MISSION VENUS EXPRESS:
Atmosphère et climat,
premières images, premiers résultats.
À la Cité des Sciences
de Paris.
le Samedi
7 Octobre 2006 à 15H.
Soirée patronnée par :
BREF COMPTE RENDU
Manifestation présentée
par Gilles Dawidowicz (SAF) et Francis Rocard
(Responsable des systèmes d'exploration du système solaire au CNES) et qui va
être en deux parties.
Signalons que les fous
d'astronomie étaient nombreux en cet ensoleillé après midi, nous étions au
moins 300 passionnés de Vénus.
PLAN DE
LA SOIRÉE (accès rapide en cliquant sur les titres des chapitres)
LA PLANÈTE
VÉNUS AU FIL DES AGES par Philippe Morel (SAF)
L'EXPLORATION SPATIALE
DE VÉNUS par Francis Rocard (CNES)
VENUS
EXPRESS PREMIÈRE MISSION EUROPÉENNE AUTOUR DE VÉNUS par Olivier Witasse (ESA)
VIRTIS
ET SES PREMIERS RÉSULTATS par Pierre Drossart (LESIA)
PREMIÈRES
OBSERVATIONS DE SPICAV SUR VENUS EXPRESS par Jean-Loup
Bertaux (CNRS)
LA PLANÈTE VÉNUS AU FIL DES AGES PAR
PHILIPPE MOREL PRÉSIDENT DE LA SAF.
Tout d'abord un rappel du
lointain passé sur Vénus :
C'est l'étoile matinale
dans l'Iliade d'Homère , Sukra
chez les Indiens; Anadid chez les Babyloniens, Nahid chez les Persans, Zohar chez les Hébreux, El Zohra chez les Arabes. Puis plus récemment chez les Romains
et le Grecs, Vesper, Junon, Isis, etc
pour arriver à Vénus.
Galilée voit Vénus avec sa
petite lunette et se rend compte qu'elle possède des phases, c'était vers 1609.
Puis c'est Riccioli (vers 1645) qui voit des taches à proximité de
Vénus.
Cassini aussi étudie Vénus
vers 1666 et note qu'elle tourne du Sud vers le Nord.
Bianchini le confirme et publie les premières
"cartes" de Vénus en 1726-1728.
Il fabrique même un globe
de Vénus que l'on voit sur la photo ci contre.
Le célèbre W Herschel
s'intéresse aussi à Vénus, et annonce qu'il est impossible de mesurer sa
période de rotation par l'observation à cause des illusions d'optique.
De Vico, lui trouve une
période de rotation extrêmement précise de 23 heures 21 minutes et 21,934 sec !!!
C'était en 1840.
Trente ans plus tard,
Schiaparelli, celui par qui le malheur des canaux de Mars est arrivé, trouve
lui 224 jours, pas trop loin de la vérité.
Un peu plus tard, le grand
Camille Flammarion se trompe complètement et trouve une période de 24H.
Mais le plus délirant ce
fut Percival Lowell, cet admirateur de Flammarion,
celui qui croyait aux canaux de Mars, et que voit il sur Vénus en 1896, des
canaux aussi comme nous le montre le dessin ci-contre.
Il fallut attendre le XXème siècle pour avoir des mesures un peu plus sérieuses,
ce que fit Charles Boyer à la fin des
années 1950, il découvre le mouvement rétrograde de l'atmosphère de Vénus de 4
jours.
C'est un astronome amateur
de Brazzaville qui en faisant des photos montre pour la première fois le
mouvement des nuages de Vénus.
Puis viennent les
observations radar, la sol ce Vénus tourne en 243 jours
de façon rétrograde.
Et enfin les sondes
spatiales thème du prochain exposé.
POUR ALLER PLUS
LOIN SUR VENUS EN GÉNÉRAL :
Vénus chez Wikipedia en français.
Introduction à Vénus chez
solarviews en français.
Toutes les photos de
Vénus chez solarviews.
Vénus au planetary journal de la NASA (photos).
Liste
impressionnante d'images sur Vénus.
Visit
to Venus par Bob the alien
(anglais) simple et facile.
Vénus
à l'IMCCE (français). simple
Un cadeau : la
rotation de Vénus dans ce petit film mpeg de
800kB (copyright Calvin Hmilton).
L'EXPLORATION
SPATIALE DE VÉNUS PAR FRANCIS ROCARD DU CNES
(photos
des sondes de la NASA / NSSDC et de l'agence spatiale russe)
Cette aventure peut être racontée en cinq épisodes.
PÉRIODE 1961-65 : Les
premières sondes sont presque toutes soviétiques.
