Cette image montre plusieurs cratères dans Arabia Terra qui sont remplis de roches stratifiées, souvent exposées dans des monticules arrondis. L’image a été prise par une caméra, la High Resolution Imaging Experiment, sur Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Université de l’Arizona
L’équipe a étudié l’inertie thermique pour comprendre comment les couches rocheuses se sont formées.
En tant que membre d’une équipe de collaborateurs de l’Université du Nord de l’Arizona et de l’Université Johns Hopkins, le doctorant de la NAU Ari Koeppel a récemment découvert que l’eau était autrefois présente dans une région de Mars appelé Arabia Terra.
Arabia Terra se trouve aux latitudes septentrionales de Mars. Nommée en 1879 par l’astronome italien Giovanni Schiaparelli, cette ancienne terre couvre une superficie légèrement plus grande que le continent européen. Arabia Terra contient des cratères, des caldeiras volcaniques, des canyons et de belles bandes de roches rappelant les couches de roches sédimentaires du Painted Desert ou des Badlands.
Ces couches de roche et la façon dont elles se sont formées ont été l’objet de la recherche de Koeppel avec son conseiller, le professeur agrégé Christopher Edwards du département d’astronomie et des sciences planétaires de la NAU, Andrew Annex, Kevin Lewis et l’étudiant de premier cycle Gabriel Carrillo de l’Université Johns Hopkins. Leur étude, intitulée « Un enregistrement fragile de l’eau fugace sur Mars », a été financée par le Nasa Mars Data Analysis Program et récemment publié dans la revue Géologie.
“Nous étions particulièrement intéressés par l’utilisation de roches à la surface de Mars pour mieux comprendre les environnements passés il y a trois à quatre milliards d’années et s’il aurait pu y avoir des conditions climatiques propices à la vie à la surface”, a déclaré Koeppel. “Nous voulions savoir s’il y avait de l’eau stable, combien de temps il aurait pu y avoir de l’eau stable, à quoi aurait pu ressembler l’atmosphère et quelle aurait pu être la température à la surface.”
À l’appui de leurs recherches sur Mars, Koeppel (à gauche) et Edwards (à droite) ont mené une étude analogique dans un champ de cendres près de Flagstaff, en Arizona. Sur le site d’étude de Flagstaff, ils ont collecté des données sur le terrain et les ont comparées avec les données collectées à partir du drones, simulant l’imagerie satellitaire. Crédit : Université du nord de l’Arizona
Afin de mieux comprendre ce qui s’est passé pour créer les couches rocheuses, les scientifiques se sont concentrés sur l’inertie thermique, qui définit la capacité d’un matériau à changer de température. Le sable, avec de petites particules lâches, gagne et perd de la chaleur rapidement, tandis qu’un rocher solide restera chaud longtemps après la tombée de la nuit. En regardant les températures de surface, ils ont pu déterminer les propriétés physiques des roches dans leur zone d’étude. Ils pouvaient dire si un matériau était lâche et s’érodait alors qu’il semblait autrement qu’il était solide.
“Personne n’avait fait une étude approfondie de l’inertie thermique de ces dépôts vraiment intéressants qui couvrent une grande partie de la surface de Mars”, a déclaré Edwards.
Pour terminer l’étude, Koeppel a utilisé des instruments de télédétection sur des satellites en orbite. “Tout comme les géologues sur Terre, nous regardons les roches pour essayer de raconter des histoires sur les environnements passés”, a déclaré Koeppel. « Sur Mars, nous sommes un peu plus limités. Nous ne pouvons pas simplement nous rendre sur un affleurement rocheux et prélever des échantillons, nous dépendons assez des données satellitaires. Ainsi, il y a une poignée de satellites en orbite autour de Mars, et chaque satellite héberge une collection d’instruments. Chaque instrument joue son propre rôle en nous aidant à décrire les roches qui sont à la surface.
Grâce à une série d’enquêtes utilisant ces données recueillies à distance, ils ont examiné l’inertie thermique, ainsi que des preuves d’érosion, l’état des cratères et les minéraux présents.
“Nous avons découvert que ces dépôts sont beaucoup moins cohérents que tout le monde ne le pensait auparavant, ce qui indique que ce paramètre n’a pu avoir d’eau que pendant une brève période”, a déclaré Koeppel. «Pour certaines personnes, cela aspire l’air de l’histoire parce que nous pensons souvent qu’avoir plus d’eau pendant plus de temps signifie qu’il y a plus de chances que la vie ait été là à un moment donné. Mais pour nous, c’est en fait très intéressant car cela soulève toute une série de nouvelles questions. Quelles sont les conditions qui auraient pu permettre qu’il y ait de l’eau pendant un court laps de temps ? Y aurait-il eu des glaciers qui ont fondu rapidement avec des explosions d’énormes inondations ? Pourrait-il y avoir eu un système d’eau souterraine qui s’est infiltré hors du sol pendant une brève période seulement pour redescendre ? »
Koeppel a commencé sa carrière universitaire en ingénierie et en physique, mais est passé à l’étude des sciences géologiques tout en obtenant sa maîtrise au City College de New York. Il est venu à NAU pour travailler avec Edwards et s’immerger dans la communauté scientifique planétaire florissante de Flagstaff.
« Je me suis lancé dans la science planétaire en raison de mon enthousiasme à explorer des mondes au-delà de la Terre. L’univers est incroyablement grand, même Mars n’est que la pointe de l’iceberg », a déclaré Koeppel. « Mais nous étudions Mars depuis quelques décennies maintenant, et à ce stade, nous avons une énorme accumulation de données. Nous commençons à l’étudier à des niveaux comparables aux façons dont nous avons pu étudier la Terre, et c’est une période vraiment excitante pour la science martienne.
Référence : « A fragile record of fleting water on Mars » par Ari HD Koeppel, Christopher S. Edwards, Andrew M. Annex, Kevin W. Lewis et Gabriel J. Carrillo, 20 octobre 2021, Géologie.
DOI : 10.1130/G49285.1