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Mercure, le messager des dieux

Le champ magnétique (II)

Les sondes spatiales Mariner 10 et Messenger ont mis en évidence un champ magnétique hémisphérique autour de Mercure. Il atteint localement 0.01 gauss soit moins de 1/60e du champ magnétique terrestre et il est plus faible que par le passé. Le champ magnétique de Mercure présente également une forte asymétrie par rapport à l'équateur avec un champ environ 3 fois plus fort dans l'hémisphère Nord que dans l'hémisphère Sud avec la présences de plusieures zones d'anomalies où le champ est très fort. Enfin, si on ajoute sa rotation excessivement lente et son noyau imposant, ce sont autant de caractéristiques voire d'anomalies qu'on ne retrouvent pas dans les autres planètes.

Mercure étant une planète tellurique, on supposait que son champ magnétique était généré de la même manière que le champ géomagnétique, c'est-à-dire par la rotation du noyau externe fluide. Mais bien que Mercure ait un noyau également constitué de fer et un manteau de magma fluide et conducteur, son champ magnétique n'est pas généré de la même manière et cela a conduit les chercheurs a étudié en détail la structure interne de Mercure.

En utilisant deux techniques différentes (technique des librations longitudinales pour Lauren Gold et des échos radars pour Dave Finley), les chercheurs ont découvert en 2007 que le noyau de Mercure est encore partiellement en fusion. En complément, pour expliquer les anomalies magnétiques, en 2010 le géophysicien R.Vilim de l'Université de Toronto et ses collègues ont montré que le fer du noyau externe tombe par endroit sur le noyau comme de la neige tombe à travers un fluide. Cette hypothèse fut confirmée en 2014 par Christopher Russell de l'UCLA College. De plus, dans la même étude Russell et ses collègues experts des champs magnétiques ont montré que l'asymétrie du champ magnétique peut s'expliquer par un mécanisme de dynamo convective qui peut être testé au cours de futures missions spatiales.

A gauche, l'aspect du Soleil vu de Mercure imaginé par Joe Bergeron. A droite, la sonde spatiale Messenger en orbite autour de Mercure. Document T.Lombry.

Plusieurs modèles peuvent expliquer le processus qui génère ce champ magnétique dont les caractéristiques dépendent de nombreux facteurs parmi lesquels le taux de rotation de Mercure, la chimie du magma et la complexité des mouvements internes. Comme sur Terre, c'est la présence d'éléments légers comme le soufre mélangé au fer qui empêche le noyau interne de se solidifer. Ce mécanisme explique aussi la forme asymétrique de son champ magnétique.

Enfin, le noyau de Mercure étant encore partiellement chaud et fluide, il engendre des mouvements dans la matière permettant la création d'un champ de force. Mais celui-ci n'est pas assez intense que pour piéger les particules solaires. cCes différents indices ainsi que les simulations indiquent que Mercure disposerait d'un champ magnétique depuis plusieurs milliards d'années.

En résumé, toutes les planètes diffèrent les unes des autres jusqu'à la structure interne de leur noyau, une découverte qui oblige dorénavant les planétologues à abandonner leurs préjugés sur la nature des planètes (ou des exoplanètes).

Prochaines missions spatiales

Plus de 30 ans après la mission Mariner 10, la sonde américaine Messenger présentée ci-dessus fut lancée le 3 août 2004 à destination de Mercure. Pour atteindre plus rapidement la planète, elle bénéficia de l'assistance gravitationnelle de la Terre, de Vénus et de Mercure. Messenger fut en orbite autour de Mercure entre 2011 et 2015 (mais prit déjà des photos en 2008) pour finir par s'écraser à la surface de Mercure le 30 mars 2015 après avoir transmis sa dernière image (cf. aussi le site de la NASA) sur laquelle la résolution atteint 2.1 m/pixel (l'image fait approx. 1 km de côté).

La seule mission en cours vers Mercure est la mission BepiColombo de l'ESA et de la JAXA qui devrait être lancée en 2018 (avec deux ans de retard) et dont la sonde devrait être placée en orbite d'insertion (orbite stable autour de l'astre) en 2025. BepiColombo est équipée de deux véhicules, une sonde orbitale et un lander dont la mission devrait durer au moins 1 an.

Les transits

Lors des conjonctions inférieures, c'est-à-dire au moment où Mercure et Vénus sont très près du point le plus proche de l'orbite de la Terre, par un effet combiné des mouvements de la Terre et du Soleil, les deux planètes inférieures peuvent de traverser occasionnellement le disque du Soleil.

