Cette illustration montre le vaisseau spatial MAVEN de la NASA et le limbe de Mars. Crédit : NASA/Goddard
En combinant les observations de trois engins spatiaux internationaux à Mars, les scientifiques ont pu montrer que les tempêtes de poussière régionales jouent un rôle énorme dans l’assèchement de la planète rouge.
Les tempêtes de poussière réchauffent les altitudes plus élevées de l’atmosphère martienne froide, empêchant la vapeur d’eau de geler comme d’habitude et lui permettant d’atteindre plus haut. Dans les régions les plus élevées de Mars, où l’atmosphère est clairsemée, les molécules d’eau restent vulnérables aux rayons ultraviolets, qui les décomposent en leurs composants plus légers d’hydrogène et d’oxygène. L’hydrogène, qui est l’élément le plus léger, se perd facilement dans l’espace, l’oxygène s’échappant ou remontant à la surface.
« Tout ce que vous avez à faire pour perdre de l’eau en permanence est de perdre un hydrogène atome parce qu’alors l’hydrogène et l’oxygène ne peuvent pas se recombiner en eau », a déclaré Michael S. Chaffin, chercheur au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l’Université du Colorado à Boulder. “Donc, quand vous avez perdu un atome d’hydrogène, vous avez définitivement perdu une molécule d’eau.”
Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que Mars, autrefois chaude et humide comme la Terre, a perdu la majeure partie de son eau en grande partie à cause de ce processus, mais ils n’ont pas réalisé l’impact significatif des tempêtes de poussière régionales, qui se produisent presque chaque été dans l’hémisphère sud de la planète. Les tempêtes de poussière enveloppant le globe qui frappent généralement tous les trois ou quatre ans martiens étaient considérées comme les principaux coupables, ainsi que les chauds mois d’été dans l’hémisphère sud lorsque Mars est plus proche du Soleil.
Le nuage jaune-blanc en bas au centre de cette image est une « tour de poussière » de Mars – un nuage concentré de poussière qui peut s’élever à des dizaines de kilomètres au-dessus de la surface. Les panaches bleu-blanc sont des nuages de vapeur d’eau. Olympus Mons, le plus haut volcan du système solaire, est visible dans le coin supérieur gauche, tandis que Valles Marineris est visible en bas à droite. Prise le 30 novembre 2010, l’image a été produite par l’imageur couleur Mars de la NASA Mars Reconnaissance Orbiter. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS
Mais l’atmosphère martienne se réchauffe également lors de petites tempêtes de poussière régionales, selon un nouvel article publié le 16 août 2021 dans le journal Astronomie de la nature. Les chercheurs, une équipe internationale dirigée par Chaffin, ont découvert que Mars perd deux fois plus d’eau lors d’une tempête régionale que lors d’une saison estivale australe sans tempête régionale.
“Ce document nous aide à remonter virtuellement dans le temps et à dire:” OK, maintenant nous avons un autre moyen de perdre de l’eau qui nous aidera à relier ce peu d’eau que nous avons sur Mars aujourd’hui avec la quantité énorme d’eau que nous avions dans le passé ” a déclaré Geronimo Villanueva, un expert martien de l’eau à Nasa‘s Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, et co-auteur de l’article de Chaffin.
L’eau étant l’un des ingrédients clés de la vie telle que nous la connaissons, les scientifiques tentent de comprendre combien de temps elle a coulé sur Mars et comment elle s’est perdue.
Il y a des milliards d’années, Mars avait beaucoup plus d’eau qu’aujourd’hui. Ce qui reste est gelé aux pôles ou enfermé dans la croûte. Fondue, cette eau résiduelle pourrait remplir un océan mondial jusqu’à 30 mètres de profondeur, selon certains scientifiques.
Bien que des scientifiques comme Chaffin aient eu de nombreuses idées sur ce qui arrivait à l’eau sur Mars, il leur manquait les mesures nécessaires pour relier l’ensemble du tableau. Ensuite, une rare convergence des orbites des engins spatiaux lors d’une tempête de poussière régionale de janvier à février 2019 a permis aux scientifiques de recueillir des observations sans précédent.
Le Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA a mesuré la température, les concentrations de poussière et de glace d’eau depuis la surface jusqu’à environ 62 miles, ou 100 kilomètres, au-dessus de celle-ci. En regardant dans la même plage d’altitude, le Trace Gas Orbiter de l’ESA (Agence spatiale européenne) a mesuré la concentration de vapeur d’eau et de glace. Et le vaisseau spatial Mars Atmosphere et Volatile EvolutioN, ou MAVEN, de la NASA a terminé les mesures en signalant la quantité d’hydrogène qui aurait rompu H2Les molécules O, dans les parties les plus élevées de Mars, à plus de 620 milles, ou 1 000 kilomètres, au-dessus de la surface.
