Le vent et le rayonnement solaires sont responsables du décapage de l'atmosphère martienne, transformer Mars d'une planète qui aurait pu abriter la vie il y a des milliards d'années en un monde désertique glacial, selon les nouveaux résultats du vaisseau spatial MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) de la NASA dirigé par l'Université du Colorado Boulder.

"Nous avons déterminé que la plupart du gaz jamais présent dans l'atmosphère de Mars a été perdu dans l'espace, " a déclaré Bruce Jakosky, chercheur principal pour MAVEN et professeur au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP). "L'équipe a pris cette décision à partir du dernier résultat, ce qui révèle qu'environ 65% de l'argon qui était dans l'atmosphère a été perdu dans l'espace."

Jakosky est l'auteur principal d'un article sur cette recherche qui sera publié dans Science vendredi. Marek Slipski, un étudiant diplômé du LASP, co-auteur de l'étude.

Les membres de l'équipe MAVEN avaient précédemment annoncé des mesures montrant que le gaz atmosphérique était perdu dans l'espace et qui décrivaient les processus par lesquels l'atmosphère était éliminée. La présente analyse utilise des mesures de l'atmosphère actuelle pour donner la première estimation de la quantité de gaz éliminée au fil du temps.

Eau liquide, indispensable à la vie, n'est pas stable à la surface de Mars aujourd'hui parce que l'atmosphère est trop froide et trop mince pour la supporter. Cependant, des preuves telles que des caractéristiques ressemblant à des lits de rivière asséchés et des minéraux qui ne se forment qu'en présence d'eau liquide indiquent que l'ancien climat martien était très différent - suffisamment chaud pour que l'eau s'écoule à la surface pendant de longues périodes.

Il existe de nombreuses façons pour une planète de perdre une partie de son atmosphère. Par exemple, les réactions chimiques peuvent emprisonner le gaz dans les roches de surface ou une atmosphère peut être érodée par le rayonnement et le vent de l'étoile mère de la planète. Le nouveau résultat révèle que le vent et le rayonnement solaires étaient responsables de la majeure partie de la perte atmosphérique sur Mars et que l'épuisement était suffisant pour transformer le climat martien. Le vent solaire est un mince filet de gaz électriquement conducteur soufflant constamment de la surface du soleil.

Les jeunes étoiles ont un rayonnement ultraviolet et des vents beaucoup plus intenses, donc la perte atmosphérique due à ces processus était probablement beaucoup plus importante au début de l'histoire de Mars, et ces processus peuvent avoir été les dominants contrôlant le climat et l'habitabilité de la planète, selon l'équipe. Il est possible que la vie microbienne ait pu exister à la surface au début de l'histoire de Mars. Alors que la planète se refroidissait et se desséchait, toute vie aurait pu être poussée sous terre ou forcée dans des oasis de surface occasionnelles ou rares.

Jakosky et son équipe ont obtenu le résultat en mesurant l'abondance atmosphérique de deux isotopes différents du gaz argon. Les isotopes sont des atomes d'un même élément avec des masses différentes. Parce que le plus léger des deux isotopes s'échappe plus facilement dans l'espace, il laissera le gaz restant enrichi en isotope plus lourd. L'équipe a utilisé cet enrichissement ainsi que sa variation avec l'altitude dans l'atmosphère pour estimer quelle fraction du gaz atmosphérique a été perdue dans l'espace.

Comme un "gaz noble" l'argon ne peut pas réagir chimiquement avec quoi que ce soit, il ne sera donc pas séquestré dans les roches, et le seul processus qui peut l'enlever dans l'espace est un processus physique appelé "pulvérisation" par le vent solaire. En pulvérisation, Les ions captés par le vent solaire frappent Mars à grande vitesse et projettent physiquement le gaz atmosphérique dans l'espace. L'équipe a suivi l'argon car il ne peut être éliminé que par pulvérisation cathodique. Une fois qu'ils ont déterminé la quantité d'argon perdue par pulvérisation, ils pourraient utiliser l'efficacité de la pulvérisation pour déterminer la perte par pulvérisation d'autres atomes et molécules, y compris le dioxyde de carbone (CO2).

Le CO2 est intéressant parce qu'il est le constituant majeur de l'atmosphère de Mars et parce que c'est un gaz à effet de serre efficace qui peut retenir la chaleur et réchauffer la planète.

"Nous avons déterminé que la majorité du CO2 de la planète a également été perdue dans l'espace par pulvérisation, " a déclaré Jakosky. " Il existe d'autres processus qui peuvent éliminer le CO2, Cela donne donc la quantité minimale de CO2 qui a été perdue dans l'espace."

L'équipe a fait son estimation à l'aide des données sur la haute atmosphère martienne de l'instrument de spectromètre de masse neutre et ionique de MAVEN (NGIMS) soutenues par des mesures de la surface martienne effectuées par l'instrument d'analyse d'échantillons sur Mars (SAM) de la NASA à bord du rover Curiosity.

"Les mesures combinées permettent une meilleure détermination de la quantité d'argon martien perdue dans l'espace sur des milliards d'années, " a déclaré Paul Mahaffy du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Mahaffy, un co-auteur de l'article, est chercheur principal sur l'instrument SAM et responsable de l'instrument NGIMS, qui ont tous deux été développés à la NASA Goddard.

"L'utilisation des mesures des deux plates-formes montre l'intérêt d'avoir plusieurs missions qui effectuent des mesures complémentaires, " dit Mahaffy.

NASA Goddard gère le projet MAVEN et MSL/Curiosity est géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie.