Pour la première fois dans l'histoire de l'exploration spatiale, les scientifiques ont mesuré les changements saisonniers des gaz qui remplissent l'air directement au-dessus de la surface du cratère Gale sur Mars. Par conséquent, ils ont remarqué quelque chose de déconcertant :de l'oxygène, le gaz que de nombreuses créatures terrestres utilisent pour respirer, se comporte d'une manière que les scientifiques ne peuvent jusqu'à présent expliquer par aucun processus chimique connu.

Au cours de trois années martiennes (ou près de six années terrestres), un instrument du laboratoire de chimie portable Sample Analysis at Mars (SAM) à l'intérieur du ventre du rover Curiosity de la NASA a inhalé l'air du cratère Gale et analysé sa composition. Les résultats crachés par SAM ont confirmé la composition de l'atmosphère martienne en surface :95 % en volume de dioxyde de carbone (CO 2 ), 2,6 % d'azote moléculaire (N 2 ), 1,9% d'argon (Ar), 0,16 % d'oxygène moléculaire (O 2 ), et 0,06 % de monoxyde de carbone (CO). Ils ont également révélé comment les molécules de l'air martien se mélangent et circulent avec les changements de pression atmosphérique tout au long de l'année. Ces changements sont causés lorsque le CO 2 le gaz gèle au-dessus des pôles en hiver, abaissant ainsi la pression de l'air à travers la planète suite à la redistribution de l'air pour maintenir l'équilibre de la pression. Quand le CO 2 s'évapore au printemps et en été et se mélange à travers Mars, il augmente la pression de l'air.

Au sein de cet environnement, les scientifiques ont découvert que l'azote et l'argon suivent un schéma saisonnier prévisible, augmentation et diminution de la concentration dans le cratère Gale tout au long de l'année par rapport à la quantité de CO 2 est dans l'air. Ils s'attendaient à ce que l'oxygène fasse de même. Mais ce n'est pas le cas. Au lieu, la quantité de gaz dans l'air a augmenté jusqu'à 30% au cours du printemps et de l'été, puis est retombé aux niveaux prédits par la chimie connue à l'automne. Ce motif répété chaque printemps, bien que la quantité d'oxygène ajoutée à l'atmosphère varie, impliquant que quelque chose le produisait puis l'enlevait.

"La première fois qu'on a vu ça, c'était juste ahurissant, " a déclaré Sushil Atreya, professeur de sciences du climat et de l'espace à l'Université du Michigan à Ann Arbor. Atreya est co-auteur d'un article sur ce sujet publié le 12 novembre dans le Journal de recherche géophysique :Planètes.

Dès que les scientifiques ont découvert l'énigme de l'oxygène, Les experts de Mars se sont mis au travail pour essayer de l'expliquer. Ils ont d'abord vérifié deux fois et trois fois la précision de l'instrument SAM qu'ils utilisaient pour mesurer les gaz :le spectromètre de masse quadripolaire. L'instrument était bien. Ils ont envisagé la possibilité que le CO 2 ou de l'eau (H 2 O) les molécules auraient pu libérer de l'oxygène lorsqu'elles se sont brisées dans l'atmosphère, conduisant à la hausse de courte durée. Mais il faudrait cinq fois plus d'eau au-dessus de Mars pour produire l'oxygène supplémentaire, et Cie 2 se désagrège trop lentement pour le générer en si peu de temps. Qu'en est-il de la diminution de l'oxygène? Le rayonnement solaire aurait-il pu briser les molécules d'oxygène en deux atomes qui se sont envolés dans l'espace ? Non, les scientifiques ont conclu, car il faudrait au moins 10 ans pour que l'oxygène disparaisse à travers ce processus.

"Nous avons du mal à expliquer cela, " a déclaré Melissa Trainer, un scientifique planétaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland qui a dirigé cette recherche. "Le fait que le comportement de l'oxygène ne soit pas parfaitement reproductible à chaque saison nous fait penser qu'il ne s'agit pas d'un problème lié à la dynamique atmosphérique. Il doit s'agir d'une source et d'un puits chimiques que nous ne pouvons pas encore expliquer."

