S'il existe de l'eau liquide à la surface de Mars, il se présente très probablement sous la forme d'un mélange saumâtre avec des sels de chlorate de magnésium, selon de nouvelles expériences basées sur des découvertes précédemment faites par les atterrisseurs Phoenix et Viking de la NASA, ainsi que le rover Curiosity.

Scientifiques du Département des sciences de la Terre et de l'espace de l'Université de Washington, Seattle, étudié des mélanges d'eau avec des sels connus pour exister sur Mars, pour déterminer lesquels étaient les plus susceptibles d'être liquides à la surface de Mars. Les expériences ont comparé la pression de vapeur et la capacité d'absorption d'eau des solutions salines. Les résultats suggèrent que l'eau mélangée avec du chlorate de magnésium serait moins susceptible de s'évaporer ou de geler sur Mars par rapport à l'eau mélangée avec du chlorate de sodium ou de potassium. Les résultats seront présentés dans le numéro de septembre 2018 de Lettres des sciences de la Terre et des planètes .

Des gaz, liquides et solides

Le « point triple » d'une substance est la température et la pression auxquelles elle peut coexister dans les trois phases :gaz, liquide et solide. Pour l'eau, le point triple se trouve à 0,01 degrés Celsius (32 degrés Fahrenheit) et 6,12 millibars, ou 0,6% de la pression atmosphérique à la surface de la Terre. En d'autres termes, on pourrait imaginer un seau d'eau au point triple, où l'eau existe sous forme de glace flottant sur une couche d'eau liquide, avec de la vapeur d'eau juste au-dessus de la glace qui s'en est sublimée ou évaporée. La vapeur qui est en contact avec la glace exerce une pression sur la glace, que nous appelons la pression de vapeur.

Bien que dans certaines régions équatoriales de Mars, les conditions optimales puissent être juste en dessous du point triple de l'eau, pour le reste de la planète, les températures sont généralement bien en dessous du point triple. Lorsque la pression atmosphérique est inférieure à la pression de vapeur d'un liquide, le liquide s'évapore. L'eau pure s'évaporerait rapidement sous la mince atmosphère martienne, soit environ 1% de celui de la Terre. Solutions salines, cependant, ne pas s'évaporer ou congeler aussi facilement, et serait donc plus susceptible de rester liquide sur Mars.

Comprendre quelles combinaisons de sel et d'eau sont les plus susceptibles de rester liquides pourrait nous aider à nous dire où chercher des preuves d'eau liquide, et donc peut-être la vie, sur la planète rouge.

Les solutions salines sont hygroscopiques, ce qui signifie qu'ils sont bons pour absorber l'eau. Certains sels peuvent être capables d'absorber même de petites quantités d'eau disponible sur Mars. De nombreux types de sels se trouvent sur Mars, comme les chlorures, sulfates, chlorates, et perchlorates. Ceux-ci peuvent être trouvés partout sur la surface martienne, selon les données de diverses missions d'atterrisseur et de rover.

En 2008, l'analyseur thermique de gaz émis par l'atterrisseur Phoenix (TEGA), qui faisait partie de son laboratoire de chimie humide embarqué, trouvé des perchlorates dans des échantillons de sol de la région polaire nord de Mars, à des concentrations de 0,4 à 0,6 %. Cela a encouragé les scientifiques à réanalyser les données d'échantillons de sol provenant des missions d'atterrisseur Viking, qui a eu lieu dans les années 1970.

La nouvelle analyse a suggéré que le sol trouvé à Chryse et Utopia Planitiae par les atterrisseurs vikings contenait des perchlorates à une concentration inférieure ou égale à 0,1%. Puis, en 2013, l'instrument d'analyse d'échantillons sur Mars (SAM) du rover Curiosity a trouvé du perchlorate de calcium dans des échantillons de sol de Rocknest, qui est un endroit dans le cratère Gale.

