mardi 6 février 2018

L'aridité de Mars expliquée aussi par ses tempêtes de poussière


Un nouveau mécanisme de perte d'eau sur Mars vient d'être proposé dans une étude qui vient de paraître dans Nature Astronomy. Il pourrait expliquer comment la planète rouge s'est fortement déshydratée au fil des milliards d'années.




L'équipe de Nicholas Heavens (Hampton University) a exploité une décennie de données de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) et ses instruments Mars Climate Sounder (MCS) et Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) pour étudier la composition chimique des fréquentes tempêtes de poussière martiennes. Certaines de ces tempêtes sont si vastes qu'elles peuvent recouvrir la totalité de la planète durant plusieurs mois, à l'image des tempêtes observées en 2006 et en 2007. Durant ces tempêtes, MRO a détecté des traces de vapeur d'eau à des altitudes très inhabituelles (jusqu'à 80 km d'altitude). Cette vapeur d'eau semble s'être élevée rapidement avec des "tempêtes-fusée" comme les appellent les spécialistes, où des courants de convection ascendants apparaissent, à l'image de ce que l'on connaît sous nos orages terrestres. 
Or, au dessus de 50 km d'altitude sur Mars, la lumière UV du Soleil pénètre très facilement la fine atmosphère et brise les molécules d'eau (les liaisons entre hydrogène et oxygène). L'effet est immédiat : l'hydrogène s'enfuit dans l'espace. Et sans hydrogène, point d'eau...
Il faut se rappeler que le taux moyen de vapeur d'eau actuel dans l'atmosphère de Mars est d'environ 100 ppm, soit plus de 100 fois moins que dans la région terrestre la plus aride.



Il avait également pu être montré il y a quelques années que l'échappement d'hydrogène variait fortement (jusqu'à un facteur 10) en fonction de la distance de Mars du Soleil, le maximum apparaissant au périhélie, où Mars reçoit 40% d'insolation de plus du fait de l'excentricité de son orbite.
Le processus d'échappement de l'hydrogène après insolation en UV était déjà reconnu comme une source essentielle pour la perte de l'eau sur Mars, mais il expliquait mal ses importantes variations saisonnières. C'est la première fois que les tempêtes de poussière sont mises en cause dans ce processus.  Heavens et ses collaborateurs estiment que l'effet de toutes les tempêtes de poussière martiennes compterait pour 10% de la perte d'hydrogène actuelle.
Les chercheurs évaluent ensuite si ce processus peut aussi expliquer la perte d'eau dans le passé. L'extrapolation n'est pas très aisée, car les astronomes ne savent pas très bien comment ces tempêtes de poussière se comportent dans un climat plus humide et une atmosphère un peu plus dense.
A partir de l'inventaire martien en eau actuel et d'observations diverses, les planétologues ont estimé que Mars avait perdu plus de 85% de son eau initiale sous la forme d'échappement d'hydrogène. Cela correspond à une couche de 137 m d'eau recouvrant toute la surface martienne et cela implique un taux d'échappement d'hydrogène de 4,9 109 molécules/cm²/s. Le taux d'échappement d'hydrogène moyen observé est 10 fois plus faible que ce taux d'échappement théorique, seulement 2 fois plus faible durant les étés de l'hémisphère sud, alors qu'il est 100 fois plus faible durant les hivers australs.
En revanche, lors d'épisodes de tempêtes de poussière massives, le taux d'échappement observé atteint l'ordre de grandeur du taux d'échappement théorique. 

Nicholas Heavens et ses collègues estiment possible que le mécanisme de "pompage" produit par les tempêtes de poussière ait pu être plus important dans le passé, notamment dans des conditions orbitales légèrement différentes. Une plus grande obliquité aurait notamment pu décaler la distribution de vapeur d'eau vers l'équateur martien, augmenter la quantité de vapeur proche de la surface et accentuer la fréquence des tempêtes de poussière, voire produire un mélange vertical poussière/eau plus prononcé dans la moyenne atmosphère de Mars.


Source

Hydrogen escape from Mars enhanced by deep convection in dust storms
Nicholas G. Heavens, Armin Kleinböhl, Michael S. Chaffin, Jasper S. Halekas, David M. Kass, Paul O. Hayne, Daniel J. McCleese, Sylvain Piqueux, James H. Shirley & John T. Schofield
Nature Astronomy volume 2, pages 126–132 (22 janvier 2018)


Illustrations

1) Mars sans et avec une grande tempête de poussières (MSSS/JPL-CALTECH/NASA)

2) Processus de dissociation des molécules d'eau par le rayonnement UV et échappement d'hydrogène (classique à gauche, augmenté par les tempêtes de poussière, à droite) (John T. Clarke/Nature Astronomy)

1 commentaire :

Nicholas Heavens a dit…

Le deuxiėme image n'est à Heavens et al. Le deuxiėme image est à commentaire de John T. Clarke (https://www.nature.com/articles/s41550-018-0383-6). Autrement, je suis assez heureux de voir et d'entendre cet article!