Comment l’eau a fui la planète rouge –

Shane Stone, étudiant diplômé du laboratoire lunaire et planétaire de l’UArizona et auteur principal d’un nouvel article publié aujourd’hui dans Science, se décrit comme un chimiste planétaire. Autrefois chimiste de laboratoire qui a aidé à développer des polymères qui pourraient être utilisés pour envelopper et administrer des médicaments thérapeutiques plus efficacement, il étudie maintenant la chimie des atmosphères planétaires.

Depuis 2014, il travaille sur la mission NASA MAVEN, abréviation de Mars Atmosphere et Volatile EvolutioN. Le vaisseau spatial MAVEN a commencé à orbiter autour de Mars en 2014 et enregistre depuis lors la composition de la haute atmosphère du voisin planétaire de la Terre.

“Nous savons qu’il y a des milliards d’années, il y avait de l’eau liquide à la surface de Mars”, a déclaré Stone. “Il devait y avoir une atmosphère plus épaisse, donc nous savons que Mars a perdu la majorité de son atmosphère dans l’espace. MAVEN tente de caractériser les processus responsables de cette perte, et une partie de cela est de comprendre exactement comment Mars a perdu son eau. “

Les co-auteurs de l’étude incluent Roger Yelle, professeur de sciences planétaires de l’Arizona et conseiller de recherche de Stone, ainsi que des chercheurs du centre de vol spatial Goddard de la NASA et du Center for Research and Exploration in Space Science and Technology au Maryland.

Surveiller l’eau

Alors que MAVEN orbite autour de Mars, il plonge dans l’atmosphère de la planète toutes les 4 heures et demie. L’instrument NGIMS embarqué, abréviation de Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer, mesure l’abondance de molécules d’eau chargées appelées ions dans la haute atmosphère martienne, à environ 100 miles de la surface de la planète. À partir de ces informations, les scientifiques peuvent déduire la quantité d’eau présente dans l’atmosphère.

Des observations passées utilisant MAVEN et le télescope spatial Hubble ont montré que la perte d’eau de la haute atmosphère martienne varie avec les saisons. Par rapport à la Terre, Mars emprunte un chemin plus ovale autour du soleil et s’en rapproche le plus en été dans l’hémisphère sud martien.

Stone et son équipe ont découvert que lorsque Mars est le plus proche du soleil, la planète se réchauffe et plus d’eau – trouvée à la surface sous forme de glace – se déplace de la surface vers la haute atmosphère où elle est perdue dans l’espace. Cela se produit une fois par année martienne ou environ tous les deux ans terrestres. Les tempêtes de poussière régionales qui se produisent sur Mars chaque année martienne et les tempêtes de poussière mondiales qui se produisent sur la planète environ une fois tous les 10 ans entraînent un réchauffement supplémentaire de l’atmosphère et une augmentation du mouvement ascendant de l’eau.

Les processus qui rendent ce mouvement cyclique possible contredisent l’image classique de l’eau s’échappant de Mars, montrant qu’il est incomplet, a déclaré Stone. Selon le processus classique, la glace d’eau est convertie en gaz et détruite par les rayons du soleil dans la basse atmosphère. Ce processus, cependant, se jouerait comme un filet lent et régulier, non affecté par les saisons ou les tempêtes de poussière, qui ne correspond pas aux observations actuelles.

“C’est important car nous ne nous attendions pas du tout à voir de l’eau dans la haute atmosphère de Mars”, a déclaré Stone. “Si nous comparons Mars à la Terre, l’eau sur Terre est confinée près de la surface à cause de ce qu’on appelle l’hygropause. C’est juste une couche dans l’atmosphère qui est suffisamment froide pour condenser (et donc arrêter) toute vapeur d’eau qui monte.”

L’équipe fait valoir que l’eau passe au-delà de ce qui devrait être l’hygropause de Mars, qui est probablement trop chaude pour arrêter la vapeur d’eau. Une fois dans la haute atmosphère, les molécules d’eau sont brisées par des ions très rapidement – en quatre heures, calculent-ils – et les sous-produits sont alors perdus dans l’espace.

“La perte de son atmosphère et de son eau vers l’espace est une des principales raisons pour lesquelles Mars est froide et sèche par rapport à la Terre chaude et humide. Ces nouvelles données de MAVEN révèlent un processus par lequel cette perte se produit encore aujourd’hui”, a déclaré Stone.

Un monde sec et poussiéreux

Lorsque l’équipe a extrapolé ses découvertes en arrière d’un milliard d’années, elle a découvert que ce processus pouvait expliquer la perte d’un océan mondial d’environ 17 pouces de profondeur.

“Si nous prenions de l’eau et l’étendions uniformément sur toute la surface de Mars, cet océan d’eau perdu dans l’espace en raison du nouveau processus que nous décrivons aurait plus de 17 pouces de profondeur”, a déclaré Stone. “6,7 pouces supplémentaires seraient perdus en raison uniquement des effets des tempêtes de poussière mondiales.”

Pendant les tempêtes de poussière mondiales, 20 fois plus d’eau peut être transportée dans la haute atmosphère. Par exemple, une tempête de poussière mondiale d’une durée de 45 jours libère dans l’espace la même quantité d’eau que Mars perdrait pendant une année martienne calme, soit 687 jours terrestres.

Et bien que Stone et son équipe ne puissent pas extrapoler plus d’un milliard d’années, il pense que ce processus n’a probablement pas fonctionné de la même manière avant cela, car Mars aurait pu avoir une hygropause plus forte il y a longtemps.

“Avant que le processus que nous décrivons ne commence à fonctionner, il doit y avoir déjà eu une quantité importante de fuite atmosphérique vers l’espace”, a déclaré Stone. “Nous devons encore déterminer l’impact de ce processus et quand il a commencé à fonctionner.”

À l’avenir, Stone aimerait étudier l’atmosphère de la lune de Saturne, Titan.

“Titan a une atmosphère intéressante dans laquelle la chimie organique joue un rôle important”, a déclaré Stone. “En tant qu’ancien chimiste organique synthétique, je suis impatient d’étudier ces processus.”