La faible gravité et l'absence de champ magnétique de la planète rouge font de son atmosphère la plus externe une cible facile à emporter par le vent solaire, mais de nouvelles preuves du vaisseau spatial Mars Express de l'ESA montrent que le rayonnement du Soleil peut jouer un rôle surprenant dans son évasion.

Pourquoi les atmosphères des planètes rocheuses du système solaire interne ont évolué si différemment sur 4,6 milliards d'années est la clé pour comprendre ce qui rend une planète habitable. Alors que la Terre est un monde aquatique riche en vie, notre petit voisin Mars a perdu une grande partie de son atmosphère au début de son histoire, passant d'un environnement chaud et humide aux plaines froides et arides que nous observons aujourd'hui. Par contre, Vénus, l'autre voisine de la Terre, qui bien qu'inhospitalier aujourd'hui est comparable en taille à notre propre planète, et a une atmosphère dense.

On pense souvent qu'un moyen d'aider à protéger l'atmosphère d'une planète consiste à utiliser un champ magnétique généré en interne, comme sur Terre. Le champ magnétique dévie les particules chargées du vent solaire lorsqu'elles s'éloignent du Soleil, creusant une « bulle » protectrice – la magnétosphère – autour de la planète.

Sur Mars et Vénus, qui ne génèrent pas de champ magnétique interne, le principal obstacle au vent solaire est la haute atmosphère, ou ionosphère. Tout comme sur Terre, le rayonnement ultraviolet solaire sépare les électrons des atomes et des molécules dans cette région, créant une région de gaz électriquement chargé – ionisé :l'ionosphère. Sur Mars et Vénus cette couche ionisée interagit directement avec le vent solaire et son champ magnétique pour créer une magnétosphère induite, qui agit pour ralentir et détourner le vent solaire autour de la planète.

Depuis 14 ans, Mars Express de l'ESA a étudié les ions chargés, comme l'oxygène et le dioxyde de carbone, dans l'espace afin de mieux comprendre la vitesse à laquelle l'atmosphère s'échappe de la planète.

L'étude a révélé un effet surprenant, le rayonnement ultraviolet du Soleil jouant un rôle plus important qu'on ne le pensait auparavant.

"Nous avions l'habitude de penser que l'échappement des ions se produit en raison d'un transfert efficace de l'énergie du vent solaire à travers la barrière magnétique induite par martienne vers l'ionosphère, " dit Robin Ramstad de l'Institut suédois de physique spatiale, et auteur principal de l'étude Mars Express.

"C'est peut-être contre-intuitif, ce que nous voyons en fait, c'est que l'augmentation de la production d'ions déclenchée par le rayonnement solaire ultraviolet protège l'atmosphère de la planète de l'énergie transportée par le vent solaire, mais très peu d'énergie est en fait nécessaire pour que les ions s'échappent d'eux-mêmes, en raison de la faible gravité liant l'atmosphère à Mars."

La nature ionisante du rayonnement solaire produit plus d'ions que le vent solaire ne peut en éliminer. Bien que la production accrue d'ions aide à protéger la basse atmosphère de l'énergie transportée par le vent solaire, le chauffage des électrons semble être suffisant pour entraîner les ions dans toutes les conditions, créant un « vent polaire ». La faible gravité de Mars - environ un tiers de celle de la Terre - signifie que la planète ne peut pas retenir ces ions et qu'ils s'échappent facilement dans l'espace, indépendamment de l'énergie supplémentaire fournie par un vent solaire fort.

A Vénus, où la gravité est similaire à celle de la Terre, il faut beaucoup plus d'énergie pour décaper l'atmosphère de cette façon, et les ions quittant le côté solaire retomberaient probablement vers la planète du côté sous le vent à moins qu'ils ne soient accélérés davantage.

"Nous concluons donc qu'à l'heure actuelle, l'échappement des ions de Mars est principalement limité à la production, et non limité en énergie, alors qu'à Vénus, il est susceptible d'être limité en énergie étant donné la gravité plus élevée de la plus grande planète et son taux d'ionisation élevé, étant plus proche du Soleil, " ajoute Robin.

"En d'autres termes, le vent solaire n'a probablement eu qu'un très petit effet direct sur la quantité d'atmosphère de Mars qui a été perdue au fil du temps, et ne fait qu'améliorer l'accélération des particules déjà en train de s'échapper."

"Surveillance continue de Mars depuis 2004, qui couvrait le changement de l'activité solaire du minimum solaire au maximum, nous donne un vaste ensemble de données qui est vital pour comprendre le comportement à long terme de l'atmosphère d'une planète et son interaction avec le Soleil, " dit Dmitri Titov, Scientifique du projet Mars Express de l'ESA. "Collaboration avec la mission MAVEN de la NASA, qui est sur Mars depuis 2014, nous permet également d'étudier plus en détail les processus d'échappement atmosphérique."

L'étude a également des implications pour la recherche d'atmosphères semblables à la Terre ailleurs dans l'univers.

"Peut-être qu'un champ magnétique n'est pas aussi important pour protéger l'atmosphère d'une planète que la gravité de la planète elle-même, qui définit dans quelle mesure il peut s'accrocher à ses particules atmosphériques après qu'elles aient été ionisées par le rayonnement solaire, quelle que soit la puissance du vent solaire, " ajoute Dmitri.