PÉRIODE 1967-1974 : On
commence à mesurer l'atmosphère; des sondes soviétiques touchent le sol.
PÉRIODE 1975 : Les
premières images du sol.
PÉRIODE 1978-1981 : Les
Américains rattrapent leur retard avec Pioneer Venus.
Venera 13 et 14 imagent le sol en couleur.
PÉRIODE 1983-1989 : La
cartographie de la planète.
Examinons maintenant ces
diverses périodes en images.
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1961
,année glorieuse de l'épopée
spatiale voit aussi le départ de la sonde Venera 1
lancée par les soviétiques. Au bout d'une semaine on
perd le contact avec la sonde. Elle sera suivie en 1965
par Venera 2 et3. |
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La sonde Vénéra 2 (photo
de gauche) a été lancée le 12 novembre 1965 avec à son bord des instruments
scientifiques. Le vaisseau spatial est passé à 2400 Km de Vénus.
Malheureusement, il a cessé de fonctionner avant et n'a donc pas pu envoyer
des données La sonde Vénéra 3 (photo
de droite) a été lancée quelques jours après, elle devait se poser sur Vénus.
Elle avait à son bord un système de communication et divers instruments
scientifiques. Là aussi, la communication a échoué et aucune donnée n'a pu
être envoyé vers la Terre. On voit la sonde de rentrée dans la partie
inférieure. |
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À partir de 1965 les
sondes spatiales sont maintenant fabriquées par NPO Lavochkin
près de Moscou, sur ordre de Korolev. Venera 4 (photo) en 1967 fut la première sonde à pénétrer
l'atmosphère de Vénus; les premières mesures
de pression sont effectuées. Venera 7 en 1970
et Venera 8 en 1972 réussirent le premier
atterrissage sur Vénus et purent
envoyer des informations pendant plusieurs dizaines de minutes. Elles sont réfrigérées
avant la descente. Des mesures prouvent que
le sol a bien été touché. Les premières bonnes
mesures de pression (90 atm) et de température
(450°C) sont faites. |
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Mariner 10 est la
première sonde à avoir utilisé l'assistance gravitationnelle d'une planète
pour modifier sa trajectoire, se servant de l'attraction gravitationnelle
engendrée par Vénus pour se propulser vers Mercure Mariner 10 a pris plus
de 4000 photos de Vénus et de son système nuageux. |
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Venera 9 (photo)
et 10 envoyèrent les premières images du sol de Vénus en 1975 après un atterrissage réussi La sphère que l'on voit
sur la photo est le compartiment électronique pressurisé. La partie supérieure de
la sonde comporte l'antenne hélicoïdale. Des parachutes sont
ouverts et sont largués vers 50km d'altitude, la sonde est ralentie
uniquement par le grand disque que l'on voit sur la photo. En effet la
pression est tellement importante que l'atmosphère se comporte presque comme
un fluide. La sonde se pose à la
vitesse de 10km/h! La sonde sur la surface
émet pendant au moins 90 minutes après l'orbiter n'est plus en vue, on ne
sait pas exactement combien de temps elle a "tenu" sur la surface. |
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La première photo depuis
le sol d'une autre planète. Venera 9 nous montre le
relief de Vénus, cette photo a été retraitée par Don Mitchell. L'image
supérieure est l'image originale, en dessous se trouve une image calibrée en
luminance et tout en bas l'image corrigée des défauts de transmission. Ces photos montrent
clairement de grandes étendues désertiques couvertes de roches (basaltiques)
volcaniques sombres aux arêtes vives Une rare photo des
sondes Venera 9 et 10 en test. |
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En 1978 les Américains
lancent Pioneer Venus 1 et 2 ,
Pioneer Venus 1 sera la première
sonde à se satelliser autour de Vénus, Pioneer
Venus 2 (photo de gauche) a pour mission de frôler Vénus et d'y lancer 4
petits atterrisseurs avant de pénétrer elle même dans l'atmosphère Succès complet, de plus
la sonde Pioneer Venus 1 est restée opérationnelle
en orbite autour de Vénus pendant 14 ans, un record!. La sonde prend des images en
UV et des images
radar de la presque totalité de la planète. On se rend compte de la
super rotation de l'atmosphère vénusienne. |
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Grande décennie pour
Vénus, Venera 11 et 12 se posent avec succès mais
pas d'images. Pourquoi? F Rocard nous l'explique, il y avait un capot de
protection (camera cap sur la photo de gauche) devant la caméra mais la
pression étant tellement grande que le dispositif d'éjection
pyrotechnique n'a pas fonctionné
correctement, le capot s'est recollé sur la caméra. Problème résolu par un
petit trou dans le capot pour égaliser les pressions sur les missions
suivantes. Le capot c'est le petit objet métallique que l'on voit sur les
photos. À partir des sondes
soviétiques suivantes les
photos sont en couleur. |
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On remarque des terrains
différents entre les deux points d'atterrissage. V13 du gravier et V14
des roches de basalte et aucune poussières. Voici une vue de Venera 13 dont la distorsion a été corrigée. Venera 13 et 14 purent aussi analyser le sol. (basalte)
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La dernière période 1983
à 1989 voit la cartographie vénusienne se perfectionner. Avec notamment les
sondes Venera 15 (photo) et 16. Venera 15 et 16 elles ne se posèrent pas, elles
cartographièrent Vénus au radar (SAR), en particulier l'hémisphère Nord.
