La présence d'eau sur l'ancienne Mars est un paradoxe. Il existe de nombreuses preuves géographiques que des rivières coulaient périodiquement à la surface de la planète. Pourtant, à l'époque où ces eaux sont censées avoir coulé, il y a trois à quatre milliards d'années, Mars aurait dû être trop froide pour supporter de l'eau liquide.

Alors, comment est-il resté si chaud ?

Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) suggèrent que le début de Mars pourrait avoir été réchauffé par intermittence par un puissant effet de serre. Dans un article publié en Lettres de recherche géophysique , les chercheurs ont découvert que les interactions entre le méthane, le dioxyde de carbone et l'hydrogène dans l'atmosphère martienne primitive peuvent avoir créé des périodes chaudes pendant lesquelles la planète pourrait supporter de l'eau liquide à la surface.

"Le début de Mars est unique en ce sens qu'il s'agit du seul environnement planétaire, hors de la Terre, où l'on peut dire avec assurance qu'il y a eu au moins des périodes épisodiques où la vie aurait pu s'épanouir, " dit Robin Wordsworth, professeur assistant en sciences et ingénierie de l'environnement à SEAS, et premier auteur de l'article. "Si nous comprenons comment Mars a fonctionné au début, cela pourrait nous dire quelque chose sur le potentiel de trouver de la vie sur d'autres planètes en dehors du système solaire."

Il y a quatre milliards d'années, le Soleil était environ 30 pour cent plus faible qu'aujourd'hui et beaucoup moins de rayonnement solaire - a.k.a. chaleur - a atteint la surface martienne. Le peu de rayonnement qui a atteint la planète a été piégé par l'atmosphère, résultant en chaud, périodes humides. Depuis des décennies, les chercheurs ont eu du mal à modéliser exactement comment la planète était isolée.

Le coupable évident est le CO2. Le dioxyde de carbone représente 95 pour cent de l'atmosphère martienne actuelle et est le gaz à effet de serre le plus connu et le plus abondant sur Terre.

Mais le CO2 à lui seul n'explique pas les premières températures de Mars.

"Vous pouvez faire des calculs climatiques où vous ajoutez du CO2 et augmentez jusqu'à des centaines de fois la pression atmosphérique actuelle sur Mars et vous n'atteignez toujours jamais des températures qui sont même proches du point de fusion, " a déclaré Wordsworth.

Il devait y avoir autre chose dans l'atmosphère de Mars qui a contribué à l'effet de serre.

Les atmosphères des planètes rocheuses perdent des gaz plus légers, comme l'hydrogène, à l'espace dans le temps. (En réalité, l'oxydation qui donne à Mars sa teinte distinctive est le résultat direct de la perte d'hydrogène.)

Wordsworth et ses collaborateurs se sont penchés sur ces gaz perdus depuis longtemps, connus sous le nom de gaz réducteurs, pour fournir une explication possible du climat précoce de Mars. En particulier, l'équipe a examiné le méthane, qui aujourd'hui n'est pas abondante dans l'atmosphère martienne. Il y a des milliards d'années, cependant, les processus géologiques auraient pu libérer beaucoup plus de méthane dans l'atmosphère. Ce méthane se serait lentement transformé en hydrogène et autres gaz, dans un processus similaire à celui qui se produit aujourd'hui sur la lune de Saturne, Titan.

Pour comprendre comment cette atmosphère martienne primitive a pu se comporter, l'équipe avait besoin de comprendre les propriétés fondamentales de ces molécules.

"Quand vous regardez des atmosphères exotiques, vous ne pouvez pas les comparer à l'atmosphère terrestre, " a déclaré Wordsworth. "Vous devez commencer par les premiers principes. Nous avons donc regardé ce qui se passe lorsque le méthane, l'hydrogène et le dioxyde de carbone entrent en collision et comment ils interagissent avec les photons. Nous avons constaté que cette combinaison entraîne une très forte absorption de rayonnement."

Carl Sagan a d'abord spéculé que le réchauffement de l'hydrogène aurait pu être important au début de Mars en 1977, mais c'est la première fois que les scientifiques sont capables de calculer avec précision son effet de serre. C'est également la première fois que le méthane s'avère être un gaz à effet de serre efficace au début de Mars.

"Cette recherche montre que les effets de réchauffement du méthane et de l'hydrogène ont été sous-estimés de manière significative, " a déclaré Wordsworth. " Nous avons découvert que le méthane et l'hydrogène, et leur interaction avec le dioxyde de carbone, étaient bien meilleurs pour réchauffer Mars au début qu'on ne le croyait auparavant."

Les chercheurs espèrent que les futures missions sur Mars feront la lumière sur les processus géologiques qui ont produit du méthane il y a des milliards d'années.

"L'une des raisons pour lesquelles Mars est si fascinant, c'est que la vie a besoin d'une chimie complexe pour émerger, ", a déclaré Wordsworth. "Ces épisodes de réduction des émissions de gaz suivis d'une oxydation planétaire auraient pu créer des conditions favorables à la vie sur Mars."