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L’eau de la haute atmosphère de Mars peut expliquer comment elle est devenue une planète rouge stérile

De nouvelles recherches ont révélé pour la première fois la découverte de l’eau dans les couches supérieures de l’atmosphère martienne. Cette découverte donne aux scientifiques une bonne idée du mécanisme qui retire actuellement la planète rouge de l’eau.

La surface de Mars est froide et sèche – une effusion d’eau liquide – mais cela n’a pas toujours été le cas. Des études de la surface martienne ont révélé des traces de longues rivières sèches anciennes et de dépôts sédimentaires qui indiquent des creux de lac dans lesquels l’eau coulait autrefois. Cela soulève la question de savoir comment la planète rouge a perdu de l’eau liquide?

Étude publiée dans la revue Science propose un nouveau mécanisme qui pourrait conduire à la perte d’eau de Mars. Une équipe d’astronomes a utilisé des données collectées dans l’atmosphère martienne avec le spectromètre à gaz neutre et ionique de la NASA sur le vaisseau spatial Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) pour détecter l’eau dans la haute atmosphère de la planète.

«Pour la première fois, nous avons vu de l’eau dans la haute atmosphère de Mars, à environ 150 km au-dessus de la surface. D’autres scientifiques ont déjà observé de l’eau dans une atmosphère moyenne », a déclaré le Dr. Shane Wesley Stone. Candidat en science planétaire au laboratoire lunaire et planétaire de l’Université d’Arizona et l’un des auteurs dit ZME Science. « L’eau de la haute atmosphère est rapidement détruite et peut s’échapper dans l’espace, c’est pourquoi nos observations de l’eau dans la haute atmosphère sont importantes. « 

Mars hier et aujourd'hui. La planète rouge est privée d'eau depuis des milliards d'années, mais le principal mécanisme de perte d'eau est différent aujourd'hui de ce qu'il était il y a un milliard d'années (NASA)
Mars hier et aujourd’hui. La planète rouge est privée d’eau depuis des milliards d’années, mais le principal mécanisme de perte d’eau est différent aujourd’hui de ce qu’il était il y a un milliard d’années (NASA)

L’eau qui est transportée dans la haute atmosphère de Mars est convertie en hydrogène atomique, qui est alors si léger qu’il se perd dans l’espace. Ce processus aurait pu entraîner la perte d’eau martienne pendant des milliards d’années. L’eau a déjà été découverte dans la basse atmosphère, où les scientifiques pensaient qu’elle était limitée, mais c’est la première découverte d’eau dans la haute atmosphère, ce qui a surpris l’équipe.

«  Nous ne savions pas que l’eau passe jusqu’à la haute atmosphère, nous ne savions donc pas à quel point ce transport ascendant de l’eau est important pour la fuite de l’hydrogène dans l’espace, et donc pour l’eau perdue de Mars  », explique Stone, expliquant que l’eau serait plus présente dans l’atmosphère. dégradé beaucoup plus rapidement qu’il ne se passe plus près de la surface de Mars. «L’eau qui atteint les couches supérieures de l’atmosphère est détruite en 4 heures environ. Cette destruction de l’eau serait dix fois plus lente dans une atmosphère moyenne, où la plupart des produits de cette destruction seraient transportés vers le bas, vers la surface. « 

Humidité croissante: comment l’eau pénètre-t-elle dans la haute atmosphère de Mars?

Stone explique que l’équipe ne sait pas encore quels processus élèvent l’eau dans la haute atmosphère de Mars, mais leur étude a donné de bons indices sur qui pourraient être les principaux acteurs de ce phénomène.

«Nous constatons une tendance saisonnière à l’abondance de l’eau dans la haute atmosphère», explique le chimiste planétaire. «Pendant l’été dans l’hémisphère sud, l’abondance d’eau dans la haute atmosphère est la plus élevée. Pendant l’été dans l’hémisphère nord, la quantité d’eau dans la haute atmosphère est la plus petite, mais elle reste importante. « 

Stone explique que cette tendance saisonnière est causée par deux choses. Premièrement, pendant l’été sud, Mars est plus proche du Soleil que pendant le reste de l’année martienne. Deuxièmement, c’est aussi la saison des tempêtes de poussière sur Mars. Il ajoute: « La proximité relativement étroite du Soleil et des tempêtes de poussière entraîne un réchauffement de l’atmosphère, entraînant un plus grand transport de l’eau vers la haute atmosphère. »

Le chercheur souligne l’énorme tempête de poussière martienne qui s’est produite en 2018 comme le principal facteur contribuant à l’eau dans la haute atmosphère. La tempête a été repérée pour la première fois par Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA le 30 mai 2018 et en juin de cette année-là, elle était devenue une planète englobant l’événement.

«La poussière de tempête conduit à une averse soudaine d’eau dans la haute atmosphère: pendant la poussière de tempête mondiale en 2018, la quantité d’eau dans la haute atmosphère augmente de 20 fois par rapport à l’abondance saisonnière nominale», explique Stone. «De plus petites rafales d’eau sont remarquées lors des tempêtes de poussière régionales qui se produisent chaque année sur Mars de 687 jours. Les tempêtes mondiales se produisent environ une fois tous les 10 ans terrestres. « 

L’équipe pense que l’eau se déplace vers le haut, comme l’appellent les scientifiques planétaires l’hygropause – une couche froide dans l’atmosphère dans laquelle l’eau se condense de vapeur en liquide, formant des nuages. «C’est parce que, comme nous et d’autres scientifiques l’avons découvert, l’hygropause martienne n’est pas aussi efficace pour piéger l’eau près de la surface que l’hygropause sur Terre», déclare Stone. « L’hygropause sur Mars n’est pas aussi efficace car il fait trop chaud: lorsque Mars est le plus proche du Soleil et que la poussière apparaît, le chauffage provoqué par ces processus réchauffe l’hygropause, permettant à l’eau de remonter. »

Le mécanisme qui révèle leur découverte est actuellement le principal moyen par lequel Mars perd de l’eau, mais Stone souligne que cela n’a probablement pas toujours été le cas.