C’était la première fois qu’autant de missions se concentraient sur un seul événement, a déclaré Chaffin : « Nous avons vraiment vu l’ensemble du système en action. »
Ce graphique résume les données recueillies à partir de trois orbiteurs lors d’une tempête de poussière martienne régionale de janvier à février 2019. De bas en haut : le panneau du bas montre la poussière s’accumulant dans l’atmosphère au-dessus d’une région de Mars ; un brun plus foncé indique une densité plus élevée. Le panneau du milieu montre une augmentation correspondante de la température dans l’atmosphère, s’étendant à environ 50 kilomètres au-dessus de la surface ; plus la couleur est brillante, plus la température est élevée. Le panneau supérieur montre qu’à mesure que la densité de la poussière augmente, réchauffant l’atmosphère, la glace, indiquée en blanc, disparaît de la région car la vapeur d’eau ne peut plus geler. Le panneau suivant montre trois observations de la région du volcan Tharsis avant (à gauche), pendant (au milieu) et après (à droite) la tempête de poussière. Vous pouvez voir des nuages de glace blanche recouvrant les volcans de Tharsis avant et après la tempête de poussière, mais pas pendant celle-ci. L’avant-dernier panneau à partir du haut montre l’augmentation de la densité de l’eau dans les altitudes plus élevées pendant la tempête de poussière, et au-dessus de cela, dans le panneau supérieur, vous voyez un éclaircissement correspondant (bleu clair) de l’hydrogène à des altitudes aussi élevées que 620 miles , ou 1 000 kilomètres, au-dessus de la surface. Crédit : Michael S. Chaffin
Les données recueillies à partir de quatre instruments sur les trois vaisseaux spatiaux brossent un tableau clair du rôle d’une tempête de poussière régionale dans la fuite d’eau martienne, rapportent les scientifiques. “Les instruments devraient tous raconter la même histoire, et ils le font”, a déclaré Villanueva, membre de l’équipe scientifique de Trace Gas Orbiter.
Les spectromètres de l’orbiteur européen ont détecté de la vapeur d’eau dans la basse atmosphère avant le début de la tempête de poussière. En règle générale, la température de l’atmosphère martienne se refroidit avec l’altitude pendant une grande partie de l’année martienne, ce qui signifie que la vapeur d’eau qui s’élève dans l’atmosphère gèle à des altitudes relativement basses. Mais lorsque la tempête de poussière a décollé, réchauffant l’atmosphère plus haut, les instruments ont vu de la vapeur d’eau atteindre des altitudes plus élevées. Ces instruments ont trouvé 10 fois plus d’eau dans la moyenne atmosphère après le début de la tempête de poussière, ce qui coïncide précisément avec les données du radiomètre infrarouge de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter.
Le radiomètre a mesuré la hausse des températures dans l’atmosphère alors que la poussière s’élevait au-dessus de Mars. Il a également vu disparaître les nuages d’eau et de glace, comme prévu, car la glace ne pouvait plus se former dans la basse atmosphère plus chaude. Les images du spectrographe ultraviolet de MAVEN le confirment ; ils montrent qu’avant la tempête de 2019, des nuages de glace pouvaient être vus planer au-dessus des volcans en plein essor dans la région de Tharsis sur Mars. “Mais ils ont complètement disparu lorsque la tempête de poussière battait son plein”, a déclaré Chaffin, et sont réapparus après la fin de la tempête de poussière.
À des altitudes plus élevées, la vapeur d’eau devrait se décomposer en hydrogène et en oxygène par le rayonnement ultraviolet du Soleil. En effet, les observations de MAVEN l’ont montré, car il a capturé la haute atmosphère enflammée d’hydrogène qui a augmenté de 50% pendant la tempête. Cette mesure correspondait parfaitement à un gonflement d’eau à 60 miles au-dessous, qui, selon les scientifiques, était la source de l’hydrogène.
Référence : « La perte d’eau martienne dans l’espace renforcée par les tempêtes de poussière régionales » par MS Chaffin, DM Kass, S. Aoki, AA Fedorova, J. Deighan, K. Connour, NG Heavens, A. Kleinböhl, SK Jain, J.-Y . Chaufray, M. Mayyasi, JT Clarke, AIF Stewart, JS Evans, MH Stevens, WE McClintock, MMJ Crismani, GM Holsclaw, F. Lefevre, DY Lo, F. Montmessin, NM Schneider, B. Jakosky, G. Villanueva, G Liuzzi, F. Daerden, IR Thomas, J.-J. Lopez-Moreno, MR Patel, G. Bellucci, B. Ristic, JT Erwin, AC Vandaele, A. Trokhimovskiy et OI Korablev, 16 août 2021, Astronomie de la nature.
DOI : 10.1038/s41550-021-01425-w
Cette recherche a été financée en partie par la mission MAVEN. Le chercheur principal de MAVEN est basé au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l’Université du Colorado à Boulder, et la NASA Goddard gère le projet MAVEN. Le Mars Reconnaissance Orbiter, qui a également financé certaines de ces recherches, est géré par Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, pour la NASA.
