On fait souvent remonter la naissance de l'astrophysique, qui se distingue de l'astronomie fondée uniquement sur des mesures d'angles et de temps sur la voûte céleste, à la découverte des principes de la spectroscopie par Kirchhoff et Bunsen vers 1860, découverte livrant les secrets de la composition chimique des astres, mais aussi de leurs conditions physiques (champs magnétiques, températures, etc.).

Mais, en fait, elle prend naissance presque 50 ans plus tôt avec les travaux sur la polarisation du Français François Arago qui vont lui permettre pour la première fois d'avoir des renseignements sur la physique des corps célestes.

Le 5 février 1974, la mission Mariner 10 de la Nasa a pris cette première photo en gros plan de Vénus. Réalisée à l'aide d'un filtre ultraviolet intégré au système d'imagerie, l'image a été rehaussée en couleur pour faire ressortir l'atmosphère nuageuse de Vénus telle que l'œil humain la percevrait. Vénus est en permanence enveloppée d'une épaisse couche de nuages ​​riches en dioxyde de carbone. Lancée le 3 novembre 1973 par une fusée Atlas-Centaur, la sonde Mariner 10 a survolé Vénus en 1974. © Nasa

Dès le début des années 1810, il détermine ainsi, en étudiant la polarisation de la lumière du Soleil, que sa surface ne peut être celle d'un solide ou d'un liquide chauffé, mais qu'elle est forcément à l'état gazeux, ce qui relève bien de la physique et pas de l'astronomie. Il fera également des observations concernant la lumière de la Lune.

L'étude de la polarisation des ondes lumineuses va ensuite se poursuivre. On peut l'utiliser pour obtenir des renseignements sur les minéraux des roches et sur la structure des molécules.

On s'en sert également depuis longtemps pour étudier les surfaces planétaires, comme on peut s'en rendre compte en lisant l’article consacré à ce sujet par l'astrophysicien Audouin Dollfus, découvreur de Janus, qui avait déterminé de cette manière - et le premier - que la surface de Mars devait contenir un oxyde de fer.

La lumière peut être polarisée. Qu'est-ce que cela signifie ? Dans cette vidéo, j'utilise la représentation ondulatoire de la lumière pour expliquer ce qui polarise un rayon lumineux. Je propose ensuite une description de la lumière non polarisée. J'explique ensuite comment la lumière non polarisée peut être polarisée à l'aide d'un polariseur. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Édouard André Reny, PhD en chimie de l'état solide (Science des matériaux), et professeur de sciences physiques

Vénus en lumière polarisée linéairement

Or, justement, des astrophysiciens néerlandais viennent de faire savoir via un article publié dans The Planetary Science Journal et dont une version existe en accès libre sur arXiv qu'ils avaient fait une découverte inattendue avec l'atmosphère de la planète Vénus en utilisant la polarisation de la lumière émise par cette atmosphère.

Ils ont eu l'idée de partir à la recherche d'informations concernant la polarisation de cette lumière dans des archives de données collectées en 2010 par le télescope William Herschel, aux îles Canaries, au cours d'une campagne d'observations.

À l'origine, il s'agissait d'observer des étoiles lointaines et des disques de poussière entourant de jeunes étoiles avec Extreme Polarimeter (ExPo), un instrument spécialisé dans l'imagerie de la lumière polarisée linéairement, tout en éliminant la lumière non polarisée à un niveau élevé (voir les explications dans la vidéo ci-dessus). Mais les chercheurs de l'époque avaient consacré 36 minutes du temps d'observation alloué au télescope à l'étude de Vénus.

C'est en retraitant les données collectées à ce moment-là que les astrophysiciens ont eu une surprise, une série de faibles anneaux concentriques s'étendant à l'échelle de la planète dans sa haute atmosphère. Ces anneaux étaient totalement invisibles sur les images classiques, mais apparaissaient clairement dans les images formées avec la lumière polarisée.

Vénus observée en flux total F (à gauche) et en flux polarisé U (à droite) à travers le filtre du continuum Hα (voir Tableau 1). En raison de l'orientation de Vénus, le plan de diffusion planétaire forme un angle d'environ 45° avec le plan optique d'ExPo (les deux directions orthogonales, selon lesquelles ExPo a mesuré U, sont indiquées sous l'image). La résolution spatiale est d'environ 775 kilomètres au point sub-observateur sur le disque de Vénus.  © The Planetary Science Journal

Des ondes de gravité ?

Il restait à interpréter ces données en construisant des modèles informatiques du transfert radiatif de la lumière solaire dans la couche gazeuse située au-dessus des nuages ​​de Vénus. Ce transfert est affecté par la structure de cette couche, c'est-à-dire les valeurs variables des densités, pressions et températures qui y règnent - le type de modélisation que les météorologistes font aussi pour étudier l'atmosphère de la Terre.

Les modèles numériques ont non seulement permis de reproduire les observations, mais aussi de les interpréter. Pour les planétologues, les anneaux concentriques sont probablement en rapport avec des ondes dans l'atmosphère de Vénus, plus précisément ce que l'on appelle des ondes de gravité (à ne pas confondre avec les ondes gravitationnelles du tissu de l'espace-temps courbe variable), des ondes que l'on retrouve aussi bien dans l'atmosphère de la Terre que dans le plasma du Soleil.

Mais des travaux ultérieurs sont encore nécessaires pour aboutir à une conclusion ferme.