Une image changeante de la perte d’eau sur Mars

L’eau transportée dans la haute atmosphère de Mars par les effets saisonniers et les tempêtes de poussière, où elle se décompose en hydrogène puis perd dans l’espace, est actuellement le mécanisme prédominant de perte d’eau sur Mars, mais l’équipe affirme que cela est uniquement dû à l’environnement actuel de la planète rouge. Les mécanismes de perte d’eau qui ont duré des milliards d’années dans le passé ont probablement également différé en termes de domination et de vitesse à laquelle ils se poursuivent.

«Ce processus que nous décrivons est un facteur important dans la perte d’eau actuelle sur Mars. Cependant, cette eau aurait pu être transférée dans la haute atmosphère relativement récemment, au cours du dernier milliard d’années environ », explique Stone. « Une grande partie de l’atmosphère de Mars a été perdue dans l’espace avant cette heure, conduisant à une faible hygropause qui laisse l’eau dans la haute atmosphère. Tous les processus d’évasion que nous observons aujourd’hui ont probablement été plus rapides dans le passé. »

Les scientifiques de la NASA ont déterminé que l'océan primitif sur Mars contenait plus d'eau que l'océan Arctique de la Terre et que la planète rouge avait perdu 87% de cette eau dans l'espace. Crédit: NASA / GSFC
Les scientifiques de la NASA ont déterminé que l’océan primitif sur Mars contenait plus d’eau que l’océan Arctique de la Terre et que la planète rouge avait perdu 87% de cette eau dans l’espace. Crédit: NASA / GSFC

L’équipe est parvenue à cette conclusion en raison du fait que lorsque tous les taux de perte d’eau dans les processus d’évacuation d’aujourd’hui sont additionnés, leur taux d’évacuation actuel est trop lent pour expliquer toute la perte d’eau que les scientifiques savent s’être produite au cours des derniers milliards d’années.

«Nous savons que Mars a perdu environ 66% de son atmosphère en 4 milliards d’années», explique Stone. Parlant spécifiquement d’eau, Mars a perdu 10 à 100 mètres de la «couche équivalente globale» d’eau – ce qui équivaut à répandre toute l’eau que Mars a perdue à la surface pour former une couche uniforme, puis a signalé la profondeur de cette couche. . « 

Le processus décrit par l’équipe est responsable de la perte de 44 cm de H2O au cours du dernier milliard d’années, et les tempêtes de poussière mondiales sont responsables de la perte de 17 cm supplémentaires en plus de cela au cours du dernier milliard d’années.

«À l’époque actuelle, pendant la majeure partie de l’année martienne, ce processus que nous décrivons est aussi important que le« processus classique »- le processus de base que les scientifiques considéraient comme responsable du transport de l’hydrogène dans la haute atmosphère depuis les premiers travaux sur le sujet au début des années 1970. dit Stone. « Pendant les tempêtes mondiales, cette eau qui atteint la haute atmosphère produit 10 fois plus d’hydrogène qui fuit que le procédé classique. »

De grosses surprises et de futures enquêtes

Stone décrit que les prochaines étapes de cette recherche consistent à découvrir exactement à quel point le nouveau mécanisme de perte d’eau est important tout au long de l’histoire de Mars.

«L’extrapolation en arrière des milliards d’années est extrêmement difficile et une exécution correcte prend du temps. Nous devons encore mieux comprendre les processus de transport spécifiques responsables de l’acheminement de cette eau vers la haute atmosphère », dit-il, ajoutant que les conclusions de l’équipe ont été un choc même pour eux.« L’ensemble du projet a été une grande surprise pour nous: nous avons été surpris de voir de l’eau si haut dans l’atmosphère, nous avons été surpris par les tendances saisonnières de l’abondance de l’eau et nous avons été surpris de l’ampleur de l’impact de la poussière mondiale sur l’abondance de l’eau dans l’atmosphère.  »

La comparaison de l’atmosphère de la Terre et de Mars pourrait aider les scientifiques à déterminer les chances de présence d’eau liquide sur les exoplanètes. (ESA)

Explorer la perte d’eau de Mars sera probablement une étape importante dans la compréhension de la quantité d’eau qu’il y a dans l’univers entier, comme l’a récemment déclaré Dimitra Atri, chercheur en sciences spatiales à NYU Abu Dhabi (NYUAD). Science ZME: « Comme il est extrêmement difficile d’observer le processus de fuite sur les exoplanètes, nous prévoyons d’étudier ce phénomène sur Mars en détail avec la mission Hope des Emirats Arabes Unis. »

Donc, ce genre d’étude pourrait nous dire à quel point la Terre est unique en termes d’eau liquide dans l’Univers. Quelque chose qui à son tour pourrait nous dire sur les chances de vivre sur des exoplanètes.

«Mars ressemblait autrefois à la Terre: plus chaude et plus humide avec une atmosphère dense et une eau liquide abondante à la surface», conclut Stone. «Mais tout au long de l’histoire du système solaire, l’eau de Mars a été perdue dans l’espace, laissant derrière elle la planète froide, sèche et rouge que nous voyons aujourd’hui. Quoi qu’il en soit, Mars sera la prochaine planète sur laquelle les humains marcheront. « 

S.W. Calcul; R.V. Yelle; D.Y. Lo, et d’autres,, [2020], « Le fait d’éviter l’hydrogène de Mars est causé par le transport saisonnier de l’eau et de la poussière d’orage », Science.