Simulation : Shadow and Substance, Larry Koehn

Simulations des trajectoires des planètes, des éclipses et des transits

De gauche à droite, le transit de Mercure du 9 mai 1970 photographié par Akira Fujii avec une lunette de 80 mm f/15 munie d'un oculaire Huygens de 40 mm. Pose de 1/1000 s sur film Fuji minicopy 32 ISO sous filtre R+ND8; deux photographies du transit du 7 mai 2003 réalisées par Johannes Schedler au moyen d'une lunette aprochromatique de 100 mm f/9 ED équipée d'une webcam Philips ToUCam; enfin une photographie du transit du 9 mai 2016 à 13h38 TU réalisée par l'auteur avec un Nikon D7000 fixé sur un Celestron NexStar 5 SE de 125 mm f/10 équipé d'un oculaire TV Panoptic de 19 mm (66x) et muni d'un filtre objectif Baader Polysolar ND5. Exposition de 1/320 s à 100 ISO (image non traitée). Voici une autre image prise par l'auteur à 13h07 TU en mode afocal derrière des jumelles 10x50. Documents Akira Fujii, Johannes Schedler et T.Lombry.

Les transits sont des phénomènes très rares car ils ne se produisent pas à chaque révolution. Il faut tenir compte de l'inclinaison des orbites de Mercure et de Vénus qui doivent tous deux se trouver dans un plan proche de celui de la Terre. Un transit ne peut en outre se produire que lorsque la planète est proche des points nodaux de son orbite, point d'intersection de l'orbite sur le plan de l'écliptique. En dehors de ces époques, les planètes inférieures passeront au-dessus ou en-dessous du disque solaire.

En raison du tapage médiatique que l'on fait en général quelques jours avant cet évènement, le grand public s'attend à observer un immense objet sombre traverser le disque du Soleil. Mais compte tenu des distances et des tailles respectives du Soleil et de Mercure la déception est souvent au rendez-vous. En effet, avec ses 10 à 12" de diamètre, Mercure est presque 6 fois plus petite que Vénus qui n'est déjà pas très grande avec ses 57.7" de diamètre lors du transit de 2004. Etant donné sa taille apparente minuscule, Mercure est trop petite pour être visible à l'oeil nu devant le disque du Soleil et exige au minimum une paire de jumelles 7x50, une petite lunette astronomique de 60 mm ou un APN équipé d'un téléojectif de plus de 100 mm toujours protégé par un filtre solaire objectif (une feuille de Mylar suffit). Comme on le  voit-dessous, Mercure ressemble à une tête d'épingle se déplaçant très lentement devant le Soleil. Le spectacle dure plusieurs heures (plus de 7 heures en 2016). Pour un astronome le phénomène est réellement spectaculaire même si on n'apprend plus grand chose sur le plan de la mécanique céleste.

A voir : Transit de Mercure le 9 mai 2016

Lunette Skywatcher Esprit 100 Super APO, filtre Daystar Quark, CCD ZWO ASI174-MM

Les transits de Mercure

De gauche à droite, le transit de Mercure du 7 mai 2003 observé depuis le satellite SOHO/MDI et depuis le télescope solaire suédois SST de 1m d'ouverture. Documents de 725 KB et 646 KB. Cliquer ici pour charger le film réalisé par le satellite TRACE à 160 nm de longueur d'onde montrant le transit du 15 novembre 1999. A droite du centre, le transit du 20 octobre 2006 enregistré par le satellite Inode. A droite, le transit du 9 mai 2016 enregistré par SOHO à 171 nm. Fichier MP4 de 9 MB.

Quand on observe un transit au télescope, à fort grossissement (au moins 2.5 fois le diamètre de l'instrument exprimé en mm) on peut observer de curieux phénomènes optiques provoqués par la diffraction. Mercure et Vénus peuvent accuser une physionomie toute différente, prenant l'aspect de gouttes noires au moment du contact avec le limbe solaire, laissant entrevoir un arc lumineux sur leur pourtour, des taches brillantes sur leur disque ou des reliefs changeants. Le point de contact sur le Soleil peut aussi présenter des zones ou des irisations sombres.

En fait la diffraction est une aberration, une altération de l'image qui transforme surtout les astres de faible diamètre angulaire, proche du pouvoir séparateur pratique des instruments. Aussi, plus le télescope est de grande ouverture, plus on recule l'apparition de ces phénomènes. On reviendra sur ce phénomène à propos des transits de Vénus.

