Mars avait autrefois des océans mais est maintenant à sec, laissant beaucoup à se demander comment l'eau a été perdue. Des chercheurs de l'Université d'Arizona ont découvert une quantité d'eau étonnamment importante dans la haute atmosphère de Mars, où il est rapidement détruit, expliquant une partie de ce mystère martien.

Pierre Shane, un étudiant diplômé du UArizona Lunar and Planetary Laboratory et auteur principal d'un nouvel article publié aujourd'hui dans Science , se décrit comme un chimiste planétaire. Autrefois chimiste de laboratoire qui a aidé à développer des polymères pouvant être utilisés pour envelopper et administrer plus efficacement des médicaments thérapeutiques, il étudie maintenant la chimie des atmosphères planétaires.

Depuis 2014, il a travaillé sur la mission NASA MAVEN, abréviation de Mars Atmosphere et Volatile EvolutioN. Le vaisseau spatial MAVEN a commencé à orbiter autour de Mars en 2014 et enregistre depuis la composition de la haute atmosphère du voisin planétaire de la Terre.

"Nous savons qu'il y a des milliards d'années, il y avait de l'eau liquide à la surface de Mars, " dit Stone. " Il devait y avoir une atmosphère plus épaisse, nous savons donc que Mars a perdu la majorité de son atmosphère dans l'espace. MAVEN cherche à caractériser les processus responsables de cette perte, et une partie de cela consiste à comprendre exactement comment Mars a perdu son eau."

Les co-auteurs de l'étude incluent Roger Yelle, un professeur de sciences planétaires de l'UArizona et conseiller de recherche de Stone, ainsi que des chercheurs du Goddard Space Flight Center de la NASA et du Center for Research and Exploration in Space Science and Technology du Maryland.

Surveiller l'eau

Alors que MAVEN est en orbite autour de Mars, il plonge dans l'atmosphère de la planète toutes les 4 1/2 heures. L'instrument NGIMS embarqué, abréviation de gaz neutre et spectromètre de masse ionique, a mesuré l'abondance de molécules d'eau chargées appelées ions dans la haute atmosphère martienne, à environ 100 miles de la surface de la planète. A partir de ces informations, les scientifiques peuvent déduire la quantité d'eau présente dans l'atmosphère.

Des observations passées à l'aide de MAVEN et du télescope spatial Hubble ont montré que la perte d'eau de la haute atmosphère martienne varie avec les saisons. Par rapport à la Terre, Mars emprunte une trajectoire plus ovale autour du soleil et s'en rapproche le plus en été dans l'hémisphère sud martien.

Stone et son équipe ont découvert que lorsque Mars est le plus proche du soleil, la planète se réchauffe, et plus d'eau - trouvée à la surface sous forme de glace - se déplace de la surface vers la haute atmosphère où elle se perd dans l'espace. Cela se produit une fois par an martien ou environ tous les deux ans terrestres. Les tempêtes de poussière régionales qui se produisent sur Mars chaque année martienne et les tempêtes de poussière mondiales qui se produisent sur la planète environ une fois tous les 10 ans entraînent un réchauffement supplémentaire de l'atmosphère et une augmentation du mouvement ascendant de l'eau.

Les processus qui rendent possible ce mouvement cyclique contredisent l'image classique de la fuite d'eau de Mars, montrer qu'il est incomplet, dit Pierre. Selon le procédé classique, la glace d'eau se transforme en gaz et est détruite par les rayons du soleil dans la basse atmosphère. Ce processus, cependant, jouerait comme un lent, filet régulier, insensible aux saisons ou aux tempêtes de poussière, qui ne concorde pas avec les observations actuelles.

"C'est important parce que nous ne nous attendions pas du tout à voir de l'eau dans la haute atmosphère de Mars, " dit Stone. " Si nous comparons Mars à la Terre, l'eau sur Terre est confinée près de la surface à cause de ce qu'on appelle l'hygropause. C'est juste une couche dans l'atmosphère qui est suffisamment froide pour condenser (et donc arrêter) toute vapeur d'eau qui monte."

L'équipe soutient que l'eau dépasse ce qui devrait être l'hygropause de Mars, qui est probablement trop chaud pour arrêter la vapeur d'eau. Une fois dans la haute atmosphère, les molécules d'eau sont brisées par les ions très rapidement - en quatre heures, ils calculent - et les sous-produits sont ensuite perdus dans l'espace.

"La perte de son atmosphère et de son eau dans l'espace est l'une des principales raisons pour lesquelles Mars est froide et sèche par rapport à la Terre chaude et humide. Ces nouvelles données de MAVEN révèlent un processus par lequel cette perte se produit encore aujourd'hui, " dit Pierre.

Un monde sec et poussiéreux

Lorsque l'équipe a extrapolé ses découvertes à 1 milliard d'années, ils ont découvert que ce processus peut expliquer la perte d'un océan mondial d'environ 17 pouces de profondeur.

"Si nous prenions de l'eau et la répandions uniformément sur toute la surface de Mars, cet océan d'eau perdu dans l'espace en raison du nouveau processus que nous décrivons aurait plus de 17 pouces de profondeur, " Stone a déclaré. " 6,7 pouces supplémentaires seraient perdus en raison uniquement des effets des tempêtes de poussière mondiales. "

Pendant les tempêtes de poussière mondiales, 20 fois plus d'eau peut être transportée dans la haute atmosphère. Par exemple, une tempête de poussière mondiale d'une durée de 45 jours libère la même quantité d'eau dans l'espace que Mars perdrait au cours d'une année martienne calme, ou 687 jours terrestres.

Et tandis que Stone et son équipe ne peuvent pas extrapoler plus d'un milliard d'années, il pense que ce processus n'a probablement pas fonctionné de la même manière avant cela, parce que Mars aurait pu avoir une hygropause plus forte il y a longtemps.

« Avant que le processus que nous décrivons ne commence à fonctionner, il doit déjà y avoir eu une quantité importante d'échappement atmosphérique dans l'espace, " Stone a déclaré. "Nous devons encore déterminer l'impact de ce processus et quand il a commencé à fonctionner."

À l'avenir, Stone aimerait étudier l'atmosphère de la lune de Saturne, Titan.

"Titan a une atmosphère intéressante dans laquelle la chimie organique joue un rôle important, " dit Stone. " En tant qu'ancien chimiste organique de synthèse, Je suis impatient d'enquêter sur ces processus."