Plus récemment, l'instrument Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) à bord du Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA a détecté du perchlorate de magnésium, le chlorate de magnésium et le perchlorate de sodium dans les lignes de pente récurrentes. Ce sont des traînées descendant la pente pendant la saison martienne plus chaude et, pendant un temps, on pensait fortement qu'elles étaient produites par l'eau courante. A cause des sels, l'atmosphère raréfiée et les températures glaciales, une telle eau serait probablement saumâtre plutôt que pure. Bien que les résultats suggèrent maintenant que les flux de matière sèche produisent en quelque sorte les stries, il reste possible que l'eau puisse encore exister sous forme liquide quelque part à la surface de Mars.

Mélanger les sels

Lequel de ces chlorates et perchlorates serait le plus susceptible d'être dissous dans l'eau dans des conditions martiennes ?

Jonathan Toner et David Catling de l'Université de Washington avaient déjà modélisé les données du Wet Chemistry Lab de Phoenix, pour comprendre comment les différents sels se comportent dans les températures glaciales de Mars. Ils ont découvert que les échantillons de sol contenaient probablement du sulfate de magnésium, perchlorate de magnésium, perchlorate de sodium, perchlorate de potassium, chlorure de sodium et carbonate de calcium.

Dans leur dernière étude, Toner et Catling ont fabriqué des solutions à partir de ces sels. Ils ont trouvé que, de tous les mélanges d'eau salée, la solution de chlorate de magnésium avait la pression de vapeur la plus faible. Cela signifie qu'il est le moins susceptible de s'évaporer ou de geler et qu'il est le plus susceptible d'absorber les faibles niveaux d'humidité présents dans l'atmosphère martienne.

Alors pour trouver de l'eau liquide sur Mars, les scientifiques devraient-ils uniquement rechercher des sites sur Mars riches en chlorate de magnésium ?

"Tous les sels présents dans les sols de Mars seront probablement sous forme de mélange de sels, il est donc important de mesurer les propriétés de ces mélanges, " dit Toner. Sur la base de la chimie du sol mesurée par l'atterrisseur Phoenix, Toner dit que les mélanges de chlorate de sodium et de magnésium sont très probables, alors que des mélanges de chlorate de calcium sont peu susceptibles d'être trouvés.

"Les sels de chlore pourraient être beaucoup plus abondants que les perchlorates sur Mars, " Toner ajoute. " Nos résultats indiquent que les chlorates peuvent avoir une capacité encore plus grande à former de l'eau que les perchlorates par déliquescence [c'est-à-dire. absorbant l'humidité et s'y dissolvant] et la fonte des glaces.

De l'eau pour la vie

Pourrait-il y avoir assez d'eau dans ces saumures pour soutenir la vie microbienne ? Des études sur des extrêmophiles cultivés dans des solutions de perchlorate et de chlorate suggèrent que les microbes pourraient survivre dans les saumures qui pourraient exister sur Mars. Un groupe de scientifiques dirigé par Mark Schneegurt, professeur de sciences biologiques à la Wichita State University au Kansas, ETATS-UNIS, ont constaté que plusieurs espèces de halotolérants, c'est-à-dire des bactéries tolérantes au sel, ont pu se développer dans des concentrations élevées de sels de chlorate.

"Jusque là, nous avons cultivé des bactéries dans des chlorates à plus de la moitié de leur concentration [de fusion la plus basse], [ce qui est] ce à quoi nous nous attendrions sur Mars, " dit Schneegurt. " Bien que nous n'ayons pas montré que les microbes peuvent se développer aux concentrations les plus élevées nécessaires, lorsque nous avons commencé, il n'était pas clair que les microbes pouvaient même se développer dans les 0,6% trouvés par Phoenix. Nous sommes actuellement à plus de 25 % et nous allons plus haut. Nous avons montré une croissance microbienne dans ces conditions salines et ces sels sont courants sur Mars."

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