Pour la première fois, l’effet Zwan-Wolf a été observé sur une autre planète, à 200 km de profondeur dans l’atmosphère martienne

Une dynamique atmosphérique inédite autour de Mars

Pour la toute première fois sur un monde autre que la Terre, un phénomène physique particulièrement rare vient d’être identifié. Bien qu’il ne s’agisse pas d’un bouclier protecteur aussi puissant que celui de notre propre planète, le faible champ magnétique martien induit au-dessus de la face éclairée de l’astre s’est révélé suffisamment fort pour remodeler le mouvement des particules chargées provenant du Soleil.

Cette interaction se produit à une profondeur inattendue, à environ 200 kilomètres à l’intérieur de l’atmosphère martienne. Le comportement du plasma solaire face à cette barrière atmosphérique a été comparé à la façon dont du dentifrice est expulsé de son tube sous l’effet de la pression. Les particules sont littéralement pressées et déviées, prouvant que même sans une magnétosphère globale, Mars conserve la capacité d’influencer directement son environnement spatial immédiat.

Les origines théoriques d’un phénomène vieux de cinquante ans

Il y a cinquante ans, deux physiciens nommés B.J. Zwan et R.A. Wolf ont élaboré un modèle mathématique novateur. Leurs travaux décrivaient la manière dont le plasma issu du vent solaire devait être compressé le long des lignes de champ magnétique situées entre la surface d’une planète et l’onde de choc créée par son déplacement à travers ce même vent. À l’époque, bien qu’il n’existât aucune contrainte solide pour appuyer leur théorie, les deux chercheurs avaient évoqué des « tubes de flux magnétique » à l’intérieur desquels le plasma serait pressé.

Zwan et Wolf avaient ainsi prédit l’existence d’une couche d’épuisement contenant très peu de plasma juste à l’extérieur de la magnétosphère d’une planète. Il a été démontré depuis que cette couche implique environ la moitié de la densité du plasma environnant dans le cas de la Terre. Le phénomène a logiquement été baptisé l’effet Zwan-Wolf, en l’honneur de ses théoriciens.

Si ce mécanisme a été observé par la suite en train de protéger la Terre, en se manifestant à des dizaines de milliers de kilomètres au-dessus de notre planète en raison de l’immensité de la magnétosphère terrestre, il n’avait jamais été observé nulle part ailleurs avant ces trois dernières années.

La tempête solaire de 2023 et les données révélatrices

Contrairement à la Terre, Mars ne possède aucun champ magnétique à l’échelle de la planète, bien qu’il soit probable qu’elle en ait eu un par le passé. Néanmoins, la planète rouge présente un magnétisme localisé. De plus, l’ionosphère martienne, formée tout comme la nôtre par le rayonnement solaire qui arrache les électrons des atomes, interagit avec le vent solaire pour créer un champ magnétique induit. La magnétosphère martienne résultant directement de ces interactions avec le vent solaire, plutôt que du comportement de son noyau interne, elle est très variable et dépend fortement de l’activité solaire.

Lorsqu’une vaste tempête solaire a frappé Mars en décembre 2023, Christopher Fowler, professeur adjoint de recherche à l’Université de Virginie-Occidentale à Morgantown, étudiait les observations réalisées par la sonde MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) de la NASA. C’est en analysant ces données qu’il a remarqué une anomalie inhabituelle.

« Lors de l’examen des données, j’ai tout à coup remarqué des ondulations très intéressantes », a déclaré le chercheur dans un communiqué officiel. « Je n’aurais jamais deviné qu’il s’agirait de cet effet, puisqu’il n’a jamais été observé dans une atmosphère planétaire auparavant. »

Une orbite elliptique au cœur du plasma compressé

Christopher Fowler et ses collègues n’ont pas pu identifier immédiatement la cause de ce qu’ils observaient. Ils ont alors comparé les mesures prises pendant la tempête avec celles d’autres périodes, révélant d’autres surprises, telles que des températures ioniques d’une élévation inattendue. Après avoir écarté plusieurs explications possibles, l’équipe a conclu que l’effet Zwan-Wolf expliquait l’intégralité des mesures de MAVEN, mais à un emplacement totalement différent de ce qui était anticipé.

L’orbite de la sonde MAVEN est particulièrement elliptique, variant de 180 kilomètres (112 miles) au-dessus de la surface martienne jusqu’à 4 500 kilomètres (2 800 miles) d’altitude. Lors de son passage au-dessus de la face éclairée de Mars, le vaisseau a traversé le plasma compressé à l’endroit même le plus bas de son orbite. Ces relevés démontrent que l’effet se prolonge jusqu’aux confins extérieurs de la fine atmosphère martienne.

« Personne ne s’attendait à ce que cet effet puisse même se produire dans l’atmosphère », a précisé Christopher Fowler. « C’est ce qui rend cela encore plus passionnant. Cela introduit une physique intéressante que nous n’avons pas encore explorée et une nouvelle façon dont le Soleil et la météorologie spatiale peuvent modifier la dynamique dans l’atmosphère martienne. » Les auteurs de l’étude estiment que bien que MAVEN n’ait détecté les signes de l’effet Zwan-Wolf que lorsque la tempête a frappé Mars, le phénomène se produit de manière constante, mais à des niveaux trop faibles pour la sensibilité des instruments de la sonde.

Les enjeux majeurs pour les futures missions spatiales

Le système solaire ne compte qu’un seul corps rocheux doté d’un champ magnétique planétaire, mais en possède quatre pourvus d’une atmosphère. La confirmation d’un effet Zwan-Wolf martien indique qu’un phénomène similaire devrait être recherché autour de Vénus et de Titan. Cette découverte s’avère particulièrement pertinente pour comprendre les réactions de Mars face aux tempêtes solaires majeures, une donnée cruciale pour l’établissement de futures colonies humaines.

« Savoir comment la météorologie spatiale interagit avec Mars est essentiel », a souligné Shannon Curry, chercheuse principale du projet MAVEN et chercheuse au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l’Université du Colorado à Boulder. Bien que les signaux de la sonde aient été perdus en décembre 2025 et que la NASA ignore si l’appareil est toujours opérationnel, le traitement et l’interprétation des données collectées se poursuivent activement.

« L’équipe MAVEN continue de faire de nouvelles découvertes avec nos ensembles de données et de trouver ces liens entre notre étoile hôte et la planète rouge », a ajouté Shannon Curry. Les résultats complets de cette étude approfondie sont publiés dans la revue scientifique Nature Communications.

Selon la source : iflscience.com