Avec la mystérieuse présence de méthane sur Mars, vient s’ajouter celle de l’oxygène

Des scientifiques de la NASA ont remarqué de déconcertants changements saisonniers de l’oxygène sur Mars. La concentration du gaz, augmente et diminue avec les saisons laissant les scientifiques perplexes, ne pouvant pas encore l’expliquer, pointant du doigt de mystérieuses sources chimiques.

Image d’entête : le dernier selfie réalisé par l’astromobile Curiosity le 11 octobre 2019, 2553e jour martien, ou sol, de sa mission. L’astromobile a foré deux fois à cet endroit, deux trous surnommés « Glen Etive » 1 et 2. À environ 300 mètres derrière le Curiosity, s’élève la crête de Vera Rubin. Plus loin derrière se trouve le fond du cratère Gale, que l’astromobile explore, et le bord nord du cratère. (NASA/ JPL-Caltech/ MSSS)

Depuis 6 ans qu’il est sur Mars, le laboratoire mobile de chimie SAM (Sample Analysis at Mars) à l’intérieur de l’astromobile Curiosity, renifle l’air au-dessus du cratère Gale. L’analyse a confirmé les mesures effectuées par d’autres expériences scientifiques depuis les années 1970, et elle a révélé que l’atmosphère martienne est composée à 95 % de CO2, 2,6 % d’azote, 1,9 % d’argon, 0,16 % d’oxygène moléculaire (O2), et 0,06 % de monoxyde de carbone.

Ces molécules se mélangent et circulent autour de la planète en raison des changements de pression atmosphérique tout au long de l’année. Selon la NASA, ces changements saisonniers sont dus au gel du CO2 au-dessus des pôles en hiver, qui réduit la pression atmosphérique sur la planète, et à l’évaporation du CO2 au printemps et en été, qui augmente la pression atmosphérique lorsque le gaz se mélange dans l’atmosphère martienne.

Des nuages martiens photographiés le 17 mai 2019 par le Curiosity. (NASA/JPL/MSSS/Justin Cowart/Seán Doran)

L’augmentation et la diminution des concentrations de CO2 dans le cratère Gale sont suivies par des changements similaires dans l’azote et l’argon. Ainsi, naturellement, les scientifiques ont pensé que l’oxygène suivrait la même courbe. Mais pour une raison quelconque, ce n’est pas le cas. Au contraire, la quantité d’oxygène dans l’air augmente jusqu’à 30 % au printemps et en été, puis redescend à des niveaux prévisibles à l’automne. Cette tendance se répétait chaque printemps, mais la quantité d’oxygène ajoutée à l’atmosphère variait.

Variations saisonnières de l’oxygène dans le cratère Gale détecté par le Curiosity entre 2012 et 2017. (Melissa Trainer/ Dan Gallagher/ NASA Goddard)

En d’autres termes, quelque chose doit le produire et quelque chose doit l’éliminer. Qu’est-ce qui pourrait expliquer ce phénomène particulier ? Qu’est-ce qui pourrait ajouter de l’oxygène à l’atmosphère et qu’est-ce qui pourrait le soustraire ?

L’instrument SAM est bien calibré et ses analyses sont bonnes, selon la NASA. Il se peut que le CO2 ou de l’eau ait libéré l’oxygène lorsque les molécules se sont décomposées dans l’atmosphère. Plus tard, le rayonnement solaire pourrait briser l’oxygène moléculaire, laissant deux atomes d’oxygène simples libres de s’échapper dans l’espace. Cependant, cette explication ne tient pas parce qu’il faudrait 5 fois plus d’eau que sur Mars pour produire l’oxygène supplémentaire et le CO2 ne se décompose pas si vite. De plus, il faudrait au moins une décennie pour que l’oxygène se décompose et disparaisse sous l’effet du rayonnement solaire.

Il y a quelque chose qui pourrait expliquer cela, mais la vérité est que, pour l’instant du moins, les scientifiques sont plongés dans l’incertitude.

Selon Melissa Trainer, une scientifique planétaire du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland (Etats-Unis), qui a dirigé cette recherche :

Nous avons du mal à l’expliquer. Le fait que le comportement de l’oxygène ne soit pas parfaitement reproductible à chaque saison nous fait penser que ce n’est pas un problème lié à la dynamique atmosphérique. Il doit s’agir d’une source et d’un puits de produits chimiques dont on ne peut pas encore rendre compte.

L’explication pourrait être liée à un autre gaz mystérieux sur Mars : le méthane. Depuis l’arrivée du Curiosity sur Mars, les capteurs chimiques de l’astromobile ont été capables de détecter du méthane, mais en quantités extrêmement infimes de 0,0000000004% en moyenne. La concentration de méthane augmente et diminue également de façon saisonnière, augmentant d’environ 60 % pendant les mois d’été. De plus, sa concentration dans l’atmosphère augmente aussi de façon aléatoire et importante à certains moments. Encore une fois, les scientifiques ne savent pas pourquoi cela se produit. Mais, ce qui peut être à l’origine des pics de méthane pourrait aussi être responsable de l’asymétrie des modèles d’oxygène. Parfois, les deux gaz semblent fluctuer en tandem, par exemple.

Variations saisonnières de l’oxygène et du méthane dans le cratère Gale détecté par le Curiosity entre 2012 et 2017. (Melissa Trainer/ Dan Gallagher/ NASA Goddard)

Toujours selon Atreya :

Nous commençons à voir cette corrélation séduisante entre le méthane et l’oxygène pendant une bonne partie de l’année martienne. Je pense qu’il y a quelque chose. Je n’ai pas encore les réponses. Personne ne le sait.

Sur Terre, l’oxygène et le méthane peuvent tous deux être produits par des organismes, mais la NASA affirme que leur source sur Mars n’est probablement pas biologique. Il est probable que les gaz soient plutôt produits par des processus chimiques liés à l’eau et à la roche. Le sol martien, qui contient du peroxyde d’hydrogène et des perchlorates, est une source possible d’oxygène supplémentaire au printemps. La chaleur et l’humidité peuvent libérer de l’oxygène du sol.

Selon Timothy McConnochie, chercheur à l’université du Maryland et coauteur de l’étude :

Nous n’avons pas encore réussi à mettre au point un procédé qui produit la quantité d’oxygène dont nous avons besoin, mais nous pensons que ce doit être quelque chose sur la surface qui change de façon saisonnière parce qu’il n’y a pas assez d’atomes d’oxygène disponibles dans l’atmosphère pour créer le phénomène observé.

L’étude publiée dans The Journal of Geophysical Research: Planets : Seasonal variations in atmospheric composition as measured in Gale Crater, Mars et présentée sur le site de la NASA : With Mars Methane Mystery Unsolved, Curiosity Serves Scientists a New One: Oxygen.