Une pluie d'électrons provoque les aurores X de Mercure.

Les aurores de Mercure sont parfaitement caractéristiques. Alors que la Terre tempérée bénéficie de spectacles célestes lumineux sur ses pôles, la Mercure infernale reçoit des rubans invisibles de rayonnement X qui adhèrent à sa surface embrasée par le soleil.

Mais aussi étranges puissent-elles paraître, les aurores de rayonnement X de Mercure ont beaucoup en commun avec les lumières polaires de la Terre, ainsi qu'avec les aurores dans tout le système solaire.

Les scientifiques ont maintenant montré directement que les fluctuations du champ magnétique de Mercure peuvent projeter des électrons vers la planète, où ils finissent par tomber et provoquer des aurores de lumière X. Ce processus, appelé précipitation électronique, semble maintenant être pratiquement universel dans le système solaire: il cause des aurores sur chaque planète possédant un champ magnétique global, à l'exception de Neptune, rapportent les chercheurs le 18 juillet dans Nature Communications. Même Mars, qui possède seulement des champs magnétiques localisés, a des aurores causées par la pluie d'électrons (SN: 19/03/15).

Pour Mercure, "c'est vraiment la première fois que l'on détecte directement ces électrons", déclare le physicien des plasmas spatiaux Sae Aizawa de l'Université de Pise en Italie.

La précipitation électronique se produit généralement en raison des interactions entre les champs magnétiques des planètes et le vent solaire - un flux de particules chargées expulsées de l'atmosphère supérieure du soleil.

Secoué par le vent solaire, le côté de la planète face au soleil de son champ magnétique est comprimé tandis que le côté nocturne est balayé dans une longue "queue magnétique" qui s'étend derrière la planète. Finalement, la queue magnétique s'étire tellement que ses lignes de champ magnétique auparavant principalement parallèles se brisent et se reconnectent, envoyant certaines lignes de champ magnétique s'envoler derrière la planète et d'autres revenir vers elle.

"Les lignes de champ magnétique se cassent et se forment de nouvelles lignes", explique le physicien de l'espace Ryan Dewey de l'Université du Michigan à Ann Arbor, qui n'a pas participé à l'étude. "Et dans ce processus, beaucoup d'énergie est libérée."

Toute cette énergie envoie des paquets d'électrons volant vers la planète, spirales dans des trajectoires en forme de tire-bouchon le long des lignes de champ magnétique. Lorsque ces électrons heurtent la planète ou son atmosphère, ils libèrent de l'énergie sous forme de lumière.

La longueur d'onde de la lumière dépend de ce que rencontrent les électrons en tombant. Les aurores terrestres brillent dans des longueurs d'onde visibles car les électrons entrants excitent des molécules de gaz non chargées dans l'atmosphère comme l'oxygène et l'azote, qui libèrent de la lumière visible lorsqu'elles reviennent à leur état normal. Les aurores de Mercure brillent dans des longueurs d'onde de rayons X car les électrons ralentissent lorsqu'ils heurtent la surface rocheuse de la planète. L'énergie perdue est libérée sous forme de rayons X.

Les chercheurs ont d'abord repéré les aurores de rayons X de Mercure dans les données transmises par la sonde MESSENGER, qui a orbité Mercure de 2011 à 2015 (SN: 30/04/15). Mais alors que les scientifiques ont pensé que des électrons devaient tomber sur Mercure pour provoquer son éclat de rayons X, MESSENGER n'avait pas les bons instruments pour mesurer les particules précipitantes.

La sonde BepiColombo de l'Agence spatiale européenne le fait. En analysant les données du premier survol de Mercure par la sonde en 2021, Aizawa et ses collègues ont repéré des signes caractéristiques du processus.

Un indice était que lorsque BepiColombo traversait la magnétosphère de Mercure, il observait des poussées d'électrons rapides et à grande vitesse, suivies de plusieurs vagues successives d'électrons de plus en plus lents et de plus basse énergie. "C'est exactement ce que nous décririons comme une signature de précipitation", déclare Aizawa, qui a effectué le travail à l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie de Toulouse, en France.

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Pour Dewey, cette nouvelle découverte est un aperçu alléchant des découvertes qui attendent d'être faites à Mercure une fois que BepiColombo y entrera en orbite en 2025. D'ici là, cela fera une décennie que les scientifiques auront eu une sonde en orbite continue autour de Mercure.

"Pour moi, c'est très excitant de voir à quel point nous pouvons apprendre même en passant rapidement à travers la magnétosphère", dit-il. "C'est un aperçu."

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