Au cours des dernières décennies, les astronomes et les géophysiciens ont énormément bénéficié de l'étude des champs magnétiques planétaires. Dédié à la cartographie des modèles de magnétisme sur d'autres corps astronomiques, ce domaine s'est développé grâce à des missions allant de la Voyager sondes au plus récent Atmosphère martienne et évolution volatile (MAVEN) mission.
Pour l'avenir, il est clair que ce domaine d'étude jouera un rôle vital dans l'exploration du système solaire et au-delà. Comme Jared Espley du Goddard Space Flight Center de la NASA l'a souligné lors d'une présentation à la NASA Atelier sur les sciences planétaires Vision 2050 , ces objectifs comprennent l'avancement de l'exploration humaine du cosmos et la recherche de la vie extraterrestre.
Prenons le cas de la Terre et de sa « planète jumelle », Mars. La Terre a un champ magnétique dont la force varie de 25 à 65 microteslas (0,25 à 0,65 gauss), ce qui garantit que des conditions habitables peuvent exister à sa surface. Mars, en revanche, avait autrefois un champ magnétique, ce qui permettait l'existence d'une atmosphère plus épaisse et d'eau liquide à sa surface.
Vue d'artiste d'une tempête solaire frappant Mars et arrachant des ions à la haute atmosphère de la planète. Crédits : NASA/GSFC
Le processus par lequel cela s'est produit a été largement cartographié par des orbiteurs comme MAVEN et le Arpenteur mondial de Mars (MGS). Selon les données fournies par ces missions, les scientifiques savent maintenant qu'il y a environ 4,2 milliards d'années, le champ magnétique de Mars a disparu. Au cours des 500 millions d'années qui ont suivi, l'atmosphère de la planète s'est lentement arrachée, ce qui a fait de sa surface l'endroit froid et desséché que nous voyons aujourd'hui.
Pour cette raison, être capable de mesurer les champs magnétiques planétaires pourrait être une aubaine pour les astronomes et les chercheurs planétaires. Comme Jared Espley l'a dit à Universe Today par e-mail :
« Mesurer directement les champs magnétiques sur et à proximité des mondes du système solaire nous en dit long sur le fonctionnement de ces mondes. D'une manière générale, nous pouvons en apprendre davantage sur leur structure et leur composition intérieures et sur la façon dont les gaz chargés dans leurs atmosphères se déplacent et se comportent. Par exemple, nous pouvons sonder si des endroits comme Europe ont des océans souterrains, à quoi ressemble la structure intérieure de Jupiter et si Mars a perdu son atmosphère à cause de l'érosion éolienne solaire.
En tant qu'assistant de recherche à Goddard's Division de l'exploration du système solaire (SSED), Espley est bien versé dans l'étude de choses comme la magnétosphère induite par Mars, la physique du plasma spatial et le développement des mangetomètres. Et comme il l'a expliqué au cours de sa présentation à l'Atelier 2050, il y a plusieurs applications pour ce domaine d'études à l'avenir. Ils comprennent:
Vue d'artiste de l'intérieur de Mars. Crédit : NASA/JPL
Sondage souterrain :
Lorsqu'il s'agit d'explorer des planètes comme Mars, la magnétométrie est utile pour aider les scientifiques à déterminer sa structure et sa composition souterraines. À l'heure actuelle, des missions comme la Exploration intérieure à l'aide d'enquêtes sismiques, de géodésie et de transport de chaleur L'atterrisseur (InSight) - dont le lancement est prévu en 2018 - est destiné à fournir des informations sur sa sismologie, sa température et l'historique de sa formation.
En utilisant des réseaux de capteurs électromagnétiques tels que des magnétomètres, ces missions pourraient être augmentées en permettant des études plus approfondies de la structure intérieure d'une planète. De plus, ils pourraient être utilisés pour localiser des éléments tels que des aquifères, ce qui aiderait à la recherche de la vie martienne et à identifier les ressources nécessaires à l'exploration humaine, voire à la colonisation.
Des missions similaires pourraient être montées sur Vénus et Mercure, révélant ainsi comment toutes les planètes terrestres du système solaire ont été créées, ce qu'elles ont en commun et ce qui les distingue.
Levés géomagnétiques aériens :
En plaçant des magnétomètres sur des plates-formes aériennes telles que des planeurs ou des ballons, une caractérisation géophysique détaillée des surfaces planétaires pourrait être effectuée. Cela permettrait aux futures missions d'explorer l'histoire géophysique des planètes en ce qui concerne les événements qui ont modifié l'aimantation de la croûte - c'est-à-dire le volcanisme, la tectonique des plaques, les cratères d'impact, etc.
Concept d'artiste du quadcopter Titan Aerial Daughter (TAD) et de son ballon 'Mothership'. Crédit : NASA/STMD
De tels levés sont utilisés sur Terre de manière routinière pour caractériser les matériaux dans le sous-sol proche, ou pour l'exploration minérale. Mais sur d'autres planètes et lunes, ils pourraient aider à faire la lumière sur certains des mystères les plus profonds, notamment s'ils pourraient ou non soutenir la vie. C'est particulièrement le cas sur des lunes comme L'Europe , Ganymède , Encelade , et Titan .