Les transits de Mercure se produisent toujours en mai ou en novembre et se produisent à intervalles réguliers de 7, 13 ou 33 ans. Lors du transit du 9 mai 2016, Mercure se trouvait près de l’aphélie et présentait un diamètre angulaire de 12.08". Au cours du transit de novembre 2019 Mercure se trouvera près du périhélie et présentera un diamètre angulaire de 10".

Si vous avez raté le transit de 2016, ne désespérez pas. Les prochains transits de Mercure auront lieu le 11 novembre 2019, 12 novembre 2032, 7 novembre 2039 et le 7 mai 2049. La NASA a compilé un catalogue de tous les transits de Mercure.

Une planète intramercurienne ?

Qu'en est-il de l'hypothétique planète Vulcain qui graviterait entre Mercure et le Soleil ? Le 28 mars 1859, le médecin français Lescarbault observa la surface du Soleil et découvrit une petite tache noire bien délimitée qui ne se confondait pas avec les pores ou les taches solaires. Son diamètre était de 3". En 78 minutes, le petit point noir traversa le disque solaire.

En l'espace d'un siècle près de 25 observateurs relatèrent le passage d'un petit corps devant le Soleil. En 1861, Urbain Le Verrier, passionné de mécanique céleste, décida d'analyser les documents du Dr Lescarbault et ceux dont il disposait pour déterminer avec précision les paramètres orbitaux et la taille de ce nouveau corps. Après avoir déduit sa position de la loi empirique de Titius-Bode, Le Verrier calcula que le diamètre de cet astre était d'environ 2000 km. Seul contrepoint, la densité de l'objet était trop faible pour expliquer les perturbations de l'orbite de Mercure. Mais après avoir prédit avec succès la position de Neptune, Le Verrier croyait pouvoir renouveler sa prouesse avec celle qu'il dénommait déjà la planète "Vulcain".

Dans l'encadré, simulation du passage d'un astéroïde de la taille de Vulcain devant le Soleil. Avec ses 2000 km de diamètre (3") il n'est pas plus grand qu'un pore perdu dans la granulation. Mercure est trois fois plus grand. Illustration de l'auteur basée sur une photographie de Richard Navarrete.

C'est ainsi qu'il prédit que Vulcain passerait de nouveau devant le disque du Soleil le 22 mars 1877. Mais le jour venu rien ne se produisit, pas le moindre corps ne traversa le limbe solaire. Qu'à cela ne tienne se dit Le Verrier, peut-être dénicherait-on Vulcain dans la couronne solaire pendant les prochaines éclipses totales. Jusqu'en 1909 les astronomes ont donc photographié toutes les éclipses solaires mais aucune planète ne se profila devant la couronne.

Quelques années plus tard Einstein stipula dans sa théorie de la Relativité générale que les formules relativistes précisaient l'avance du périhélie de Mercure avec une précision telle que toute perturbation par un autre corps s'avérait inutile pour expliquer son comportement. Pourtant les anciennes observations révélaient un évènement incontournable.

Au début du XXe siècle, Henri Poincaré s'était demandé si des poussières cosmiques ou quoi que ce soit d'autre ne pouvait pas expliquer ce phénomène ? N'y avait-il pas un anneau de poussières dans l'orbite de Mercure ? Malgré la confirmation par l'observation des formules d'Einstein et peut-être pour taire définitivement les plus sceptiques, l'équipage de Skylab tenta de déceler cette hypothétique planète ou ses débris entre 1973 et 1974, mais en vain. On peut donc considérer qu'il n'existe pas de planète intramercurienne au grand dam de certains mathématiciens. Et quand bien même les observations du Dr Lescarbault étaient exactes, certains astrophysiciens s'accordent pour y reconnaître le passage de quelque astéroïde... bien imprudent.

Pour plus d'informations

Mercury missions, The Panetary Society

BepiColombo, ESA

Mission Messenger (JHUAPL)

Mission Messenger (NASA)

Jet Propulsion Laboratory (JPL)

Seven Century Catalog of Mercury Transits (années 1601 à 2300)

Transit de Mercure du 9 mai 2016 : NASA - SIDC - Spaceweather Gallery

Transit de Mercure du 8 novembre 2006 en rayons X, NASA

Planetary transits across the Sun, NASA-GSFC

Shadow and Substance (simulations), Larry Koehn

ESA.

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