Le télescope spatial James Webb a capturé ses premières images et spectres de Mars le 5 septembre 2022. La remarquable sensibilité infrarouge du télescope offre une perspective unique sur notre planète voisine, complétant les données recueillies par les orbiteurs, les rovers et les autres télescopes.
En raison de sa proximité, la planète rouge est l'un des objets les plus brillants du ciel nocturne, tant en termes de lumière visible (que les yeux humains peuvent voir) que de lumière infrarouge que Webb est conçu pour détecter. Cela pose des défis particuliers à l'installation, qui a été construite pour détecter la lumière extrêmement faible des galaxies les plus lointaines de l'univers. Les instruments de Webb sont si sensibles que, sans techniques d'observation spéciales, la lumière infrarouge brillante de Mars sature le détecteur.
Les premières images de Mars prises par Webb, capturées par la caméra proche infrarouge (NIRCam), montrent une région de l'hémisphère oriental de la planète à deux longueurs d'onde infrarouges différentes.
La longueur d'onde la plus courte (2,1 microns, en haut à droite sur la figure 1) est dominée par la lumière solaire réfléchie, et révèle donc des détails de surface similaires à ceux qui apparaissent sur les images en lumière visible. Les anneaux du cratère Huygens, la roche volcanique sombre de Syrtis Major, et l'éclaircissement du bassin Hellas, probablement causé par un dépôt de poussière localisé, sont tous visibles sur cette image.
La plus grande longueur d'onde (4,3 microns, en bas à droite sur la figure 1) montre l'émission thermique - la lumière émise par la planète lorsqu'elle perd de la chaleur. La luminosité de la lumière à 4,3 microns est liée à la température de la surface et de l'atmosphère. Le point subsolaire de la planète (l'endroit de la surface où le Soleil est directement au-dessus de la tête) est le plus brillant car il est généralement le plus chaud. La luminosité diminue vers les régions polaires, qui reçoivent moins de lumière solaire, et moins de lumière est émise par l'hémisphère nord, plus froid, qui connaît l'hiver à cette époque de l'année.
Cependant, la température n'est pas le seul facteur qui affecte la quantité de lumière de 4,3 microns qui atteint le télescope avec ce filtre. Lorsque la lumière émise par la planète traverse l'atmosphère de Mars, une partie est absorbée par les molécules de dioxyde de carbone. Le bassin Hellas - qui est la plus grande structure d'impact bien préservée sur Mars, s'étendant sur plus de 2000 kilomètres - apparaît plus sombre que les environs en raison de cet effet.
« Il ne s'agit en fait pas d'un effet thermique à Hellas », a expliqué Geronimo Villanueva du Goddard Space Flight Center de la NASA, qui a conçu ces observations Webb. « Le bassin de Hellas est une dépression topographique, et connaît donc une pression atmosphérique plus élevée. Cette pression plus élevée atténue l'intensité de l'émission thermique dans cette gamme de longueurs d'onde particulière en raison d'un effet appelé élargissement de la pression. »
Villanueva et son équipe, qui comprend des membres du groupe Atmosphères planétaires de l'IASB, ont également publié le premier spectre de Mars dans le proche infrarouge, démontrant ainsi la capacité de Webb à étudier la planète rouge par spectroscopie.
Les astronomes analysent la forme détaillée du spectre pour recueillir des informations supplémentaires sur la surface et l'atmosphère de la planète. Ce spectre infrarouge a été obtenu en combinant les mesures des six modes de spectroscopie haute résolution du spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec). Le spectre présente un riche ensemble de caractéristiques spectrales qui révèlent des informations sur la poussière, les nuages glacés, les roches à la surface de la planète et les molécules qui composent l'atmosphère. Les signatures spectrales de l'eau, du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone sont facilement détectées.
À l'avenir, l'équipe Mars utilisera ces données d'imagerie et de spectroscopie pour explorer les différences régionales sur la planète et pour rechercher des espèces à l'état de traces dans l'atmosphère, notamment le méthane et le chlorure d'hydrogène.
Ces observations NIRCam et NIRSpec de Mars ont été réalisées dans le cadre du programme du système solaire du cycle 1 GTO (Guaranteed Time Observation) de Webb, dirigé par Heidi Hammel de l'AURA.
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