Il y a environ quatre milliards d’années, il faisait chaud sur Mars. De l’eau coulait dans des lacs et des rivières sous une épaisse atmosphère. Mais quelque chose de cataclysmique s’est produit. L’atmosphère protectrice de Mars a presque disparu. Exposée aux rudes éléments de l’espace, la planète rouge est devenue la terre en friche sèche et gelée qu’elle est aujourd’hui.

Humide à sèche. (Lunar and Planetary Institute/ mission MAVEN/ NASA)

Jusqu’à présent, cette absence d’atmosphère a déconcerté les scientifiques : s’était-elle perdue dans l’espace ou la croûte martienne la réabsorbait-elle ? De nouvelles données provenant de la mission Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) de la NASA règlent le débat. Bruce Jakowski et d’autres membres de l’équipe MAVEN ont déterminé que la majeure partie de l’atmosphère de Mars a été emportée dans les vents solaires.

Représentation de la sonde MAVEN en pleine analyse de l’atmosphère martienne. (NASA/Goddard Space Flight Center)

Les scientifiques savent que Mars continue de perdre une partie de son atmosphère dans l’espace, mais ces nouvelles découvertes sont les premières à mettre en évidence l’importance de ce processus au cours de l’histoire de la planète.

Selon Jakowski :

Notre conclusion est que la majeure partie de l’atmosphère de Mars a été perdue dans l’espace, plutôt que d’être enfermée sur la planète. C’est une cause majeure, sinon la cause principale, de la perte atmosphérique.

Les mesures de MAVEN, du gaz noble l’argon, ont été la clé pour résoudre ce mystère.

Des courants de particules chargées, appelées vent solaire, affluent constamment du soleil. Lorsque ces particules chargées percutent des molécules dans une atmosphère, elles peuvent détacher certains des électrons de ces dernières, créant des ions. Le vent solaire capte facilement ces nouvelles particules chargées et les entraîne dans l’espace. Ou encore, les ions nouvellement formés peuvent exploser dans d’autres molécules et, telles des boules sur un billard, d’autres molécules seront envoyées dans tous les sens comme celui de l’espace, selon Jakowski.

Ci-dessous, à gauche, l’atmosphère de Mars frappé par le vent solaire et à droite la Terre protégée par son champ magnétique. (NASA)

L’équipe à l’origine de cette étude savait que le vent solaire saisit et retire préférentiellement les molécules plus légères, parce qu’elles sont plus susceptibles de flotter en hauteur dans l’atmosphère où le vent solaire frappe. En comparant les concentrations d’argon-36 et d’argon-38 (atomes avec 36 et 38 neutrons) à différentes altitudes, les chercheurs ont pu déterminer la quantité d’argon-36 qui avaient été dépouillés avec le temps.

Ensuite, ils ont utilisé cette information pour modéliser les effets du vent solaire sur d’autres types de molécules dans l’atmosphère de Mars. Ils ont conclu qu’environ 66 % de celle-ci s’est échappée dans l’espace au cours des quatre milliards d’années passées.

Maintenant, l’équipe MAVEN espère comprendre comment les autres isotopes dans l’atmosphère martienne ont changé au fil du temps. Le carbone est particulièrement intéressant, notamment le dioxyde de carbone en raison de ses propriétés isolantes, ainsi que l’oxygène et l’hydrogène, qui forment d’autres ingrédients essentiels pour la vie que nous connaissons. Jakowski a précisé que son équipe a choisi d’étudier l’argon en premier, car c’était le plus facile et beaucoup de choses peuvent affecter le carbone. Sa concentration dans l’atmosphère martienne dépend de la saison, puisqu’elle gèle en glace aux calottes polaires pendant l’hiver et se sublime en vapeur aux mois les plus chauds. Il réagit également chimiquement pour former une variété de molécules.

Pour Jakowski, le mystère de l’atmosphère disparue de Mars n’est qu’en partie résolue. Bien que la plupart soient perdues dans l’espace, l’absorption par la croûte et d’autres processus peuvent encore jouer un rôle mineur dans la disparition de l’atmosphère.

Malheureusement, une terraformation de Mars aurait été beaucoup plus facile si le carbone s’était installé dans les calottes polaires et les roches martiennes, attendant patiemment d’être libéré par les humains. Mais apparemment, le carbone martien s’est bel et bien fait la malle. Ce qui reste n’est pas suffisant pour former une épaisse atmosphère, suffisante pour que les humains y soient à l’aise, selon Jakowski :

Si le CO2 a été perdu dans l’espace, alors il n’est plus sur la planète… Ce que nous disons, c’est que, en utilisant des ingrédients trouvés sur Mars, il n’est pas possible de la terraformer.

Mais il y a d’autres moyens de terraformer Mars et nous pourrions toujours apporter notre propre carbone, nous en avons tellement sur Terre…

L’étude publiée dans Science : Mars’ atmospheric history derived from upper-atmosphere measurements of 38Ar/36Ar.