'oxygène, qui sont parmi les pires. Alors sur Vénus, le nombre de neutrons détectés par un instrument doit dépendre de la quantité d'azote atmosphérique.
Concentration d'azote dans l'atmosphère de Vénus. Une nouvelle analyse des données de MESSENGER montre une augmentation de la concentration d'azote autour du pont nuageux supérieur de Vénus à environ 30 miles (50 kilomètres) vers le haut, renversant une idée de longue date selon laquelle l'azote est distribué de manière égale partout. La ligne rouge est une ligne de tendance ajustée aux données de plusieurs missions, y compris les données de MESSENGER, qui a été collecté entre 35 et 65 miles (60 et 100 km) de haut. Crédit :Johns Hopkins APL
MESSENGER vient de recueillir cette information.
La paire a exécuté une simulation informatique qui a divisé l'atmosphère de 60 milles d'épaisseur de la planète en bandes dans lesquelles ils pouvaient manipuler la concentration d'azote et modéliser de manière réaliste le nombre de neutrons qui seraient diffusés vers le vaisseau spatial ci-dessus.
Lorsqu'ils ont comparé leurs modèles avec les données de MESSENGER, ils ont trouvé que la meilleure correspondance était lorsque l'azote atmosphérique représentait 5% du volume, environ 1,5 fois celle mesurée plus bas dans l'atmosphère. Et tous les neutrons provenaient d'une région située entre environ 35 et 60 milles au-dessus de la surface, exactement là où il y avait eu la plus grande incertitude.
"C'était vraiment un coup de chance, " a déclaré Peplowski.
Pourquoi l'azote augmente à plus haute altitude reste inconnu. Leur découverte a soulevé plus que quelques sourcils, Peplowski a dit, mais pas parce que les gens ont été époustouflés.
"De nombreux scientifiques semblaient surpris que ce soit même quelque chose qui vaille la peine d'être étudié, " a déclaré Peplowski. " L'idée qu'il y a une concentration d'azote plus élevée dans la haute atmosphère que dans la basse était hors de portée de la pensée des gens. "
Ils se sont déjà retrouvés dans cette impasse lorsqu'ils ont essayé d'obtenir des fonds pour terminer l'étude. Le projet s'est vu refuser de l'argent à trois reprises parce qu'il était considéré comme une impasse. Les données dont ils avaient besoin pour avoir confiance en leurs résultats et pousser leur étude jusqu'à la ligne d'arrivée sont venues par chance grâce à Jack Wilson, un scientifique de l'APL qui venait d'analyser les mêmes données MESSENGER pour un projet sans rapport.
Après que l'équipe a présenté les résultats préliminaires lors d'une conférence en 2016, l'Agence spatiale fédérale russe a cité leurs travaux dans sa mission Venera-D pour étudier l'atmosphère et la surface de Vénus. Actuellement, deux propositions de mission à l'étude pour le programme Discovery de la NASA—DAVINCI+ et VERITAS, qui incluent tous deux des scientifiques de l'APL dans leurs équipes, visent également à étudier plus en détail l'atmosphère de Vénus.
Peplowski et Lawrence disent que ce nouveau résultat souligne la prudence dont les chercheurs ont besoin lorsqu'ils tirent des conclusions sur les données atmosphériques, surtout avec l'intérêt croissant pour les atmosphères planétaires dans d'autres systèmes solaires.
"Nous apprenons encore des choses fondamentales sur Vénus et son atmosphère, et c'est notre voisin d'à côté, " a déclaré Peplowski. " Que les scientifiques puissent parler avec confiance des atmosphères d'exoplanètes qui se trouvent à des centaines ou des milliers d'années-lumière mérite d'être remis en question. "
Tirer des conclusions rigoureuses et convaincantes nécessite un large éventail de données.
Mais obtenir ces données peut parfois nécessiter un peu de chance.
