Pour les scientifiques essayant de comprendre à quoi ressemblait l'ancienne Mars, la planète rouge envoie des signaux mitigés. Les vallées et les lits des lacs sculptés par l'eau laissent peu de doute sur le fait que l'eau coulait autrefois à la surface. Mais les modèles climatiques du début de Mars suggèrent que les températures moyennes dans le monde sont restées bien en dessous de zéro.

Une étude récente menée par des géologues de l'Université Brown offre un pont potentiel entre l'histoire « chaude et humide » racontée par la géologie martienne et le passé « froid et glacial » suggéré par les modèles atmosphériques. L'étude montre que c'est plausible, même si Mars était généralement gelé, que les températures quotidiennes maximales en été pourraient se faufiler au-dessus du point de congélation juste assez pour provoquer la fonte des bords des glaciers. Cette eau de fonte, produit en quantités relativement faibles année après année, aurait pu suffire à sculpter les traits observés sur la planète aujourd'hui, concluent les chercheurs.

L'étude est publiée en ligne dans la revue Icare . Ashley Palumbo, un doctorat étudiant à Brown, dirigé le travail avec Jim Head, professeur au département de la Terre de Brown, Sciences de l'environnement et de la planète, et Robin Wordsworth, professeur à la faculté d'ingénierie et de sciences appliquées de Harvard.

Palumbo dit que la recherche a été inspirée par la dynamique climatique trouvée ici sur Terre.

"Nous voyons cela dans les vallées sèches de l'Antarctique, où la variation saisonnière de la température est suffisante pour former et maintenir des lacs même si la température annuelle moyenne est bien en dessous de zéro, " a déclaré Palumbo. "Nous voulions voir si quelque chose de similaire pourrait être possible pour l'ancien Mars."

Les chercheurs ont commencé avec un modèle climatique de pointe pour Mars, qui suppose une atmosphère ancienne composée en grande partie de dioxyde de carbone (comme c'est le cas aujourd'hui). Le modèle produit généralement un Mars précoce froid et glacial, en partie parce que la production d'énergie du soleil aurait été beaucoup plus faible au début de l'histoire du système solaire. Les chercheurs ont exécuté le modèle pour un large espace de paramètres pour des variables qui auraient pu être importantes il y a environ 4 milliards d'années, lorsque les réseaux de vallées emblématiques des hautes terres du sud de la planète se sont formés.

Alors que les scientifiques s'accordent généralement à dire que l'atmosphère martienne était plus épaisse dans le passé, on ne sait pas à quel point il était épais. De même, alors que la plupart des chercheurs s'accordent à dire que l'atmosphère était principalement constituée de dioxyde de carbone, il peut y avoir eu de petites quantités d'autres gaz à effet de serre présents. Palumbo et ses collègues ont donc exécuté le modèle avec diverses épaisseurs atmosphériques plausibles et des quantités supplémentaires de réchauffement de la serre.

On ne sait pas non plus exactement à quoi ressemblaient les variations de l'orbite de Mars il y a 4 milliards d'années, les chercheurs ont donc testé une gamme de scénarios orbitaux plausibles. Ils ont testé différents degrés d'inclinaison de l'axe, qui influence la quantité de lumière solaire que reçoivent les latitudes supérieures et inférieures de la planète, ainsi que différents degrés d'excentricité - la mesure dans laquelle l'orbite de la planète autour du soleil dévie d'un cercle, ce qui peut amplifier les changements de température saisonniers.

Le modèle a produit des scénarios dans lesquels la glace couvrait la région près de l'emplacement des réseaux de vallées. Et tandis que la température annuelle moyenne de la planète dans ces scénarios est restée bien en dessous de zéro, le modèle a produit des températures estivales maximales dans les hautes terres du sud qui ont dépassé le point de congélation.

Pour que ce mécanisme explique éventuellement les réseaux de vallées, il doit produire le bon volume d'eau pendant la durée de formation du réseau de vallées, et l'eau doit ruisseler en surface à des débits comparables à ceux requis pour l'incision du réseau de vallées. Il y a quelques années, Head et Eliot Rosenberg, un premier cycle à Brown à l'époque qui a depuis obtenu son diplôme, a publié une estimation de la quantité minimale d'eau nécessaire pour creuser la plus grande des vallées. En utilisant cela comme un guide, ainsi que des estimations des taux de ruissellement nécessaires et de la durée de formation du réseau de vallées à partir d'autres études, Palumbo a montré que les simulations dans lesquelles l'orbite martienne était très excentrique répondaient effectivement à ces critères. Ce degré d'excentricité requis est bien dans la gamme des orbites possibles pour Mars il y a 4 milliards d'années, dit Palumbo.

Pris ensemble, Palumbo dit, les résultats offrent un moyen potentiel de concilier les preuves géologiques de l'écoulement de l'eau sur Mars au début avec les preuves atmosphériques d'une planète froide et glacée.

"Ce travail ajoute une hypothèse plausible pour expliquer la manière dont l'eau liquide a pu se former au début de Mars, d'une manière similaire à la fonte saisonnière qui produit les ruisseaux et les lacs que nous observons lors de notre travail sur le terrain dans les vallées sèches de l'Antarctique McMurdo, " Head a déclaré. « Nous explorons actuellement d'autres mécanismes de réchauffement candidats, y compris le volcanisme et les cratères d'impact, cela pourrait également contribuer à la fonte d'un Mars précoce froid et glacé."

Ainsi, bien que le travail ne clôture pas le débat « froid et glacial » contre « chaud et humide », cela prouve qu'un Mars précoce principalement gelé était une possibilité distincte.