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Un trou dans l’atmosphère de Mars expulse de l’eau dans l’espace

Impression artistique de Mars avec un océan à sa surface.

Nos connaissances actuelles laissent à penser que Mars, il y a au moins 3,6 milliards d'années, était un monde d'eau comme la Terre, avec un vaste océan peu profond couvrant la moitié de la planète.

Photo : GSFC/NASA

Alain Labelle

Environ une fois tous les deux ans, un immense trou dans l'atmosphère martienne rejette les petites réserves d'eau de la planète dans l'espace et déverse le reste de cette eau aux pôles.

Cette découverte a été réalisée par des astrophysiciens allemands et russes de l’Institut Max Planck et de l’Institut de physique et de technologie de Moscou, dont les récents travaux publiés dans les Geophysical Research Letters (Nouvelle fenêtre) (en anglais) jettent un regard nouveau sur le cycle de l'eau sur Mars.

Leurs simulations informatiques montrent qu’une fenêtre atmosphérique s’ouvre durant l’été tous les deux ans dans l’hémisphère sud de la planète. Ce n’est qu’à ce moment que la vapeur d'eau peut monter efficacement de la basse atmosphère vers la haute atmosphère.

À partir de là, les vents transportent le gaz rare jusqu'au pôle Nord. Ensuite, alors qu'une partie de la vapeur d'eau se décompose et s'échappe dans l'espace, le reste redescend près des pôles.

La vapeur d’eau franchit ainsi la barrière de l'air froid de l'atmosphère moyenne de Mars pour atteindre les couches supérieures de l'air.

Cette connaissance pourrait aider à comprendre pourquoi Mars, contrairement à la Terre, a perdu la majeure partie de son eau.

Repères

  • Il y a 3,6 milliards d'années, Mars était une planète riche en eau avec des rivières, et même un océan.
  • De nos jours, il n'y a plus que de petites quantités d'eau gelée dans le sol et son atmosphère ne contient que des traces de vapeur d'eau.
  • La planète aurait perdu au moins 80 % de son eau d'origine.

Une atmosphère, un phénomène, un mystère

Dans la haute atmosphère de Mars, le rayonnement ultraviolet du Soleil divise les molécules d'eau en hydrogène (H) et en radical hydroxyle (OH).

C’est à partir de là que, historiquement, l'hydrogène s'est échappé dans l'espace, et les récentes mesures effectuées par les engins spatiaux montrent qu'aujourd'hui encore l'eau est perdue de cette façon.

Mais comment est-ce possible, puisque la couche de l'atmosphère moyenne de Mars, comme la tropopause de la Terre, devrait en fait arrêter la montée du gaz? Cette région est généralement si froide que la vapeur d'eau devrait se transformer en glace, alors comment la vapeur d'eau martienne atteint-elle les couches supérieures de l'air?

Les présentes simulations montrent, selon les chercheurs, l’existence d’un mécanisme inconnu à ce jour qui rappelle une sorte de pompe.

Leurs calculs montrent en effet que l'atmosphère moyenne normalement glacée devient perméable à la vapeur d'eau deux fois par jour, mais seulement à un certain endroit et à une certaine période de l'année.

L'orbite de Mars joue un rôle important dans l’apparition de ce mécanisme. Sa trajectoire autour du Soleil, qui dure environ deux années terrestres, est beaucoup plus elliptique que celle de notre planète. Ainsi, au point le plus proche du Soleil (qui coïncide à peu près avec l'été de l'hémisphère sud), Mars est environ 42 millions de kilomètres plus près du Soleil qu'à son point le plus éloigné. L'été dans l'hémisphère sud est donc nettement plus chaud que l'été dans l'hémisphère nord.

Quand c'est l'été dans l'hémisphère sud, à certaines heures de la journée, la vapeur d'eau peut monter localement avec des masses d'air plus chaudes et atteindre la haute atmosphère.

Paul Hartogh

Ainsi, dans les couches supérieures de l'atmosphère, les courants d'air transportent le gaz le long des longitudes jusqu'au pôle Nord, où il se refroidit et redescend. Cependant, une partie de la vapeur d'eau échappe à ce cycle : sous l'influence du rayonnement solaire, les molécules d'eau se désintègrent et l'hydrogène s'échappe dans l'espace.

Le saviez-vous?

En juillet 2018, un vaste lac souterrain a été découvert sur Mars, là où jamais de l'eau liquide, condition indispensable au développement de la vie, n'avait encore été trouvée à ce jour.

Représentation artistique d'un océan à la surface de Mars.

Représentation artistique d'un océan à la surface de Mars

Photo : NASA

L’exemple de 2007

Pendant la tempête de poussière de 2007, les chercheurs ont calculé que deux fois plus de vapeur d'eau a atteint la haute atmosphère que pendant un été sans tempête dans l'hémisphère sud.

Comme les particules de poussière absorbent la lumière du Soleil et se réchauffent, les températures finissent par augmenter significativement dans toute l'atmosphère.

Notre modèle montre avec une précision sans précédent comment la poussière dans l'atmosphère influe sur les processus microphysiques impliqués dans la transformation de la glace en vapeur d'eau.

Dmitry Shaposhnikov

« Apparemment, l'atmosphère martienne est plus perméable à la vapeur d'eau que celle de la Terre. Le nouveau cycle saisonnier de l'eau qui a été découvert contribue massivement à la perte continue d'eau sur Mars », conclut Paul Hartogh.

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