Spectromètre infrarouge NIMS embarqué à bord de la sonde Galileo et ayant permis l'étude de la répartition de la vapeur d'eau sur Jupiter. Cet instrument collecte la lumière grâce à un petit télescope et la répartit en longueurs d'ondes, ce qui lui permet d’analyser la composition chimique des surfaces et des atmosphères planétaires.
(Cliché NASA/JPL)

Spectre infrarouge de Saturne observé par le satellite infrarouge ISO.

Comme le Soleil qui nous éclaire en permanence, toutes les étoiles dissipent leur énergie en émettant toutes sortes de rayonnements, dont des ondes électromagnétiques. Certaines de ces ondes sont visibles à l’œil nu, c’est la lumière avec toutes ses couleurs. D’autres sont invisibles, ce sont l’infrarouge, les ultraviolets, les rayons X… Or, les atomes et les molécules de tous les corps ont la capacité d’absorber, ou d’émettre, certains rayonnements électromagnétiques à des longueurs d’onde qui dépendent de la nature de l’atome, ou de la molécule, et de l’état - solide, liquide ou gazeux - dans lequel il, ou elle, se trouve. Comme la plupart des molécules, la molécule d’eau absorbe, ou émet, du rayonnement dans l’infrarouge ainsi qu’à de plus grandes longueurs d’onde.
En analysant les ondes électromagnétiques reçues par la Terre, il devrait donc être possible de déterminer s’il y a de l’eau dans les régions de l’espace étudiées, par la mise en évidence d’une absorption, ou d’une émission, aux bonnes longueurs d’onde. Dans ce dessein, les scientifiques utilisent un système qui fonctionne comme un prisme en séparant les longueurs d’onde. Ils peuvent alors déterminer les longueurs d’onde manquantes, ou émergeantes, et en déduire la nature des molécules responsables de leur absorption, ou de leur émission.

Mais si la glace est relativement facile à détecter de cette manière, cela n’est pas le cas de la vapeur d’eau car l’atmosphère terrestre en contient, ainsi que du gaz carbonique, qui absorbent précisément aux mêmes longueurs d’onde. Pour s’affranchir de l’atmosphère terrestre, il ne reste aux scientifiques qu’une possibilité, celle d’embarquer les instruments nécessaires à ces mesures à bord de satellites. C’est ce que les chercheurs européens ont fait en lançant, fin 1995, le satellite "ISO" (Infrared Space Observatory) de l’Agence spatiale européenne qui a emmagasiné des données du haut de son orbite jusqu’en 1998.
Par ailleurs, certains nuages denses et très localisés de vapeur d’eau du milieu interstellaire ou du voisinage de certaines étoiles ont la capacité d’émettre, à une longueur d’onde spécifique située dans le domaine des ondes radio, un rayonnement électromagnétique particulièrement intense. De tels nuages sont alors observables directement du sol.

Télescope Canada-France-Hawaï ayant permis l'étude de nombreux phénomènes astrophysiques dont l'étude de la vapeur d'eau sur Vénus et Mars, grâce à l'atmosphère tres sèche qui règne au sommet de la montagne du Mauna Kea, à Hawai, où il est situé. (Cliché CFHT, Hawaï).

Ainsi, grâce à leurs instruments de mesure, les scientifiques ont-ils pu détecter la présence d’eau en divers lieux de l’Univers.