La matière noire et l’énergie noire sont des énigmes de la cosmologie, et aussi de l’infiniment petit avec la physique des particules élémentaires. Il en existe d’autres pour les astrophysiciens à une échelle intermédiaire, celle du Système solaire. Ainsi, ils n’arrivent pas à expliquer l’existence d’un mystérieux anneau de poussière associé à l’orbite de la planète Mercure.
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Connaissez-vous la lumière zodiacale ? Elle devient de plus en plus difficile à observer avec la pollution lumineusepollution lumineuse mais pour ceux qui ont eu la chance de voyager sous le ciel pur du désertdésert de l'Atacama, il s'agit clairement d'une faible lueur de forme vaguement triangulaire visible sur le ciel nocturnenocturne et qui s'étend le long de l'axe du Soleil sur le plan de l'écliptique, et donc du zodiaque. On l'observe plus facilement après le coucher du Soleil au printemps ou avant son lever à l'automneautomne, donc à l'aube.
Comme Futura l'expliquait dans un précédent article, les premières traces de son étude scientifique remontent au XVIIe siècle avec Giovanni Domenico Cassini et Nicolas Fatio de Duillier (voir à son sujet le livre de Jean-Pierre Luminet) qui avaient déjà avancé qu'il s'agissait de la lumière solaire réfléchie par des particules de poussières dans le plan de l'écliptique. Une première confirmation de cette hypothèse viendra bien plus tard au cours de la seconde moitié du XXe siècle avec les observations in situ des instruments des sondes Pioneer 10, Helios 1 et Helios 2 au cours des années 1970.
L'origine exacte de ces poussières interplanétaires a fait l'objet d'un long débat mais, aujourd'hui, on s'accorde à dire qu'elles ne proviennent pas des chocs entre les astéroïdesastéroïdes de la Ceinture principale mais bien des queues de comètesqueues de comètes de la famille de JupiterJupiter encore appelée famille des comètes joviennes (en anglais JFC pour Jupiter Family Comets). Il s'agit de comètes de courte période, entre un peu moins de cinq ans et un peu plus de vingt ans, la plupart d'entre elles possédant une période de révolutionpériode de révolution de 5,93 à 11,86 ans, c'est-à-dire une valeur comprise entre la période de révolution de la planète Jupiter et la moitié de celle-ci.
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On a découvert aussi qu'il existait des distributions de poussières sous forme d'anneaux dans le Système solaireSystème solaire interne, accompagnant sur leurs orbitesorbites la Terre et VénusVénus.
Il y a quelques années deux physiciensphysiciens solaires états-uniens, Guillermo Stenborg et Russell Howard, ont même découvert un anneau de poussière associé à l'orbite de MercureMercure en cherchant à mieux modéliser la lumière zodiacale. Cette lumière pollue les observations du rayonnement direct de la surface de notre étoileétoile et de sa couronne faites par des satellites comme Parker Solar Probe.
Or pour faire de la météorologiemétéorologie solaire, la modélisationmodélisation des émissionsémissions de la poussière zodiacale pour les soustraire du rayonnement total et remonter à celui directement en relation avec les colères du Soleil est une nécessité. Cela avait donc conduit à la surprise de la découverte de l'anneau de Mercure exposée dans un article publié dans The Astrophysical Journal.
La perplexité des planétologues et autres spécialistes du Système solaire n'a fait que grandir depuis 2018 au sujet de ces anneaux qui ne devraient tout simplement pas exister selon eux. Un article dans Planetary Science Journal fait cependant un point sur cette énigme aujourd'hui.
Pour mieux comprendre de quoi il s'agit, reprenons quelques explications au sujet de la poussière dans le Système solaire interne.
Des anneaux constamment alimentés
Cette poussière dérive constamment en direction du Soleil et il faut donc des sources pour la maintenir présente dans les anneaux des planètes internes (qui sont nettement moins denses que ceux de SaturneSaturne ou NeptuneNeptune et bien plus difficiles à observer) ou pour rendre compte de la lumière zodiacale.
Comme on l'a dit, ces sources sont des collisions entre astéroïdes dans la Ceinture principale ainsi que les comètes.
En dérivant vers le Soleil, la poussière subit les forces gravitationnellesforces gravitationnelles de Vénus et de la Terre et les mécaniciens célestes ont pu montrer que ces forces manifestaient ce que l'on appelle des résonancesrésonances gravitationnelles comme celles qui se produisent quand il existe des relations qui s'expriment par des fractions entre les périodes orbitalesorbitales de corps célestes.
Au final, ces résonances peuvent conduire la matièrematière à être confinée, au moins temporairement, dans des anneaux ou des arcs sur des orbites autour du Soleil.
Seulement voilà, les calculs montrent aussi que Mercure ne peut pas confiner la poussière tombant vers le Soleil comme le font la Terre et Vénus. Surtout, à cette proximité du Soleil, des phénomènes tels que les vents solairesvents solaires, la lumière solaire et des champs magnétiqueschamps magnétiques puissants devraient, littéralement souffler la poussière, Mercure n'étant pas assez massive pour contrecarrer ces effets avec son champ de gravitation.
Des éjectas de cratère d'impact sur Mercure ?
On pouvait toutefois envisager un impact récent sur la surface de Mercure, impact de suffisamment grande envergure pour propulser une importante quantité de matière sur l'orbite de Mercure. On pouvait même estimer la temporalité de cet impact, il y a moins de 20 millions d'années car dans le cas contraire, les forces dont on a parlé auraient déjà dissipé l'anneau.
De fait, les analyses des images de la surface de Mercure disponibles depuis la mission MessengerMessenger de la NasaNasa ont permis de repérer des grands cratères d'environ 40 kilomètres de diamètre qui ont dû se former il y a peu, peut-être il y a moins de 50 millions d'années, mais rien n'est certain à ce sujet.
Surtout, la quantité de matière éjectée qui pourrait se retrouver sous forme d'anneaux de poussière transitoires aurait de toute façon été trop peu importante pour rendre compte de celui observé.
Peut-être faut-il faire intervenir aussi une série de plus petits impacts mais, au final, tout cela reste improbable et ne repose sur aucune estimation quantitative plausible ou suffisante.
Le mystère reste donc entier mais on en saura peut-être plus dans les années suivant 2025, lorsque la sonde BepiColombo - développée par l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne (ESA) conjointement avec l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (Jaxa) - arrivera en orbite autour de Mercure.
