Le télescope spatial James Webb de la NASA a capturé ses premières images et spectres de Mars le 5 septembre. Le télescope, une collaboration internationale avec l'ESA (Agence spatiale européenne) et l'ASC (Agence spatiale canadienne), offre une perspective unique avec sa sensibilité infrarouge sur notre planète voisine , complétant les données collectées par les orbiteurs, les rovers et autres télescopes.

Le poste d'observation unique de Webb à près d'un million de kilomètres au point de Lagrange Soleil-Terre 2 (L2) offre une vue du disque observable de Mars (la partie du côté éclairé qui fait face au télescope). En conséquence, Webb peut capturer des images et des spectres avec la résolution spectrale nécessaire pour étudier des phénomènes à court terme tels que les tempêtes de poussière, les conditions météorologiques, les changements saisonniers et, en une seule observation, les processus qui se produisent à différents moments (jour, coucher du soleil et nocturne) d'une journée martienne.

Parce qu'elle est si proche, la planète rouge est l'un des objets les plus brillants du ciel nocturne en termes de lumière visible (que les yeux humains peuvent voir) et de lumière infrarouge que Webb est conçu pour détecter. Cela pose des défis particuliers à l'observatoire, qui a été construit pour détecter la lumière extrêmement faible des galaxies les plus éloignées de l'univers. Les instruments de Webb sont si sensibles que sans techniques d'observation spéciales, la lumière infrarouge brillante de Mars est aveuglante, provoquant un phénomène connu sous le nom de "saturation du détecteur". Les astronomes se sont ajustés à l'extrême luminosité de Mars en utilisant des expositions très courtes, en ne mesurant qu'une partie de la lumière qui a frappé les détecteurs et en appliquant des techniques spéciales d'analyse des données.

Les premières images de Mars de Webb, capturées par la caméra proche infrarouge (NIRCam), montrent une région de l'hémisphère oriental de la planète à deux longueurs d'onde différentes, ou couleurs de lumière infrarouge. Cette image montre une carte de référence de surface de la NASA et l'altimètre laser Mars Orbiter (MOLA) sur la gauche, avec les deux champs de vision de l'instrument Webb NIRCam superposés. Les images en proche infrarouge de Webb sont affichées à droite.

L'image NIRCam à longueur d'onde plus courte (2,1 microns) [en haut à droite] est dominée par la lumière solaire réfléchie et révèle ainsi des détails de surface similaires à ceux apparents dans les images en lumière visible [à gauche]. Les anneaux du cratère Huygens, la roche volcanique sombre de Syrtis Major et l'éclaircissement du bassin Hellas sont tous apparents sur cette image.

L'image NIRCam à longueur d'onde plus longue (4,3 microns) [en bas à droite] montre l'émission thermique - la lumière émise par la planète lorsqu'elle perd de la chaleur. La luminosité de la lumière de 4,3 microns est liée à la température de la surface et de l'atmosphère. La région la plus brillante de la planète est celle où le Soleil est presque au-dessus de nos têtes, car elle est généralement la plus chaude. La luminosité diminue vers les régions polaires, qui reçoivent moins de lumière solaire, et moins de lumière est émise par l'hémisphère nord plus frais, qui connaît l'hiver à cette période de l'année.

Cependant, la température n'est pas le seul facteur affectant la quantité de lumière de 4,3 microns atteignant Webb avec ce filtre. Lorsque la lumière émise par la planète traverse l'atmosphère de Mars, une partie est absorbée par les molécules de dioxyde de carbone (CO2). Le bassin Hellas - qui est la plus grande structure d'impact bien conservée sur Mars, s'étendant sur plus de 1 200 miles (2 000 kilomètres) - semble plus sombre que l'environnement à cause de cet effet.

"Ce n'est en fait pas un effet thermique à Hellas", a expliqué le chercheur principal, Geronimo Villanueva du Goddard Space Flight Center de la NASA, qui a conçu ces observations Webb. "Le bassin Hellas est à une altitude plus basse et subit donc une pression atmosphérique plus élevée. Cette pression plus élevée entraîne une suppression de l'émission thermique dans cette plage de longueurs d'onde particulière [4,1-4,4 microns] en raison d'un effet appelé élargissement de la pression. Il sera très intéressant de démêler ces effets concurrents dans ces données. »

Villanueva et son équipe ont également publié le premier spectre proche infrarouge de Webb de Mars, démontrant le pouvoir de Webb d'étudier la planète rouge avec la spectroscopie.

Alors que les images montrent des différences de luminosité intégrées sur un grand nombre de longueurs d'onde d'un endroit à l'autre de la planète à un jour et à une heure particuliers, le spectre montre les variations subtiles de luminosité entre des centaines de longueurs d'onde différentes représentatives de la planète dans son ensemble. Les astronomes analyseront les caractéristiques du spectre pour recueillir des informations supplémentaires sur la surface et l'atmosphère de la planète.