elles sont composées principalement d'énormes antennes. Elles mesurent aussi
la température de la haute atmosphère. |
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Les sondes suivantes
sont les Vega qui doivent surtout rencontrer
Halley, à cette occasion elles profitent de l'assistance gravitationnelle de
Vénus et en profite pour lâcher alors deux modules de descente.
Vers 50 km d'altitude, ceux-ci libèrent chacun un
ballon destiné à 'flotter' dans l'atmosphère et poursuivent leur route vers
le sol (voir le profil de la mission). Le lander
de Vega 1 tombe en panne, mais celui de Vega 2 fonctionne après l'atterrissage. Les deux ballons,
(fournis par la France),flottent dans l'atmosphère
pendant 46 heures, ils sont suivis par un réseau de stations terrestres. Ils
apportent de nombreuses informations sur la dynamique des masses d'air. |
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Puis c'est la période de
domination américaine, la
mission Magellan est lancée par la navette spatiale en 1989, et se
satellise autour de Vénus le 10 août de l'année suivante. Son objectif est de
réaliser une
cartographie quasi-complète de la planète avec une résolution de 100m,
mais aussi d'étudier son champ de gravité et sa structure géologique Elle met au jour des volcans
et formation "crèpes" et des coulées
de lave. Il y a peu de petits cratères sur Vénus, car l'atmosphère étant
tellement dense les petites météorites brûlent avant
d'arriver au sol. La surface est relativement jeune. Galileo passe aussi par Vénus avant d'aller voir Jupiter
et complète les
informations sur cette planète. |
POUR ALLER PLUS
LOIN :
Les missions Venera par nos amis Russes spécialisés dans ces
missions spatiales soviétiques.
Catalogue des images des
missions soviétiques vers Vénus, exceptionnel, il y a tout, voir aussi
cette deuxième
plus spécialisée sur les photos du sol et radar, exceptionnel aussi et
cette page sur la mission Vega (Venus-Halley).
Tout sur le mapping
radar de la planète.
The
soviet exploration of Venus, une vue d'ensemble.
Les missions V15 et 16 et comparaison avec Magellan .
La mission
Venera 15 par l'ESA.
Vega Vénus chez Wikipedia.
Les sondes
spatiales soviétiques par nos amis de Capcomespace.
La mission Mariner 10 chez Wikipedia.
La mission Pioneer-Venus du UCLA.
La mission Magellan chez Wikipedia et un APOD sur cette
mission.
Les superbes images de
Magellan à la NASA.
Liste de toutes les
missions vers Vénus et aussi cette
chronologie de la Nasa.
VÉNUS EXPRESS PREMIÈRE MISSION EUROPÉENNE AUTOUR DE VÉNUS PAR OLIVIER
WITASSE (ESA)
Olivier Witasse est adjoint du responsable scientifique de la
mission Venus Express, mais il travaille aussi à l'ESA en Hollande sur les
projets Huygens et Chandrayaan.
Il est le secrétaire exécutif du réseau Europlanet.
Il nous parle ce soir de la genèse de la mission Venus Express.
Tout d'abord quelques rappels sur la deuxième planète, située à 0,7 UA. (approximativement 100
millions de km du Soleil).
C'est vraiment une sœur de la Terre :
Rayon de Vénus = 6052 km = 0,95 Terre
Masse Vénus = 0,8 Terre
Gravité sur Vénus = 0,9 celle de la Terre.
Mais les différences arrivent maintenant :
Période de rotation des nuages : 4 jours (super rotation)
dans le même sens que la rotation de la planète.
Période de rotation du sol (donc une journée de Vénus) : 243 jours (par
rapport aux étoiles, mais 117j par rapport au Soleil).
