Comprendre l'ozone sur Mars. Crédit :Agence spatiale européenne
Des études à long terme sur l'ozone et la vapeur d'eau dans l'atmosphère de Mars pourraient conduire à une meilleure compréhension de la chimie atmosphérique de la Terre. Une nouvelle analyse des données de la mission Mars Express de l'ESA a révélé que notre connaissance de la façon dont ces gaz atmosphériques interagissent les uns avec les autres est incomplète.
En utilisant quatre années martiennes d'observations de l'instrument SPICAM (Spectroscopy for the Investigation of the Features of the Atmosphere of Mars), ce qui correspond à sept années terrestres et demie, une équipe de chercheurs d'Europe et de Russie a découvert une lacune dans nos connaissances en essayant de reproduire leurs données avec un modèle climatique global de Mars.
L'ozone et la vapeur d'eau ne font pas de bons compagnons atmosphériques. L'ozone (O
Sur Mars, puisque le dioxyde de carbone est omniprésent, il devrait y avoir une signature mondiale de l'ozone, à moins qu'une région particulière ne contienne de la vapeur d'eau. Dans cette circonstance, l'eau sera divisée en radicaux d'hydrogène, qui réagira avec la molécule d'ozone et la séparera.
Ainsi, partout où SPICAM a détecté de la vapeur d'eau, il aurait dû voir une diminution de l'ozone. Plus il y a de vapeur d'eau, le moins d'ozone. L'équipe a étudié cette relation inverse, également connu sous le nom d'anticorrélation. Ils ont découvert qu'ils pouvaient reproduire la nature inverse générale de celui-ci avec un modèle climatique, mais sans parvenir à la relation précise. Au lieu, pour une quantité donnée de vapeur d'eau, le modèle n'a produit que 50 % de l'ozone observé dans les données SPICAM.
"Cela suggère que l'efficacité de la destruction de l'ozone est surestimée dans les simulations informatiques, " dit Franck Lefèvre, du Laboratoire atmosphères, milieu, observations spatiales (LATMOS), CNRS/Sorbonne Université, La France, qui a dirigé l'étude.
Maintenant, cependant, la raison de cette surestimation n'est pas claire. Comprendre le comportement des radicaux hydrogène sur Mars est essentiel. « Il joue un rôle clé dans la chimie atmosphérique de Mars mais aussi dans la composition globale de la planète, " dit Franck.
Le modèle chimique utilisé dans ce travail a été construit spécifiquement par Franck et ses collègues pour analyser Mars. Il était basé sur un modèle d'une partie de la haute atmosphère terrestre; la mésosphère. Ici, entre environ 40-80 kilomètres d'altitude, la chimie et les conditions sont globalement similaires à celles trouvées dans l'atmosphère de Mars.
En effet, l'écart constaté dans les modèles pourrait avoir des répercussions importantes sur la façon dont nous simulons le climat de la Terre à l'aide de modèles atmosphériques. C'est parce que la mésosphère sur Terre contient une partie de la couche d'ozone, qui connaîtra les mêmes interactions avec HOX que sur Mars.
"La chimie HOX est importante pour l'équilibre global de la couche d'ozone de la Terre, " dit Franck.
Donc, comprendre ce qui se passe dans l'atmosphère de Mars pourrait améliorer la précision avec laquelle nous pouvons effectuer des simulations climatiques sur Terre. Et avec autant de données désormais disponibles auprès de SPICAM, la modélisation a clairement montré qu'il y a quelque chose que nous ne comprenons pas.
Ce quelque chose pourrait-il être l'action des nuages ?
Lorsque Franck et ses collègues ont introduit des calculs sur la façon dont HOX est absorbé par les particules glacées qui composent les nuages sur Mars, ils ont découvert que plus d'ozone survivait dans leurs modèles. En effet, les molécules HOX ont été absorbées avant de pouvoir séparer l'ozone. Mais cela n'expliquait que partiellement leurs résultats.
"Ça ne marche pas dans tous les cas, " dit Franck. Et donc l'équipe regarde ailleurs aussi.
Un domaine particulier pour une étude plus approfondie est la mesure des taux de réaction aux basses températures trouvées dans l'atmosphère martienne et la mésosphère terrestre. Maintenant, ceux-ci ne sont pas bien connus, et pourrait donc aussi fausser les modèles.
Maintenant que les travaux en cours ont mis en évidence de manière quantitative où se situent les lacunes de nos connaissances, l'équipe collectera davantage de données à l'aide d'autres instruments UV fonctionnant sur Mars, poursuivra ses investigations et mettra à jour le modèle.
"Avec Mars Express, nous avons terminé le plus long relevé de l'atmosphère martienne à ce jour, quelle que soit la mission. Nous avons commencé en 2004, et ont maintenant 17 ans de données, ce qui nous a conduit à regarder près de sept années martiennes d'affilée, dont quatre années martiennes de mesures combinées d'ozone et de vapeur d'eau avant le canal UV de SPICAM, qui mesurait l'ozone, a cessé ses activités vers la fin de 2014. Ceci est unique dans l'histoire de l'exploration planétaire, " ajoute Franck Montmessin, aussi de LATMOS, et le chercheur principal de l'instrument SPICAM.
S'appuyant sur l'extraordinaire ensemble de données de Mars Express, de nouveaux résultats arrivent maintenant de Trace Gas Orbiter de l'ESA, qui tourne autour de Mars depuis octobre 2016. Il porte deux instruments, ACS (Atmospheric Chemistry Suite) et NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) qui analysent l'atmosphère martienne. La mission Maven de la NASA transporte également un équipement ultraviolet qui surveille l'abondance de l'ozone. Donc, l'information vitale qui déverrouille enfin ce mystère pourrait arriver à tout moment.
La surveillance à long terme des paramètres atmosphériques et de leurs variations par Mars Express fournit un ensemble de données unique permettant d'étudier l'atmosphère martienne en tant que système dynamique complexe.
"Peut-être que le cumul de toutes ces années finira par détenir la clé de la façon dont le HOX contrôle vraiment l'atmosphère martienne, profitant à notre compréhension des atmosphères planétaires en général, ", explique Franck Montmessin.
