Atmosphère terrestre : elle s’étend au-delà de la Lune

La géocouronne, ce nuage d’hydrogène qui prolonge l’atmosphère terrestre, s’étend bien au-delà de l’orbite de la Lune : jusqu’à 630 000 km de la surface, soit 50 fois le diamètre de la Terre. La Lune, elle, tourne autour de nous à 384 600 km en moyenne. Elle évolue donc à l’intérieur de notre atmosphère.

Les astronautes d’Apollo 16 se tenaient dedans sans le savoir.

Un nuage d’hydrogène, pas un mur d’air

Le mot « atmosphère » induit en erreur. L’air que nous respirons n’a rien à voir avec cette frontière floue. On distingue cinq couches : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère et exosphère. La géocouronne appartient à la dernière, un nuage ténu d’hydrogène neutre qui brille dans l’ultraviolet lointain.

Cette lueur reste invisible depuis le sol. Le Soleil excite l’hydrogène à une longueur d’onde, dite Lyman-alpha, que l’atmosphère basse bloque, ce qui impose d’observer depuis l’espace.

En avril 1972, les astronautes d’Apollo 16 installent sur les Descartes Highlands la caméra de George Carruthers, qui livre les premières images de la géocouronne. Le cliché est spectaculaire, mais incomplet. Selon Lara Waldrop, la caméra n’était pas assez loin, depuis la Lune, pour saisir tout le champ. Ce nuage dépassait donc largement ce que l’on croyait.

Vingt ans d’archives avant la révélation

Il a fallu attendre 2019 pour une mesure à la hauteur.

SOHO, sonde conjointe de l’ESA et de la NASA, a été lancée en décembre 1995 pour étudier le Soleil et la météorologie spatiale. Son instrument SWAN a photographié la Terre et son atmosphère étendue à trois reprises, entre 1996 et 1998. L’équipe d’Igor Baliukin, de l’Institut russe de recherche spatiale, a ressorti ces données des archives. « Nous n’en avions pas conscience avant d’avoir dépoussiéré des observations vieilles de plus de vingt ans », résume le chercheur.

Jusque-là, on situait la limite de la géocouronne vers 200 000 km, là où la pression de la radiation solaire l’emporte sur la gravité terrestre. Les données de SOHO ont repoussé cette frontière à 630 000 km, plus de trois fois la valeur admise.

Pourquoi les astronomes s’en soucient

Ce halo se trouve sur la route de tous les instruments qui regardent l’Univers en ultraviolet. Jean-Loup Bertaux, coauteur de l’étude, souligne que les télescopes spatiaux qui étudient la composition chimique des étoiles et des galaxies devront en tenir compte. Une lueur parasite de plus à soustraire.

L’hydrogène est aussi un constituant de l’eau, et la géocouronne le voit s’échapper.

Suivre cette fuite peut aider à comprendre pourquoi la Terre a conservé son eau quand d’autres planètes l’ont perdue. Cette couche réagit aussi aux tempêtes solaires et aux flux rapides de vent solaire, qui touchent satellites, communications et signaux de navigation. Mieux la connaître sert à prévoir les conditions dangereuses de l’espace proche de la Terre, notamment pour les astronautes du programme Artemis en route vers la Lune. L’enjeu dépasse la curiosité : il touche à la sécurité des vols habités.

Carruthers, l’observatoire qui prend le relais

Lancé le 24 septembre 2025 depuis le Kennedy Space Center, le Carruthers Geocorona Observatory a rejoint son orbite autour du point de Lagrange L1 le 8 janvier. Il partageait sa fusée Falcon 9 avec la sonde IMAP de la NASA et le satellite météo spatial SWFO-L1 de la NOAA. De là, à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre en direction du Soleil, il a une vue permanente sur l’exosphère. Aucune des observations précédentes ne bénéficiait d’un tel poste d’observation.

Sa mission scientifique principale, d’une durée de 24 mois, a démarré le 1er mars 2026. Elle doit suivre l’expansion et la contraction de l’exosphère au rythme de l’activité solaire. Deux caméras se partagent le travail : l’une, au champ de 3,6°, fournit les détails fins, l’autre, au champ de 18°, capte les signaux les plus faibles de la périphérie du nuage.

Pas de carte complète à attendre dès maintenant. Les articles techniques publiés cette année portent sur le traitement des données et l’étalonnage des images, étape préalable pour transformer les clichés en mesures fiables de l’hydrogène exosphérique.

Sources : science.nasa.gov | interestingengineering.com