Elle tourne donc très lentement, ce qui a pour conséquence de ne pas
avoir d'effet dynamo du noyau ferreux et donc pas de champ magnétique.
Le Mouvement de la planète est
RÉTROGRADE. (une explication possible de ce mouvement qui
s'effectue à l'inverse de la plupart des planètes du système solaire) : l'effet
de l'atmosphère très pesante qui exerce comme un couple de rappel sur la
planète).
Année vénusienne : 224 jours terrestres, l'année est plus courte que le
jour!!
Inclinaison 177°
Température de surface : 460°C
Pression à la surface : 90 atm
Vent très faible : 1m/s.
L'atmosphère de Vénus:
CO2 : 96,5%
N2 : 3,5%
On remarque trois couches de
nuages situés entre 40 et 70 km d'altitude.
Au moins la couche supérieure est constituée de gouttelettes d'acide
sulfurique!
Sous les nuages : H2O et SO2.
On pense que Vénus aurait posséder de l'eau
dans une période passée et qu'elle l'aurait perdue maintenant.
Plus de 400 volcans ont été découverts, le plus haut, le volcan Maat Mons étant de 9km, mais aucun signe d'activité
volcanique récent n'a été détecté.
Surface très jeune, peut être 500 millions d'années, mille cratères
d'impact entre 1 et 300km de diamètre.
Le plus gros le cratère
Meade de 300km de diamètre.
Celui que l'on voit à gauche est le cratère Danilova
de 50 km de diamètre.
Mais ce qui caractérise Vénus c'est sa température extrême due à l'effet de serre
important à sa surface.
Les planètes comme la Terre, Vénus et Mars ont approximativement eu la
même atmosphère originelle due au volcanisme : CO2, H2O, SO2 principalement.
Le CO2 et surtout H2O sont des gaz à effet de serre (effet de serre : greenhouse effect en anglais),
c'est à dire, qu'ils sont en partie transparents au rayonnement solaire, et
laissent donc ce rayonnement atteindre le solde la planète, par contre, ils
bloquent le rayonnement ré-émis par le sol (qui se
trouve être dans l'Infra Rouge) augmentant ainsi la quantité de chaleur sur la
planète.
En fait ce phénomène est un
délicat équilibre; l'effet de serre était nécessaire sur Terre, sans cela la
température moyenne au lieu d'être +15°C serait de –15°C ce qui aurait donné certainement
un autre cours à la vie que nous connaissons. Bien entendu c'est comme tout il
ne faut pas en abuser, or sur Vénus il y a eu de l'abus.
Comparaison à gauche entre la Terre et Vénus.
80% du rayonnement solaire est réfléchi dans l'espace par la couche de
nuage (son albédo est de 0,8), 10% est absorbé par l'atmosphère et 10% atteint
le sol.
C'est ce petit 10% qui se transforme au contact du sol en rayonnement IR
et qui ne peut plus ressortir à cause de l'épaisse couche d'atmosphère, ce qui
donne une différence de près de 500°C entre le sommet des nuages et le sol. (cercle
vicieux!).
Contrairement à la Terre qui avec un albédo beaucoup plus faible (0,3)
mais qui ne contient pas autant de CO2 dans son atmosphère a
une température moyenne plus clémente. (voir le bilan radiatif
de la Terre.)
Probablement qu'au début de son histoire Vénus recelait une quantité
d'eau importante, mais si près du Soleil, l'eau ne pouvait plus rester liquide,
toute l'eau s'est évaporée et H2O est un puissant gaz à effet de serre,
beaucoup plus que CO2; la température augmentait rapidement jusqu'aux 460°C
d'aujourd'hui.
L'objet de la mission Venus
Express est principalement l'étude de l'atmosphère de Vénus et la dynamique des
nuages, afin de comprendre les différences avec notre atmosphère et d'essayer
de savoir pourquoi elle est si différente de la Terre.
Il faudra aussi comprendre la super rotation de l'atmosphère, c'est à
dire qu'elle tourne PLUS VITE que la planète elle même (comme sur Titan),
comprendre l'interaction avec le vent solaire.
La genèse de la mission Venus Express.
Il restait du
matériel à récupérer de la sonde Mars Express (que l'on voit à la gauche de la
photo ci-contre) et ceci a donner l'idée à l'ESA en 2001 de lancer un
"appel à idées" pour le réutiliser.
Une mission vers Vénus s'est tout de suite imposée, et Venus Express a
été sélectionnée en Novembre 2002 pour un lancement 3 ans plus tard; un record
dans le domaine spatial où les délais sont plutôt de l'ordre de la dizaine
d'années.