Aux scientifiques qui étudient Mars, l'histoire de l'oxygène est curieusement similaire à celle du méthane. Le méthane est constamment dans l'air à l'intérieur du cratère Gale en si petites quantités (0,0000004% en moyenne) qu'il est à peine discernable même par les instruments les plus sensibles sur Mars. Toujours, il a été mesuré par le spectromètre laser accordable de SAM. L'instrument a révélé que tandis que le méthane monte et descend de façon saisonnière, il augmente en abondance d'environ 60% pendant les mois d'été pour des raisons inexplicables. (En réalité, le méthane augmente également de manière aléatoire et spectaculaire. Les scientifiques essaient de comprendre pourquoi.)

Avec les nouvelles découvertes d'oxygène en main, L'équipe du formateur se demande si une chimie similaire à celle qui est à l'origine des variations saisonnières naturelles du méthane peut également entraîner celle de l'oxygène. Au moins occasionnellement, les deux gaz semblent fluctuer en tandem.

"Nous commençons à voir cette corrélation alléchante entre le méthane et l'oxygène pendant une bonne partie de l'année martienne, " dit Atreya. " Je pense qu'il y a quelque chose là-dedans. Je n'ai tout simplement pas encore les réponses. Personne ne le fait."

L'oxygène et le méthane peuvent être produits à la fois biologiquement (à partir de microbes, par exemple) et abiotique (issu de la chimie liée à l'eau et aux roches). Les scientifiques envisagent toutes les options, bien qu'ils n'aient aucune preuve convaincante d'une activité biologique sur Mars. Curiosity ne dispose pas d'instruments capables de dire avec certitude si la source du méthane ou de l'oxygène sur Mars est biologique ou géologique. Les scientifiques s'attendent à ce que les explications non biologiques soient plus probables et travaillent avec diligence pour les comprendre pleinement.

L'équipe du formateur considérait le sol martien comme une source d'oxygène supplémentaire au printemps. Après tout, il est connu pour être riche en élément, sous forme de composés tels que le peroxyde d'hydrogène et les perchlorates. Une expérience sur les atterrisseurs Viking a montré il y a des décennies que la chaleur et l'humidité pouvaient libérer de l'oxygène du sol martien. Mais cette expérience s'est déroulée dans des conditions assez différentes de l'environnement de la source martienne, et ça n'explique pas la baisse d'oxygène, entre autres problèmes. D'autres explications possibles ne correspondent pas tout à fait pour l'instant. Par exemple, le rayonnement à haute énergie du sol pourrait produire de l'O supplémentaire 2 dans l'air, mais il faudrait un million d'années pour accumuler suffisamment d'oxygène dans le sol pour expliquer l'augmentation mesurée en un seul printemps, les chercheurs rapportent dans leur article.

"Nous n'avons pas encore été en mesure de proposer un processus qui produit la quantité d'oxygène dont nous avons besoin, mais nous pensons que ce doit être quelque chose dans le sol de surface qui change de façon saisonnière parce qu'il n'y a pas assez d'atomes d'oxygène disponibles dans l'atmosphère pour créer le comportement que nous voyons, " a déclaré Timothy McConnochie, chercheur adjoint à l'Université du Maryland à College Park et un autre co-auteur de l'article.

Le seul vaisseau spatial précédent doté d'instruments capables de mesurer la composition de l'air martien près du sol était les deux atterrisseurs Viking de la NASA, qui est arrivé sur la planète en 1976. Les expériences Viking n'ont couvert que quelques jours martiens, bien que, ils ne pouvaient donc pas révéler les schémas saisonniers des différents gaz. Les nouvelles mesures SAM sont les premières à le faire. L'équipe SAM continuera à mesurer les gaz atmosphériques afin que les scientifiques puissent recueillir des données plus détaillées tout au long de chaque saison. En attendant, Trainer et son équipe espèrent que d'autres experts de Mars travailleront pour résoudre le mystère de l'oxygène.

"C'est la première fois que nous voyons ce comportement intéressant sur plusieurs années. Nous ne le comprenons pas totalement, " Dit l'entraîneur. " Pour moi, c'est un appel ouvert à toutes les personnes intelligentes qui s'intéressent à cela :voyez ce que vous pouvez proposer. »