La lune martienne Phobos orbite à travers un flux d'atomes et de molécules chargés qui s'écoulent de l'atmosphère de la planète rouge, de nouvelles recherches montrent.

Beaucoup de ces particules chargées, ou des ions, d'oxygène, carbone, azote, et argon, s'échappent de Mars depuis des milliards d'années alors que la planète perd son atmosphère. Certains ions, les scientifiques prédisent, se sont écrasés dans la surface de Phobos et pourraient être conservés dans sa couche supérieure, selon un article publié le 1er février dans la revue Géosciences de la nature .

Cela signifie que si le sol de Phobos était analysé dans des laboratoires sur Terre, il pourrait révéler des informations clés sur l'évolution de l'atmosphère martienne, disent les chercheurs. Mars avait autrefois une atmosphère suffisamment épaisse pour supporter de l'eau liquide à sa surface; aujourd'hui, il est moins de 1% aussi dense que celui de la Terre.

"Nous savions que Mars avait perdu son atmosphère au profit de l'espace, et maintenant nous savons qu'une partie s'est retrouvée sur Phobos, " dit Quentin Nénon, chercheur au Space Sciences Laboratory de l'Université de Californie, Berkeley, et l'auteur principal de l'étude.

Phobos est l'une des deux lunes de Mars (l'autre s'appelle Deimos). Il orbite intimement près de la planète rouge, environ 60 fois plus près que la Lune orbite autour de la Terre, mesuré approximativement d'une surface à l'autre. Difforme, grêlé de cratères, et 100 fois plus petit de diamètre que la lune de la Terre, Phobos est la source d'une grande controverse parmi les scientifiques. Le mystère est d'où viennent Phobos et Deimos ? Sont-ils des astéroïdes qui ont été capturés par la gravité martienne, ou des satellites naturels de Mars qui ont été engendrés par le même nuage qui a créé la planète ? Il est également possible qu'ils se soient formés à partir des débris qui ont vomi lorsque Mars est entré en collision avec quelque chose, similaire à la façon dont notre lune se serait formée après la collision de la Terre avec un objet rocheux.

Afin d'aider à régler le débat, L'Agence japonaise d'exploration aérospatiale se prépare à envoyer la sonde d'exploration des lunes martiennes (MMX) à Phobos en 2024 pour collecter les premiers échantillons de sa surface et les livrer sur Terre. Mais ces échantillons, Nénon a noté, pourrait révéler bien plus que l'origine de Phobos si MMX devait atterrir sur la face proche de la lune, ou le côté qui fait toujours face à Mars.

Phobos est verrouillé par la marée sur Mars, comme la lune de la Terre est verrouillée à la Terre, montrant ainsi toujours la planète d'un seul côté. Par conséquent, les roches de la face proche de Phobos ont été baignées pendant des millénaires d'atomes et de molécules martiennes. Les recherches de Nénon montrent que la couche superficielle supérieure du côté proche de Phobos a été soumise à 20 à 100 fois plus d'ions martiens capricieux que son côté éloigné.

"Avec un échantillon du côté proche, " Nénon a dit, "nous pouvions voir une archive de l'atmosphère passée de Mars dans les couches peu profondes de grain, tandis que plus profondément dans le grain, nous pouvions voir la composition primitive de Phobos."

L'équipe de Nénon a analysé les données de Mars Atmosphere et Volatile EvolutioN de la NASA, ou MAVEN, vaisseau spatial pour parvenir à cette conclusion. MAVEN collecte des données sur l'orbite de Mars depuis plus de six ans afin d'aider les scientifiques à comprendre comment Mars a perdu son atmosphère et de fournir d'autres informations scientifiques importantes sur l'évolution du climat de la planète. Depuis que le vaisseau spatial a traversé l'orbite de Phobos environ cinq fois par jour terrestre alors qu'il faisait le tour de Mars au cours de sa mission principale, Nénon et ses collègues ont pensé qu'ils pourraient utiliser les mesures MAVEN pour apprendre quelque chose sur Phobos, d'autant plus qu'il est la cible de la prochaine mission MMX.

Ils se sont appuyés sur l'instrument de composition suprathermique et ionique thermique de MAVEN, ou STATIQUE, mesurer les ions martiens sur l'orbite de Phobos. STATIC mesure l'énergie cinétique et la vitesse des particules entrantes. Cela permet aux scientifiques de calculer leur masse. Sur la base des différentes masses d'ions mesurées, STATIC a déterminé quelles particules venaient de Mars plutôt que du Soleil. Le Soleil émet également des ions détruisant l'atmosphère, bien que principalement ceux avec une masse beaucoup plus faible. Les scientifiques ont ensuite estimé combien d'ions pourraient atteindre la surface de Phobos et à quelle profondeur ils seraient implantés (pas plus de plusieurs centaines de nanomètres, qui est environ 250 fois moins profonde que la largeur d'un cheveu humain).

"Ce que Quentin a fait, c'est de mener des enquêtes que nous avons faites sur la lune et sur d'autres lunes du système solaire et d'appliquer les mêmes méthodes à Phobos pour la première fois, " a déclaré Andrew Poppe, chercheur associé au Space Sciences Laboratory et co-auteur de l'article Phobos.

En effet, étudier les lunes pour en savoir plus sur leurs planètes mères est une pratique courante. La lune de la Terre, par exemple, sans atmosphère, vent, ou de l'eau pour dépouiller sa surface d'indices anciens, est considéré par les scientifiques comme l'archive la mieux conservée que nous ayons du système solaire primitif.

"Ce que nous avons vu dans les échantillons d'Apollo, c'est que la lune a patiemment enregistré des atomes individuels provenant du Soleil et de la Terre, " Poppe a déclaré. "C'est un record historique vraiment cool."

Les scientifiques espèrent que davantage d'échantillons de la surface de la lune nous renseigneront sur l'atmosphère ancienne de la Terre ou sur le champ magnétique primitif. Poppé, dont les collègues de Berkeley ont conçu et construit l'instrument STATIC, a dit qu'il se demandait si la surface de Phobos serait capable de révéler des informations sur Mars au début, lorsque la planète semble avoir été chaude et humide.

Alors quand il s'est retrouvé, il y a plusieurs années, sans service internet au labo, "J'ai été obligé de discuter avec mes collègues autour d'un café car nous n'avions rien de mieux à faire, " a déclaré Poppe. Il leur a demandé si Phobos pouvait être soumis à des ions martiens comme la lune de la Terre est souvent soumise à des particules provenant de la Terre. " Voyez-vous des preuves de cela? ", a-t-il demandé.

Personne ne s'était penché là-dessus, alors Poppe a fait une modélisation informatique qui a indiqué qu'il était sur quelque chose. Lorsque Nénon a rejoint le Laboratoire des sciences spatiales en 2019, il a proposé de se pencher sur les données de MAVEN pour savoir si le modèle de Poppe était correct. Il s'avère que c'était le cas. "J'espère donc que cette découverte aura un impact sur les activités scientifiques de la mission MMX, " dit Nénon.