English below : Earth’s atmosphere stretches out to the Moon – and beyond

La partie la plus éloignée de l'atmosphère de notre planète s'étend bien au-delà de l'orbite lunaire, à près de deux fois la distance à la Lune.
Une découverte récente basée sur des observations de l'Observatoire Solaire et Héliosphérique (SOHO) de l'ESA/NASA montre que la couche gazeuse qui entoure la Terre peut atteindre 630 000 km, soit 50 fois le diamètre de notre planète.

The Earth and its hydrogen geocorona seen from the Moon. This ultraviolet picture of the Earth and its surrounding geocorona was taken in 1972 by a camera operated by Apollo 16 astronauts on the Moon.

"La Lune vole à travers l'atmosphère terrestre ", déclare Igor Baliukin, de l'Institut de Recherche Spatiale de Moscou (IKI), premier auteur de l'article qui présente les résultats.
"Nous n’en avions pas vraiment conscience avant d’analyser complètement ces observations faites il y a plus de deux décennies par l’observatoire spatial SOHO."
Là où notre atmosphère se fond dans l'espace, il reste un vaste nuage d'atomes d'hydrogène appelé la géocouronne. L'un des instruments de SOHO, SWAN, a utilisé ses capteurs sensibles pour détecter la signature de l’hydrogène et mesurer avec précision l’extrême limite de la géocouronne. Ce mot a été proposé pour la première fois en 1959 par le célèbre Professeur Shklovsky, justement de ce même laboratoire IKI de Moscou, pour désigner ce nuage d’hydrogène dont l’existence venait d’être suggérée par des expériences américaines en fusée.
Les planètes rocheuses dont l'exosphère contient de l'hydrogène indiquent la présence de vapeur d'eau au niveau du sol. C'est le cas de la Terre, de Mars et de Vénus.
"C'est particulièrement intéressant lorsque l'on cherche des planètes habitables, donc avec de l’eau liquide et responsable à l’origine de l’instrument SWAN.
Le premier télescope sur la Lune, placé par les astronautes d'Apollo 16 en 1972, a capturé une belle image de la géocouronne qui entoure la Terre et qui brille de mille feux en lumière ultraviolette.
"À l'époque, les astronautes à la surface de la Lune ne savaient pas qu'ils baignaient dans l’atmosphère de la Terre ! ", explique Jean-Loup.
Nuage d'hydrogène
Le Soleil illumine les atomes d'hydrogène dans une longueur d'onde particulière de lumière ultraviolette appelée Lyman-alpha, tout comme les lampes au sodium des lampadaires orange. Ce type de lumière est absorbé par l'atmosphère terrestre et ne peut être observé que depuis l'espace.
Grâce à sa cellule à absorption d'hydrogène, l’instrument SWAN pouvait mesurer sélectivement la lumière Lyman-alpha de la géocouronne et les distinguer des atomes d'hydrogène e trouvant plus loin dans l'espace interplanétaire.
Cette nouvelle étude a révélé que la lumière du soleil comprime les atomes d'hydrogène dans la géocouronne du côté jour de la Terre le et produit également une région à densité accrue du côté de la nuit. Bien que facile à détecter en luùmière ultraviolette, cette géocouronne d'hydrogène est très peu dense, avec seulement 70 atomes par centimètre cube à 60 000 kilomètres, et environ 0,2 atome à la distance de la Lune.

"Sur Terre, nous l'appellerions le vide, de sorte que cette source supplémentaire d'hydrogène ne peut pas servir de combustible pour faciliter l'exploration spatiale ", dit Igor.
La bonne nouvelle, c'est que ces particules ne représentent aucune menace pour les astronautes en orbite autour de la Lune lors de futures missions avec équipage.
"Il y a un rayonnement ultraviolet associé à cette géocouronne, car les atomes d'hydrogène diffusent la lumière du soleil dans toutes les directions. Mais l'impact sur les astronautes en orbite lunaire est négligeable comparé à la principale source de rayonnement UV, le Soleil ", explique Jean-Loup Bertaux.
Cependant, la géocouronne pourrait interférer avec les futures observations astronomiques conduites depuis la Lune ou autour de la Lune.
"Les télescopes spatiaux observant le ciel dans l'ultraviolet pour étudier la composition chimique des étoiles et des galaxies devraient en tenir compte ", ajoute Jean-Loup.
Le pouvoir des archives
Lancé en décembre 1995, l'observatoire spatial SOHO étudie le Soleil, de son centre profond à la couronne extérieure et au vent solaire depuis plus de deux décennies, en orbite autour du premier point de Lagrange (L1), à environ 1,5 million de kilomètres vers le Soleil, dans l'orbite terrestre.
Cet endroit est un bon point de vue pour observer la géocouronne de l'extérieur. L'instrument SWAN de SOHO a imagé la Terre et son atmosphère étendue à trois reprises entre 1996 et 1998.
L'équipe de recherche de Jean-Loup et Igor en Russie a décidé de récupérer cet ensemble de données dans les archives pour une analyse plus approfondie. Ces vues uniques de l'ensemble la géocouronne vu de SOHO apportent maintenant une nouvelle lumière sur l'atmosphère terrestre.
"Les données archivées il y a de nombreuses années peuvent souvent être exploitées pour de nouvelles recherches scientifiques ", explique Bernhard Fleck, responsable scientifique du projet SOHO à l’ ESA. "Cette découverte souligne la valeur des données recueillies il y a plus de 20 ans et la performance exceptionnelle de SOHO."