Actuellement, des propositions sont en place pour le exploration aérienne de Titan . Il s'agit notamment de concepts tels que le Véhicule aérien pour la reconnaissance in-situ et aéroportée des Titans (AVIATR), le Fille aérienne Titan (TAD), et le ' Libellule '. Il y a aussi le Hélicoptère Mars « Scout » , un véhicule qui utiliserait deux pales coaxiales contrarotatives pour explorer l'atmosphère de Mars (et qui devrait être lancé dans le cadre du Mars 2020 mission).
Magnétosphères planétaires :
Les magnétomètres pourraient également être utilisés pour aider à résoudre certains mystères persistants dans l'étude des magnétosphères. Par exemple, les magnétosphères planétaires sont hautement dynamiques, et il peut être difficile de distinguer les phénomènes dépendant du temps ou dépendant de l'espace - c'est-à-dire la reconnexion magnétique, l'échappement des structures de plasma atmosphérique et les ondes de plasma.
En déployant plusieurs engins spatiaux de petits groupes de CubeSats équipés de magnétomètres (et de spectromètres à plasma), il serait possible de mieux comprendre le fonctionnement des magnétosphères planétaires. De telles missions ont été menées autour de la Terre pour mesurer le champ magnétique terrestre, dans le cadre d'études géologiques, et pour mesurer l'interaction entre le vent solaire et la magnétosphère terrestre.
Le champ magnétique et les courants électriques à l'intérieur et autour de la Terre génèrent des forces complexes qui ont un impact incommensurable sur la vie de tous les jours. Crédit : ESA/ATG medialab
De plus, des missions sur d'autres planètes ont été menées à l'aide de magnétomètres. Un magnétomètre fluxgate à trois axes faisait partie de la Mariner 2 et Marin 10 missions (qui ont exploré Vénus et Mercure) et les MESSAGER mission à Mercure. Un magnétomètre à double technique faisait également partie de la Cassini-Huygens mission d'explorer Saturne. Et les retours sur ces missions montrent à quel point les missions futures pourraient être d'égale valeur.
Géants de glace :
Neptune et Uranus sont connus pour avoir des magnétosphères puissantes et uniques, possédant des dipôles fortement inclinés par rapport à leurs axes de rotation. Cependant, peu d'efforts ont été déployés pour les étudier et déterminer pourquoi c'est le cas. À ce titre, une mission phare qui pourrait explorer et mesurer leurs champs à l'aide de magnétomètres serait d'une valeur scientifique majeure.
Mondes océaniques :
L'étude d'Europe, d'Encelade, de Titan et d'autres lunes sera probablement une entreprise majeure au cours des prochaines décennies. En fait, c'était un thème majeur à la Atelier sur les sciences planétaires Vision 2050 , qui comprenait des présentations de la Équipe de conception de mission Europa Lander et le Feuilles de route vers les mondes océaniques (ROW) équipe. Ces missions seront consacrées à trouver la vie extraterrestre dans notre système solaire et à en apprendre davantage sur sa formation.
Et comme Espley l'a indiqué, la magnétométrie pourrait jouer un rôle clé dans ces missions. Pour commencer, ils permettraient aux missions de mesurer la profondeur et l'emplacement des océans souterrains potentiellement habitables que ces lunes sont connus (ou soupçonnés) d'avoir. De plus, une telle mission à Ganymède pourrait aider à caractériser son champ magnétique, ce qui serait d'une immense valeur scientifique puisqu'il s'agit de la seule géante non gazeuse autre que la Terre connue à en posséder un.
Un montage de certains des «mondes océaniques» de notre système solaire. De haut en bas, de gauche à droite, il s'agit d'Europe, Encelade, TItan et Cérès. Crédit : NASA/JPL
Alors que de telles missions sont déjà envisagées pour Europa, Titan est également susceptible de devenir une destination de recherche dans les décennies à venir. D'autres « mondes océaniques » - comme Triton , Pluton, Cérès et Dioné – sont susceptibles de suivre avant longtemps également. Et comme l'a expliqué Espley, les avantages pour l'exploration vont bien au-delà du système solaire :
« Les magnétomètres que nous utilisons pour mesurer les champs magnétiques dans l'espace sont relativement robustes, bon marché et fiables, surtout compte tenu de la grande variété de questions scientifiques que nous pouvons traiter avec eux. Toute mission du système solaire pouvant accueillir un magnétomètre devrait en inclure un. La plupart des recherches sur les exoplanètes se concentrent actuellement sur l'observation à distance de ces mondes lointains alors que la plupart de la magnétométrie du système solaire se concentre sur les mesures dans l'environnement local. Néanmoins, alors que nous comprenons mieux comment fonctionnent les planètes de notre système solaire, cela est d'une importance vitale pour interpréter ce que nous voyons dans d'autres systèmes solaires.
Être capable d'étudier directement les champs magnétiques d'autres planètes est certainement loin. Mais bien avant que nous puissions monter des missions vers d'autres systèmes et les examiner de près, l'étude des champs magnétiques planétaires pourrait nous aider à déterminer laquelle des nombreuses exoplanètes que nous avons découvertes ces dernières années pourrait être habitable. Si rien d'autre, cela pourrait réduire le temps que nous passons à faire des enquêtes de suivi (comme la recherche de signaux radio ).
Lectures complémentaires : USRA