La géocouronne est la partie lumineuse de l’exosphère terrestre. Toutefois, pendant longtemps la configuration de cette structure est restée incertaine. Une récente découverte basée sur des observations de l’observatoire solaire et héliosphérique SOHO montre que la couche gazeuse qui enveloppe la Terre s’étend en réalité jusqu’à 630’000 km, soit 50 fois le diamètre de notre planète.

« La Lune évolue dans l’atmosphère de la Terre » déclare Igor Baliukin de l’Institut de recherche spatiale de Russie. « Nous ne le savions pas avant de dépoussiérer les observations faites par le satellite SOHO il y a plus de deux décennies ».

Là où notre atmosphère se confond avec l’espace, il existe un nuage d’atomes d’hydrogène appelé géocouronne. SWAN, l’un des instruments d’observation de SOHO, a utilisé ses capteurs sensibles pour tracer la signature de l’hydrogène et détecter avec précision la distance jusqu’où s’étendent les limites de la géocouronne. Les résultats ont été publiés dans la revue Journal of Geophysical Research: Space Physics.

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Illustration montrant la géocouronne terrestre. Crédits : ESA

Pour les planètes contenant de l’hydrogène dans leurs exosphères, la vapeur d’eau apparaît souvent plus près de leur surface. C’est le cas pour la Terre, Mars et Vénus. « Cela est particulièrement intéressant lorsque l’on recherche des planètes avec des réservoirs d’eau potentiels au-delà de notre système solaire » explique Jean-Loup Bertaux, co-auteur de l’étude.

Le premier télescope sur la Lune, placé par les astronautes d’Apollo 16 en 1972, capturait une image évocatrice de la géocouronne entourant la Terre et brillant dans les UV. « A cette époque, les astronautes à la surface lunaire ne savaient pas qu’ils étaient encore réellement présents dans les limites de la géocouronne » indique Bertaux.

Nuage d’hydrogène et géocouronne

Le Soleil interagit avec les atomes d’hydrogène par le biais d’une longueur d’onde particulière de lumière ultraviolette appelée Lyman-alpha, que les atomes peuvent à la fois absorber et émettre. Ce type de lumière étant absorbé par l’atmosphère terrestre, il ne peut être observé que depuis l’espace.

Grâce à sa cellule d’absorption d’hydrogène, l’instrument SWAN pourrait mesurer sélectivement la lumière Lyman-alpha de la géocouronne, et rejeter les atomes d’hydrogène appartenant à l’espace interplanétaire. La nouvelle étude a révélé que la lumière du Soleil comprime les atomes d’hydrogène dans la géocouronne du côté terrestre, et produit également une région de densité accrue du côté nocturne.

La région la plus dense de l’hydrogène au niveau du jour est encore plutôt disparate, avec seulement 70 atomes par centimètre cube à 60’000 kilomètres de la surface de la Terre, et environ 0.2 atome à la distance de la Lune.

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Image ultraviolette de la géocouronne terrestre prise par la mission Apollo 16 en 1972, depuis la Lune. Crédits : ESA

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« Sur Terre, nous appelons cela le vide. Cette source supplémentaire d’hydrogène n’est donc pas assez importante pour faciliter l’exploration spatiale » ajoute Baliukin. La bonne nouvelle est que ces particules ne représentent aucune menace pour les voyageurs de l’espace lors de futures missions avec équipage en orbite autour de la Lune.

« Il y a aussi un rayonnement ultraviolet associé à la géocouronne, car les atomes d’hydrogène dispersent la lumière solaire dans toutes les directions, mais l’impact sur les astronautes en orbite lunaire serait négligeable par rapport à la principale source de rayonnement — le Soleil » précise Bertaux.

En revanche, la géocouronne terrestre pourrait gêner les futures observations astronomiques effectuées au voisinage de la Lune. « Les télescopes spatiaux observant le ciel dans les longueurs d’onde ultraviolettes pour étudier la composition chimique des étoiles et des galaxies devraient en tenir compte ».

Une meilleure compréhension de la géocouronne grâce aux archives de SOHO

Lancé en décembre 1995, l’observatoire spatial SOHO étudie le Soleil depuis plus de deux décennies, de son noyau profond à la couronne extérieure, en passant par le vent solaire. Le satellite est en orbite autour du premier point de Lagrange (L1), à environ 1.5 million de kilomètres de la Terre en direction du Soleil.

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Image de la géocouronne prise par SOHO. L’ellipse en pointillés indique l’extension de l’orbite lunaire. Crédits : ESA/NASA/SOHO/SWAN

Cet emplacement est un bon point de vue pour observer la géocouronne de l’extérieur. L’instrument SWAN de SOHO a imagé la Terre et son atmosphère étendue à trois reprises entre 1996 et 1998. L’équipe de recherche de Jean-Loup et d’Igor en Russie a décidé d’extraire cet ensemble de données des archives pour une analyse plus approfondie. Ces vues uniques sur la géocouronne jettent maintenant un nouvel éclairage sur l’atmosphère de la Terre.

« Les données archivées il y a de nombreuses années peuvent souvent être exploitées pour de nouvelles sciences. Cette découverte met en évidence la valeur des données collectées il y a plus de 20 ans et les performances exceptionnelles de SOHO » conclut Bernhard Fleck, scientifique du projet SOHO de l’ESA.

Source : Journal of Geophysical Research: Space Physics

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