De nouvelles recherches ont révélé qu'un impact géant sur Mars il y a plus de quatre milliards d'années expliquerait la quantité inhabituelle d'éléments "amoureux du fer" sur la planète rouge.

Les planètes se forment lorsque de petits grains de poussière se collent et s'agglomèrent avec d'autres grains, menant à des corps plus gros appelés "planétésimaux". Ces planétésimaux continuent à entrer en collision les uns avec les autres et sont soit éjectés du système solaire, englouti par le soleil, ou former une planète. Ce n'est pas la fin de l'histoire, car les planètes continuent d'accumuler de la matière bien après leur formation. Ce processus est connu sous le nom d'accrétion tardive, et cela se produit lorsque les fragments restants de la formation des planètes pleuvent sur les jeunes planètes.

Le planétologue Ramon Brasser du Tokyo Institute of Technology et le géologue Stephen Mojzsis de l'Université du Colorado, Boulder a examiné de plus près un impact colossal lors de l'accrétion tardive de Mars qui pourrait expliquer la quantité inhabituelle d'éléments métalliques rares dans le manteau de Mars, qui est la couche sous la croûte de la planète. Leur article récemment publié, "Un impact colossal a enrichi le manteau de Mars en métaux nobles, " paru dans le journal Lettres de recherche géophysique .

Quand les proto-planètes accumulent suffisamment de matière, des métaux tels que le fer et le nickel commencent à se séparer et à couler pour former le noyau. Cela explique pourquoi le noyau de la Terre est principalement composé de fer, et on s'attend à ce que les éléments qui se lient facilement au fer devraient également exister principalement dans le noyau. Des exemples de tels éléments « amoureux du fer », connus sous le nom de sidérophiles, sont en or, platine et iridium, pour n'en nommer que quelques-uns. Tout comme Mars, cependant, il y a plus de sidérophiles dans le manteau terrestre que ne le laisserait supposer le processus de formation du noyau.

"Des expériences à haute pression indiquent que ces métaux ne devraient pas être dans le manteau. Ces métaux n'aiment pas être dissous dans du silicate et préfèrent plutôt s'enfoncer à travers le manteau dans le noyau de la Terre, " Brasser dit Astrobiology Magazine. " Le fait que nous les ayons du tout signifie qu'ils doivent être arrivés après que le noyau et le manteau se soient séparés, quand il est devenu beaucoup plus difficile pour ces métaux d'atteindre le noyau.

Un article de 2016 de Brasser et de ses collègues a montré de manière concluante qu'un impact géant est la meilleure explication de l'abondance élevée d'éléments sidérophiles de la Terre.

La quantité de sidérophiles accumulés lors de l'accrétion tardive devrait être proportionnelle à la « section efficace gravitationnelle » de la planète. Cette section transversale est en fait le réticule qu'un impacteur « voit » lorsqu'il s'approche d'une planète cible. La section transversale gravitationnelle s'étend au-delà de la planète elle-même, car la gravité du monde dirigera un objet vers lui même lorsque l'objet n'était pas sur une trajectoire de collision directe. Ce processus est appelé focalisation gravitationnelle.

L'article précédent montrait que la Terre a plus de sidérophiles dans le manteau qu'elle ne le devrait, même selon la théorie de la section efficace gravitationnelle. Les scientifiques ont expliqué cela en montrant qu'un impact d'un corps de taille lunaire sur la Terre (en plus de l'événement qui a formé la lune) aurait enrichi le manteau avec suffisamment de sidérophiles pour expliquer la valeur actuelle.

Un impact géant précoce

L'analyse des météorites martiennes montre que Mars a accumulé 0,8 pour cent en masse (pour cent en poids, ou pourcentage en poids) de matière par accrétion tardive. Dans le nouveau journal, Brasser et Mojzsis montrent que pour que Mars ait modifié sa masse d'environ 0,8 % en poids lors d'un seul événement d'impact, il fallait un corps d'au moins 1, 200 kilomètres de diamètre.

Ils soutiennent en outre qu'un tel impact aurait dû se produire il y a quelque temps entre 4,5 et 4,4 milliards d'années. Des études de cristaux de zircon dans d'anciennes météorites martiennes peuvent être utilisées pour dater la formation de la croûte martienne il y a avant 4,4 milliards d'années. En tant que tel, un impact géant aurait dû provoquer une fonte de la croûte à grande échelle et un événement aussi catastrophique a dû se produire avant la preuve de la plus ancienne croûte. Si l'impact s'est produit aussi tôt dans l'histoire de la planète qu'il y a 4,5 milliards d'années, alors les sidérophiles auraient dû être éliminés lors de la formation du noyau. Cet historique fournit des contraintes fermes sur le moment où l'impact s'est produit.

Comprendre l'accrétion tardive n'est pas seulement important pour expliquer l'abondance des sidérophiles, mais aussi pour fixer une limite supérieure à l'âge de la biosphère terrestre.

« Lors de chaque impact, un petit morceau de la croûte terrestre est fondu localement, " dit Brasser. " Lorsque l'accrétion est très intense, presque toute la croûte terrestre est en fusion. Au fur et à mesure que l'intensité de l'accrétion diminue, la quantité de fonte crustale diminue également. Nous soutenons que le moment le plus précoce où vous pourriez former une biosphère est lorsque l'accrétion est suffisamment faible pour que moins de 50 pour cent de la croûte soit fondue à un moment donné. »

La surface de Mars présente également une dichotomie inhabituelle, ce qui pourrait s'expliquer par un impact géant. L'hémisphère sud existe comme un ancien terrain de cratères, et l'hémisphère nord semble plus jeune et plus lisse et a été influencé par un volcanisme extensif. Un impact géant aurait également pu créer les lunes martiennes, Déimos et Phobos, bien qu'une théorie alternative soit que le Phobos hautement poreux pourrait être un astéroïde capturé.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .