Réponse de l’ionosphère martienne lors de la supertempête solaire de mai 2024

Quand une tempête solaire lointaine a secoué les cieux de Mars

En mai 2024, une tempête colossale sur le Soleil n’a pas seulement peint d’étonnantes aurores dans le ciel terrestre : elle a aussi frappé Mars. Cette étude montre comment cet afflux d’énergie solaire a remodelé de manière spectaculaire l’atmosphère supérieure chargée électriquement — ou ionosphère — autour de la Planète rouge. En observant l’événement presque en temps réel grâce à des engins en orbite, les scientifiques ont enregistré la plus forte amplification jamais constatée dans l’une des couches ionosphériques majeures de Mars, révélant de nouveaux détails sur la façon dont les tempêtes solaires peuvent affecter des planètes dépourvues d’un champ magnétique global protecteur.

Écouter à travers l’air martien

Pour suivre la réaction de l’ionosphère martienne, les chercheurs ont utilisé une technique appelée occultation radio mutuelle, dans laquelle un engin spatial émet une porteuse radio stable à travers l’atmosphère de la planète vers un autre engin. Lorsque le signal frôle le limbe de Mars, il se courbe et ralentit en fonction du nombre de particules chargées rencontrées. En mesurant avec précision ces infimes variations, les scientifiques peuvent reconstruire un profil vertical de la densité électronique — essentiellement un sondage de l’ionosphère, d’environ 80 kilomètres jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres. Depuis 2020, les missions Mars Express et ExoMars Trace Gas Orbiter effectuent de telles mesures à peu près une fois par semaine, constituant progressivement un portrait de référence du comportement ionosphérique martien à travers les saisons et les conditions solaires.

Arrivée de la supertempête

Début mai 2024, le Soleil a déclenché une série d’éruptions intenses : des éruptions puissantes, des rafales de particules à grande vitesse et un large nuage de plasma connu sous le nom d’éjection de masse coronale. Ces événements ont provoqué la plus forte tempête géomagnétique observée sur Terre depuis des décennies et, peu après, ont perturbé l’environnement spatial autour de Mars. Le 15 mai, seulement dix minutes après que le rayonnement d’une éruption solaire de classe X ait atteint Mars, les deux engins européens ont réalisé une occultation radio planifiée au-dessus de la région sud de Sisyphi Planum. Ce timing favorable a fourni un instantané de l’ionosphère martienne au moment même où le rayonnement de la tempête culminait, permettant à l’équipe de comparer ce « profil de tempête » à des dizaines d’observations antérieures plus calmes prises dans des conditions d’éclairage similaires.

Une amplification record dans une couche cachée

Le changement le plus frappant est apparu dans la couche inférieure des deux principales couches ionosphériques de Mars, appelée M1, située autour de 90–110 kilomètres d’altitude. Pendant la tempête, la densité électronique maximale de cette couche a gonflé pour atteindre environ 2,8 fois sa valeur normale — la plus forte augmentation jamais enregistrée — tout en s’élevant d’environ 6,5 kilomètres. La couche supérieure M2, vers 150 kilomètres, n’a augmenté que d’environ 45 % et a été déplacée vers le haut d’une amplitude comparable. Des mesures des rayons X mous réalisées par l’orbiteur MAVEN de la NASA ont montré que l’énergie X entrante a augmenté d’environ un facteur trois, bien moins que ce que les théories antérieures prédisaient comme nécessaire pour produire une réponse M1 aussi importante. Ce décalage suggère que les modèles antérieurs ont sous-estimé l’efficacité avec laquelle la lumière solaire de haute énergie peut déclencher des ionisations « secondaires », où des électrons énergétiques déclenchent des cascades supplémentaires de collisions et d’ionisations dans le fin air martien.

Chauffage, ondulations en haute altitude et ce qui n’a pas changé

Outre le renforcement de la couche M1, la tempête a laissé d’autres empreintes. Les pics des M1 et M2 ont tous deux été déplacés vers le haut, suggérant un chauffage et une expansion de l’atmosphère neutre sous-jacente — probablement un effet différé de l’éjection de masse coronale et des perturbations de particules qui secouaient Mars depuis plus d’une journée. Une enhancement plus modeste mais distincte est apparue autour de 245 kilomètres d’altitude, que les auteurs attribuent possiblement à des instabilités lorsque le vent solaire effleure l’atmosphère supérieure de Mars, ou à des flux d’ions s’écoulant vers l’extérieur le long de lignes de champ magnétique déformées. Parallèlement, certains éléments sont restés étonnamment stables : la partie supérieure de la couche M2 n’a pas été fortement comprimée, l’atmosphère neutre inférieure sous ~100 kilomètres n’a montré aucun changement structurel majeur, et l’espacement global entre les pics M1 et M2 a à peine bougé.

Pourquoi cela compte pour les futures missions martiennes

Pour le lecteur général, le message clé est que l’atmosphère supérieure de Mars est bien plus sensible aux tempêtes solaires qu’on ne le pensait, en particulier dans sa couche ionosphérique inférieure. Une rafale de rayons X solaires peut amplifier rapidement cette région, non seulement par ionisation directe mais aussi via des chaînes d’ionisations secondaires, et peut chauffer et faire gonfler l’air environnant. Comprendre ces effets est crucial pour la planification des futures missions robotiques et humaines : la communication radio, les signaux de navigation et même la traînée atmosphérique sur les engins spatiaux peuvent tous être modifiés pendant de telles tempêtes. Cette étude montre qu’avec une surveillance régulière et de haute précision, nous pouvons surprendre ces événements rares en action et affiner nos modèles de la façon dont le Soleil façonne les environnements des planètes telluriques — Mars aujourd’hui, et peut‑être d’autres mondes demain.

Citation: Parrott, J., Sánchez-Cano, B., Svedhem, H. et al. Martian ionospheric response during the may 2024 solar superstorm. Nat Commun 17, 2017 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69468-z

Mots-clés: Ionosphère de Mars, tempête solaire, éruption solaire, météo spatiale, occultation radio