Les scientifiques de Mars sont aux prises avec un problème. De nombreuses preuves indiquent que l'ancienne Mars était parfois humide, avec de l'eau qui coule et s'accumule à la surface de la planète. Encore, l'ancien soleil était environ un tiers moins chaud et les modélisateurs climatiques ont du mal à produire des scénarios qui réchauffent suffisamment la surface de Mars pour maintenir l'eau non gelée.

Une théorie dominante est d'avoir une atmosphère de dioxyde de carbone plus épaisse formant une couverture de gaz à effet de serre, contribuer à réchauffer la surface de l'ancienne Mars. Cependant, selon une nouvelle analyse des données du rover martien Curiosity de la NASA, Mars avait beaucoup trop peu de dioxyde de carbone il y a environ 3,5 milliards d'années pour fournir suffisamment de réchauffement à effet de serre pour faire fondre la glace d'eau.

Le même substrat rocheux martien dans lequel Curiosity a trouvé des sédiments d'un ancien lac où des microbes auraient pu prospérer est la source des preuves qui ajoutent au dilemme quant à la façon dont un tel lac aurait pu exister. Curiosity n'a détecté aucun minéral carbonaté dans les échantillons du substratum rocheux qu'il a analysé. La nouvelle analyse conclut que la pénurie de carbonates dans ce substrat rocheux signifie que l'atmosphère de Mars lorsque le lac existait - il y a environ 3,5 milliards d'années - ne pouvait pas contenir beaucoup de dioxyde de carbone.

"Nous avons été particulièrement frappés par l'absence de minéraux carbonatés dans la roche sédimentaire examinée par le rover, " a déclaré Thomas Bristow du centre de recherche Ames de la NASA, Champ de Moffett, Californie. "Il serait vraiment difficile d'obtenir de l'eau liquide même s'il y avait cent fois plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère que ce que nous disent les preuves minérales dans la roche." Bristow est le chercheur principal de l'instrument de chimie et minéralogie (CheMin) sur la curiosité et auteur principal de l'étude publiée cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Curiosity n'a fait aucune détection définitive de carbonates dans les roches du fond du lac échantillonnées depuis son atterrissage dans le cratère Gale en 2011. CheMin peut identifier le carbonate s'il ne représente que quelques pour cent de la roche. La nouvelle analyse de Bristow et de 13 co-auteurs calcule la quantité maximale de dioxyde de carbone qui aurait pu être présente, compatible avec cette pénurie de carbonate.

Dans l'eau, le dioxyde de carbone se combine avec des ions chargés positivement tels que le magnésium et le fer ferreux pour former des minéraux carbonatés. D'autres minéraux dans les mêmes roches indiquent que ces ions étaient facilement disponibles. Les autres minéraux, tels que la magnétite et les minéraux argileux, fournissent également la preuve que les conditions ultérieures ne sont jamais devenues si acides que les carbonates se seraient dissous, comme ils peuvent le faire dans les eaux souterraines acides.

Le dilemme s'accumule depuis des années :les preuves sur les facteurs qui affectent les températures de surface - principalement l'énergie reçue du jeune soleil et la couverture fournie par l'atmosphère de la planète - s'ajoutent à un décalage avec les preuves généralisées des réseaux fluviaux et des lacs sur l'ancienne Mars. Des indices tels que les rapports isotopiques dans l'atmosphère martienne actuelle indiquent que la planète avait autrefois une atmosphère beaucoup plus dense qu'elle ne le fait maintenant. Pourtant, les modèles théoriques de l'ancien climat martien ont du mal à produire des conditions qui permettraient à l'eau liquide sur la surface martienne pendant plusieurs millions d'années. Un modèle réussi propose une atmosphère épaisse de dioxyde de carbone qui contient également de l'hydrogène moléculaire. Comment une telle atmosphère serait générée et maintenue, cependant, est controversé.

La nouvelle étude épingle le puzzle à un endroit et à un moment particuliers, avec une vérification sur le terrain des carbonates dans exactement les mêmes sédiments qui détiennent le record d'un lac environ un milliard d'années après la formation de la planète.

Au cours des deux dernières décennies, les chercheurs ont utilisé des spectromètres sur des orbiteurs martiens pour rechercher du carbonate qui aurait pu résulter d'une ère précoce de dioxyde de carbone plus abondant. Ils ont trouvé beaucoup moins que prévu.

"C'est un mystère pourquoi il n'y a pas eu beaucoup de carbonate vu depuis l'orbite, " a déclaré Bristow. " Vous pourriez sortir du dilemme en disant que les carbonates sont peut-être encore là, mais nous ne pouvons pas les voir depuis l'orbite car ils sont couverts de poussière, ou enterré, ou nous ne cherchons pas au bon endroit. Les résultats de Curiosity mettent en lumière le paradoxe. C'est la première fois que nous vérifions la présence de carbonates au sol dans une roche que nous savons formée à partir de sédiments déposés sous l'eau."

La nouvelle analyse conclut que pas plus de quelques dizaines de millibars de dioxyde de carbone auraient pu être présents lorsque le lac existait, ou il aurait produit suffisamment de carbonate pour que le CheMin de Curiosity le détecte. Un millibar est un millième de la pression atmosphérique au niveau de la mer sur Terre. L'atmosphère actuelle de Mars est inférieure à 10 millibars et contient environ 95 pour cent de dioxyde de carbone.

"Cette analyse correspond à de nombreuses études théoriques que la surface de Mars, il y a si longtemps, n'était pas assez chaude pour que l'eau soit liquide, " dit Robert Haberle, un scientifique du climat de Mars à la NASA Ames et co-auteur de l'article. "C'est vraiment un casse-tête pour moi."

Les chercheurs évaluent plusieurs idées sur la façon de résoudre le dilemme.

"Certains pensent que le lac n'était peut-être pas une étendue d'eau liquide ouverte. Peut-être que c'était un liquide recouvert de glace, " a déclaré Haberle. " Vous pourriez encore faire passer des sédiments pour s'accumuler dans le lit du lac si la glace n'était pas trop épaisse. "

Un inconvénient de cette explication est que l'équipe du rover a cherché et n'a pas trouvé dans le cratère Gale des preuves qui seraient attendues des lacs couverts de glace, telles que des fissures larges et profondes appelées coins de glace, ou "dropstones, " qui s'incrustent dans les sédiments mous du fond du lac lorsqu'ils pénètrent dans la glace qui s'amincit.

Si les lacs n'étaient pas gelés, le puzzle est rendu plus difficile par la nouvelle analyse de ce que l'absence de détection de carbonate par Curiosity implique sur l'ancienne atmosphère martienne.

"La traversée de la curiosité à travers les lits des cours d'eau, deltas, et des centaines de pieds verticaux de boue déposés dans d'anciens lacs appellent un système hydrologique vigoureux fournissant l'eau et les sédiments pour créer les roches que nous trouvons, " a déclaré Ashwin Vasavada, scientifique du projet Curiosity du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, Pasadéna, Californie. "Gaz carbonique, mélangé avec d'autres gaz comme l'hydrogène, a été le principal candidat pour l'influence de réchauffement nécessaire pour un tel système. Ce résultat surprenant semblerait le mettre hors course."

Lorsque deux lignes de preuves scientifiques semblent inconciliables, le décor peut être planté pour une avance dans la compréhension de pourquoi ils ne le sont pas. La mission Curiosity continue d'étudier les anciennes conditions environnementales sur Mars.