Data image from paper. Credits: SOHO/SWAN

Communiqué CNRS : http://www.cnrs.fr/fr/latmosphere-terrestre-setend-bien-au-dela-de-la-lune

Press release ESA : https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Earth_s_atmosphere_stretches_out_to_the_Moon_and_beyond

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The outermost part of our planet’s atmosphere extends well beyond the lunar orbit – almost twice the distance to the Moon.
A recent discovery based on observations by the ESA/NASA Solar and Heliospheric Observatory, SOHO, shows that the gaseous layer that wraps around Earth reaches up to 630 000 km away, or 50 times the diameter of our planet.
“The Moon flies through Earth’s atmosphere,” says Igor Baliukin of Russia’s Space Research Institute, lead author of the paper presenting the results.
“We were not aware of it until we dusted off observations made over two decades ago by the SOHO spacecraft.”
Where our atmosphere merges into outer space, there is a cloud of hydrogen atoms called the geocorona. One of the spacecraft instruments, SWAN, used its sensitive sensors to trace the hydrogen signature and precisely detect how far the very outskirts of the geocorona are.
These observations could be done only at certain times of the year, when the Earth and its geocorona came into view for SWAN.
Planets with hydrogen in their exospheres can show water vapour closer to their surface. That is the case for Earth, Mars and Venus.
“This is especially interesting when looking for planets with potential reservoirs of water beyond our Solar System,” explains Jean-Loup Bertaux, co-author and former principal investigator of SWAN.
The first telescope on the Moon, placed by Apollo 16 astronauts in 1972, captured a beautiful image of the geocorona surrounding Earth and glowing brightly in ultraviolet light.
“At that time, the astronauts on the lunar surface did not know that they were actually embedded in the outskirts of the geocorona,” says Jean-Loup.
Cloud of hydrogen
The Sun illuminates the hydrogen atoms in a particular wavelength of ultraviolet light called Lyman-alpha, much like the sodium lamps of the orange street lights. This type of light is absorbed by Earth’s atmosphere can only be observed from space.
Thanks to its hydrogen absorption cell, SWAN could selectively measure the Lyman-alpha light from the geocorona and discard hydrogen atoms further out in interplanetary space.

The new study revealed that sunlight compresses hydrogen atoms in the geocorona on Earth’s dayside, and also produces a region of enhanced density on the night side. The day side denser region of hydrogen is still rather sparse, with just 70 atoms per cubic centimeters at 60,000 kilometers, and about 0.2 atoms at Moon’s distance.
“On Earth we would call it vacuum, so this extra source of hydrogen is not significant enough to facilitate space exploration,” says Igor.
The good news is that these particles do not pose any threat for space travelers on future crewed missions orbiting the Moon.
“There is also ultraviolet radiation associated to the geocorona, as the hydrogen atoms scatter sunlight in all directions, but the impact on astronauts in lunar orbit would be negligible compared to the main source of radiation – the Sun,” says Jean-Loup Bertaux.
On the down side, the Earth’s geocorona could interfere with future astronomical observations from the vicinity of the Moon.
“Space telescopes observing the sky in ultraviolet wavelengths to study the chemical composition of stars and galaxies would need to take this into account,” adds Jean-Loup.
The power of archives
Launched in December 1995, the SOHO space observatory has been studying the Sun, from its deep core to the outer corona and the solar wind for over two decades, orbiting around the first Lagrange point (L1), some 1.5 million kilometres towards the Sun, inside Earth’s orbit.
This location is a good vantage point to observe the geocorona from outside. SOHO’s SWAN instrument imaged Earth and its extended atmosphere on three occasions between 1996 and 1998.
Jean-Loup and Igor’s research team in Russia decided to retrieve this data set from the archives for further analysis. These unique views of the whole geocorona as seen from SOHO are now shedding new light on Earth’s atmosphere.
“Data archived many years ago can often be exploited for new science,” says Bernhard Fleck, ESA SOHO project scientist. “This discovery highlights the value of data collected over 20 years ago and the exceptional performance of SOHO.”

For further information, please contact:
Igor Baliukin
Space Research Institute
Russian Academy of Science
Moscow, Russia
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Jean-Loup Bertaux
Former principal investigator of SWAN
Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS)
Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, France
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Bernhard Fleck
SOHO project scientist
European Space Agency
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