Cette illustration montre le vaisseau spatial MAVEN de la NASA et le limbe de Mars. Crédit :NASA/Goddard
En combinant les observations de trois engins spatiaux internationaux sur Mars, les scientifiques ont pu montrer que les tempêtes de poussière régionales jouent un rôle énorme dans l'assèchement de la planète rouge.
Les tempêtes de poussière réchauffent les altitudes plus élevées de l'atmosphère martienne froide, empêcher la vapeur d'eau de geler comme d'habitude et lui permettre d'atteindre plus haut. Dans les parties supérieures de Mars, où l'atmosphère est rare, les molécules d'eau restent vulnérables au rayonnement ultraviolet, qui les décompose en leurs composants plus légers d'hydrogène et d'oxygène. Hydrogène, qui est l'élément le plus léger, se perd facilement dans l'espace, l'oxygène s'échappant ou remontant à la surface.
"Tout ce que vous avez à faire pour perdre de l'eau de façon permanente est de perdre un atome d'hydrogène car alors l'hydrogène et l'oxygène ne peuvent pas se recombiner en eau, " a déclaré Michael S. Chaffin, chercheur au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l'Université du Colorado à Boulder. "Alors, quand vous avez perdu un atome d'hydrogène, vous avez définitivement perdu une molécule d'eau."
Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que Mars, autrefois chaud et humide comme la Terre, a perdu la majeure partie de son eau en grande partie à cause de ce processus, mais ils n'ont pas réalisé l'impact significatif des tempêtes de poussière régionales, qui se produisent presque chaque été dans l'hémisphère sud de la planète. Les tempêtes de poussière enveloppant le globe qui frappent généralement tous les trois ou quatre ans martiens étaient considérées comme les principaux coupables, ainsi que les chauds mois d'été dans l'hémisphère sud lorsque Mars est plus proche du Soleil.
Mais l'atmosphère martienne s'échauffe aussi pendant les petites, tempêtes de poussière régionales, selon un nouvel article publié le 16 août dans la revue Astronomie de la nature . Les chercheurs, une équipe internationale dirigée par Chaffin, ont constaté que Mars perd le double de la quantité d'eau pendant une tempête régionale comme elle le fait pendant une saison estivale australe sans tempêtes régionales.
Le nuage jaune-blanc en bas au centre de cette image est une "tour de poussière" de Mars - un nuage concentré de poussière qui peut s'élever à des dizaines de kilomètres au-dessus de la surface. Les panaches bleu-blanc sont des nuages de vapeur d'eau. Olympe Mons, le plus haut volcan du système solaire, est visible dans le coin supérieur gauche, tandis que la cabine Valles Marineris est visible en bas à droite. Prise le 30 novembre, 2010, l'image a été produite par Mars Reconnaissance Orbiter Mars Color Imager de la NASA. Crédit :NASA/JPL-Caltech/MSSS
"Ce document nous aide à remonter virtuellement dans le temps et à dire, "D'ACCORD, maintenant nous avons un autre moyen de perdre de l'eau qui nous aidera à relier ce peu d'eau que nous avons sur Mars aujourd'hui avec la quantité énorme d'eau que nous avions dans le passé, " a déclaré Geronimo Villanueva, un expert martien de l'eau au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et co-auteur de l'article de Chaffin.
Puisque l'eau est l'un des ingrédients clés de la vie telle que nous la connaissons, les scientifiques tentent de comprendre combien de temps il a coulé sur Mars et comment il s'est perdu.
Il y a des milliards d'années, Mars avait beaucoup plus d'eau qu'aujourd'hui. Ce qui reste est gelé aux pôles ou enfermé dans la croûte. Fondu, ces restes d'eau pourraient remplir un océan mondial jusqu'à 100 pieds, ou 30 mètres, Profond, certains scientifiques prédisent.
Bien que des scientifiques comme Chaffin aient eu de nombreuses idées sur ce qui arrivait à l'eau sur Mars, ils n'avaient pas les mesures nécessaires pour lier l'ensemble du tableau. Puis, une rare convergence des orbites des engins spatiaux lors d'une tempête de poussière régionale de janvier à février 2019 a permis aux scientifiques de recueillir des observations sans précédent.
Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA a mesuré la température, concentrations de poussière et de glace d'eau de la surface à environ 62 milles, ou 100 kilomètres, Au dessus de. En regardant dans la même plage d'altitude, Le Trace Gas Orbiter de l'ESA (Agence spatiale européenne) a mesuré la concentration de vapeur d'eau et de glace. Et Mars Atmosphere et Volatile EvolutioN de la NASA, ou MAVEN, l'engin spatial a complété les mesures en rapportant la quantité d'hydrogène, qui aurait rompu H
Ce graphique résume les données recueillies à partir de trois orbiteurs lors d'une tempête de poussière martienne régionale de janvier à février 2019. De bas en haut :le panneau du bas montre la poussière s'accumulant dans l'atmosphère au-dessus d'une région de Mars ; un brun plus foncé indique une densité plus élevée. Le panneau du milieu montre une augmentation correspondante de la température dans l'atmosphère, s'étendant à environ 50 kilomètres au-dessus de la surface; plus la couleur est vive, plus la température est élevée. Le panneau supérieur montre que lorsque la densité de la poussière augmente, réchauffer l'atmosphère, la glace, indiqué par le blanc, disparaît de la région car la vapeur d'eau ne peut plus geler. Le panneau suivant montre trois observations de la région du volcan Tharsis avant (à gauche), pendant (au milieu), et après (à droite) la tempête de poussière. Vous pouvez voir des nuages de glace blanche coiffer les volcans de Tharsis avant et après la tempête de poussière, mais pas pendant. L'avant-dernier panneau à partir du haut montre l'augmentation de la densité de l'eau dans les hautes altitudes pendant la tempête de poussière, et au dessus de ça, dans le panneau supérieur, vous voyez un éclaircissement correspondant (bleu clair) de l'hydrogène à des altitudes aussi élevées que 620 miles, ou 1, 000 kilomètres, au-dessus de la surface. Crédit :Michael S. Chaffin
C'était la première fois qu'autant de missions se concentraient sur un seul événement, Chaffin a déclaré:"Nous avons vraiment pris tout le système en action."
Les données recueillies à partir de quatre instruments sur les trois engins spatiaux brossent un tableau clair du rôle d'une tempête de poussière régionale dans la fuite d'eau martienne, rapportent les scientifiques. "Les instruments doivent tous raconter la même histoire, et ils le font, " dit Villanueva, membre de l'équipe scientifique de Trace Gas Orbiter.
Les spectromètres de l'orbiteur européen ont détecté de la vapeur d'eau dans la basse atmosphère avant le début de la tempête de poussière. Typiquement, la température de l'atmosphère martienne se refroidit avec l'altitude pendant une grande partie de l'année martienne, ce qui signifie que la vapeur d'eau qui s'élève dans l'atmosphère gèle à des altitudes relativement basses. Mais comme la tempête de poussière a décollé, chauffer l'atmosphère plus haut, les instruments ont vu la vapeur d'eau atteindre des altitudes plus élevées. Ces instruments ont trouvé 10 fois plus d'eau dans l'atmosphère moyenne après le début de la tempête de poussière, qui coïncide précisément avec les données du radiomètre infrarouge sur Mars Reconnaissance Orbiter.
Le radiomètre a mesuré la hausse des températures dans l'atmosphère alors que la poussière s'élevait au-dessus de Mars. Il a également vu disparaître des nuages de glace d'eau, comme prévu, puisque la glace ne pouvait plus se former dans la basse atmosphère plus chaude. Les images du spectrographe ultraviolet de MAVEN le confirment; ils montrent qu'avant la tempête de 2019, des nuages de glace pouvaient être vus planer au-dessus des volcans en plein essor dans la région de Tharsis sur Mars. "Mais ils ont complètement disparu lorsque la tempête de poussière battait son plein, " Chaffin a dit, et réapparu après la fin de la tempête de poussière.
A des altitudes plus élevées, la vapeur d'eau devrait se décomposer en hydrogène et en oxygène par le rayonnement ultraviolet du Soleil. En effet, les observations de MAVEN l'ont montré, alors qu'il capturait la haute atmosphère inondée d'hydrogène qui a augmenté de 50 % pendant la tempête. Cette mesure correspondait parfaitement à un gonflement d'eau à 60 milles plus bas, qui, selon les scientifiques, était la source de l'hydrogène.