Venus Express est donc née de Mars Express dont il a l'aspect (partie
droite de la photo), quelques modifs ont été
apportées à cause de la proximité du Soleil, d'où de moins grands panneaux
solaires qui comportent aussi des radiateurs pour évacuer la chaleur.
Les instruments
sont presque les mêmes que pour MEX, ils ont aussi été pris sur les restes de Rosetta.
Lancement par une fusée Fregat de Baïkonour et
en route pour Vénus, capture par Vénus après allumage moteur de 50 minutes.
Et hop on tourne autour de Vénus en 24 heures (très pratique) sur une orbite très elliptique
qui permet de s'approcher pour faire des vues de près (250km) et de s'éloigner
à 60.000 km pour les vues d'ensemble.
Venus Express est maintenant prête à travailler et à nous donner ses
premiers résultats (voir les conférences suivantes.).
POUR ALLER PLUS LOIN :
Le site de la
mission Venus Express. (anglais)
Sur l'effet
de serre en français.
L'effet
de serre par l'ESA (anglais).
Le
volcanisme sur Vénus par l'Université d'Oxford. (anglais)
Les volcans de Vénus
chez solarviews. (anglais)
Les cratères
d'impact de Vénus chez solarviews. (anglais)
Superbe
présentation pdf de 42 slides
sur les cratères d'impact de Vénus. (anglais)
La carte de
Vénus avec ses reliefs.
La
mission Venus Express sur ce site.
Le public toujours aussi
attentif.
VIRTIS ET SES PREMIERS RESULTATS PAR
PIERRE DROSSART (LESIA).
Pierre Drossart est Directeur de recherches au CNRS
et il est de l'Observatoire de Paris (du LESIA
plus exactement) et est responsable de l'instrument imageur VIRTIS.
L'instrument VIRTIS est un
instrument double : imageur
et spectromètre IR à la fois. On obtient une image et la composition en
même temps, chaque longueur d'onde donne une information sur un corps
particulier.
VIRTIS développé par
l'Observatoire de Paris et par l'IASF de Rome et par
Berlin permet des "coupes tomographiques" de l'atmosphère vénusienne
grâce à un choix judicieux de longueur d'ondes.
Voir cette partie déjà
expliquée lors de
la dernière conférence sur Venus Express.
On obtient ainsi des vues
prises le jour et la nuit comme
sur la photo suivante prises pendant la phase d'insertion de la sonde,
quand elle montait jusqu'à plus de 300.000km d'altitude. Elles se lisent de
gauche à droite et de haut en bas.
Les vues jour sont en bleu
(filtre UV 380 nm) et les vues nuit en rouge (filtre IR 1,7µ).
On se rend même compte de
la rotation des nuages.
Cette évolution des nuages
est représentée sur la carte suivante des nuages pris à 1,7µ pendant l'orbite
d'insertion.
La couleur représente
l'intensité lumineuse des nuages, plus c'est lumineux, plus le rayonnement
s'échappe.
Cet instrument permet
aussi de voir quelques structures de surface au travers des nuages, mais la
résolution est limitée à 200km au sol.
On a pu identifier certains
endroits par rapport aux cartes conventionnelles de Vénus, comme sur la photo
ci-contre.
Signalons que la
température de surface dépend de l'altitude, plus le terrain est haut plus il
fait froid (tout est relatif quand même).
Cet instrument nous permet
d'observer le fameux
vortex polaire
Sur ce site nous avons
déjà évoqué les premières images obtenues dès la première orbite ainsi que le double
vortex du Pôle Sud.
Ce vortex peut être
analysé en faisant varier la longueur d'onde ce qui nous permet de pénétrer
plus ou moins profondément dans les nuages, et on remarque que plus on descend
et plus le double vortex devient simple, comme
on le voit sur cette vidéo fournit par l'ESA. Les vues sont entre 70 et 55 km d'altitude.
Il est a noter que Pioneer Venus en son temps avait détecté lui un vortex au
Pôle Nord.
On a remarqué aussi la
structure spiralée des nuages.
L'instrument VIRTIS a
aussi détecté du CO2 dans les couches de nuages vers les 110km d'altitude en
observant des spectres de jour et de nuit.
Quel est donc le bilan de
VIRTIS après 6 mois d'activité en orbite : on a recueillis plus de 50 GB de
données.
Tous les niveaux
atmosphériques ont été étudiés : surface, atmosphère basse, nuages, haute
atmosphère.
Le dépouillement commence
seulement!
POUR ALLER PLUS
LOIN :
Description de l'instrument
VIRTIS par l'observatoire de Paris. (anglais)
Explication de VIRTIS
à l'ESA (en français).