Les tempêtes de poussière martiennes jouent un rôle énorme dans l’assèchement de la planète rouge

Les tempêtes de poussière martiennes jouent un rôle énorme dans l'assèchement de la planète rouge

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Cratère frais près de Sirenum Fossae Région de Mars

La caméra HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) à bord du Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA a acquis cette image en gros plan d’un cratère d’impact « frais » (à l’échelle géologique, bien qu’assez ancien à l’échelle humaine) dans la région de Sirenum Fossae sur Mars le 30 mars , 2015. Crédit : NASA/JPL/Université de l’Arizona

Mars Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que la planète rouge, qui était autrefois chaude et humide comme la Terre, a perdu la majeure partie de son eau dans l’espace. Puisque l’eau est l’un des ingrédients clés de la vie telle que nous la connaissons, les scientifiques ont essayé de comprendre combien de temps elle a coulé sur Mars et comment elle s’est perdue.

Maintenant un nouveau Astronomie de la nature Une étude menée par Michael Chaffin, chercheur au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de l’Université du Colorado Boulder, indique que les tempêtes de poussière régionales peuvent jouer un rôle important dans l’assèchement de la planète rouge.

Bien que les scientifiques de Mars comme Chaffin aient supposé que les tempêtes de poussière enveloppant le globe, qui frappent généralement tous les un à trois ans martiens, ainsi que les chauds mois d’été dans l’hémisphère sud, ont joué un rôle dans l’assèchement de la planète, ils n’ont pas eu le mesures dont ils avaient besoin pour lier l’ensemble du tableau. Mais en janvier et février 2019, les observations coïncidentes de trois engins spatiaux en orbite autour de Mars ont permis à une équipe internationale de chercheurs de collecter des données sans précédent lors d’une tempête de poussière régionale. Les résultats indiquent que Mars perd le double de la quantité d’eau pendant ces tempêtes que pendant les périodes plus calmes.

MAVEN Mars 2019 Tempête de poussière

Images du spectrographe ultraviolet d’imagerie de MAVEN avant, pendant et après la tempête de poussière de 2019. Avant la tempête, on pouvait voir des nuages ​​de glace planer au-dessus des volcans en plein essor de la région de Tharsis sur Mars. Les nuages ​​de glace ont complètement disparu lorsque la tempête de poussière battait son plein et ont commencé à réapparaître après la fin de la tempête de poussière. Crédit : Chaffin et al., 2021

« Jusqu’à présent, les scientifiques martiens n’avaient pas réalisé à quel point les tempêtes de poussière régionales ont un impact important sur l’atmosphère martienne », explique Chaffin.

Les résultats de l’étude indiquent qu’à mesure que la tempête de poussière réchauffe l’atmosphère, des vents sont générés qui catapultent la vapeur d’eau à des altitudes beaucoup plus élevées que d’habitude. À ces altitudes les plus élevées, l’atmosphère de Mars est clairsemée et les molécules d’eau sont plus vulnérables au rayonnement ultraviolet, qui les déchire en leurs composants plus légers d’hydrogène et d’oxygène. L’élément le plus léger, l’hydrogène, est alors facilement perdu dans l’espace. « Tout ce que vous avez à faire pour perdre de l’eau en permanence est de perdre un hydrogène atome, car alors l’hydrogène et l’oxygène ne peuvent pas se recombiner en eau », explique Chaffin. “Donc, quand vous avez perdu un atome d’hydrogène, vous avez perdu une molécule d’eau.”

L’étude n’aurait pas été possible sans les mesures simultanées de quatre instruments à bord du vaisseau spatial. Le Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA a mesuré la température, la poussière et les concentrations de glace d’eau depuis la surface jusqu’à environ 62 miles, ou 100 kilomètres, au-dessus de celle-ci. Dans la même plage d’altitude, le Trace Gas Orbiter de l’Agence spatiale européenne a mesuré la concentration de vapeur d’eau et de glace, et le spectromètre d’imagerie ultraviolet à bord du vaisseau spatial MAVEN de la NASA a complété les mesures en signalant la quantité d’hydrogène aux plus hautes altitudes de l’atmosphère de Mars, 620 miles (1 000 kilomètres) au-dessus de la surface de la planète.

Cycle de l'hydrogène de Mars

Schéma du cycle de perte d’hydrogène sur Mars. Les mécanismes de perte traditionnels et le nouveau concept de perte due aux tempêtes de poussière sont représentés. Crédit : Chaffin et al., 2021

C’était la première fois qu’autant de missions se concentraient sur un seul événement. « Nous avons vraiment vu l’ensemble du système en action », déclare Chaffin.

“Cet article 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 l’énorme quantité d’eau que nous avions dans le passé.’ dit Geronimo Villanueva, un expert martien de l’eau à NasaGoddard Space Flight Center et co-auteur de l’article de Chaffin.

Les images du spectrographe ultraviolet d’imagerie de MAVEN confirment 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. Parce que la glace ne pouvait plus se condenser près de la surface plus chaude, ces nuages ​​« ont complètement disparu lorsque la tempête de poussière battait son plein », explique Chaffin, puis sont réapparus après la fin de la tempête de poussière.

Données de Mars de trois orbiteurs

Les observations coïncidentes de quatre instruments, dont le spectromètre ultraviolet d’imagerie de MAVEN (IUVS), la suite de chimie atmosphérique de Trace Gas Orbiter et Nadir and Occulation for Mars Discovery (TGO), et le radiomètre infrarouge (MCS) de Mars Reconnaissance Orbiter, montrent la réponse atmosphérique de Mars pendant une tempête de poussière régionale en 2019. Les résultats indiquent que les tempêtes de poussière régionales jouent un rôle majeur dans l’assèchement de la planète. Crédit : Chaffin et al., 2021

Les observations combinées ont montré de la vapeur d’eau dans la basse atmosphère avant le début de la tempête de poussière. Alors que la tempête de poussière augmentait, réchauffant l’atmosphère et générant des vents, les instruments ont vu la vapeur d’eau catapultée à des altitudes plus élevées. Trace Gas Orbiter a trouvé 10 fois plus d’eau dans l’atmosphère moyenne après le début de la tempête de poussière, ce qui coïncide précisément avec les données du radiomètre infrarouge de Mars Reconnaissance Orbiter. Les observations MAVEN à 650 milles au-dessus de la surface concordaient également, montrant une augmentation de 50 % de l’hydrogène pendant la tempête.

Collectivement, les données des trois vaisseaux spatiaux brossent un tableau clair de la façon dont une tempête de poussière régionale peut aider l’eau martienne à s’échapper. « Les instruments devraient tous raconter la même histoire, et ils le font », explique Villanueva.

« Ce fut un honneur de diriger cette fantastique équipe internationale et d’aider à mettre ce résultat en lumière. Des études comme celle-ci démontrent le pouvoir des missions croisées et de la collaboration internationale pour faire avancer la science martienne », déclare Chaffin.

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir International Trio of Mars Orbiters Shows Small Dust Storms Help Dry Out the Red Planet.

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 LASP, et la NASA Goddard gère le projet MAVEN.

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