L’étude de la surface et de l’atmosphère de Mars a dévoilé d’anciens secrets. Grâce aux efforts du Curiosité rover et d'autres missions, les scientifiques sont maintenant conscients du fait que l'eau coulait autrefois sur Mars et que la planète avait une atmosphère plus dense. Ils ont également pu déduire ce que la mécanique a conduit à l'épuisement de cette atmosphère, ce qui en a fait l'environnement froid et desséché que nous voyons aujourd'hui.
Mais en même temps, cela a conduit à un paradoxe plutôt intrigant. Essentiellement, Mars aurait eu de l'eau chaude et coulante à sa surface à une époque où le Soleil était un tiers aussi chaud qu'aujourd'hui. Cela nécessiterait que l'atmosphère martienne ait suffisamment de dioxyde de carbone afin de garder sa surface suffisamment chaude. Mais sur la base des dernières découvertes du rover Curiosity, cela ne semble pas être le cas.
Ces résultats faisaient partie d'une analyse des données prises par l'instrument de diffraction des rayons X de la chimie et de la minéralogie (CheMin), qui a été utilisé pour étudier la teneur en minéraux des échantillons de forage dans le cratère Gale. Les résultats de cette analyse ont été récemment publiés dans Actes de l'Académie nationale des sciences, où l'équipe de recherche a indiqué qu'aucune trace de carbonates n'a été trouvée dans les échantillons prélevés dans l'ancien lit du lac.
Pour le décomposer, les preuves recueillies par Curiosité (et une flopée d'autres rovers, atterrisseurs et orbites) a conduit les scientifiques à conclure qu'il y a environ 3,5 milliards d'années, la surface de Mars avait des lacs et des rivières qui coulaient. Ils ont également déterminé, grâce aux nombreux échantillons Curiosité depuis son atterrissage dans le cratère de Gale en 2011, cette caractéristique géologique était autrefois un lit de lac qui s'est progressivement rempli de dépôts sédimentaires.
Cependant, pour que Mars ait été suffisamment chaud pour que l'eau liquide existe, son atmosphère aurait dû contenir une certaine quantité de dioxyde de carbone - fournissant un effet de serre suffisant pour compenser la diminution de la chaleur du Soleil. Étant donné que les échantillons de roche dans le cratère de Gale agissent comme un enregistrement géologique pour quelles conditions étaient comme des milliards d'années, ils contiendraient sûrement beaucoup de minéraux carbonatés si c'était le cas.
Les carbonates sont des minéraux résultant de la combinaison du dioxyde de carbone avec des ions chargés positivement (comme le magnésium et le fer) dans l'eau. Étant donné que ces ions se sont avérés être bien approvisionnés dans des échantillons de roche martienne, et l'analyse ultérieure a montré que les conditions ne sont jamais devenues acides au point que les carbonates se seraient dissous, il n'y a aucune raison apparente pour laquelle ils ne se présenteraient .
Avec son équipe, Thomas Bristow - l'investigateur principal de l'instrument CheMin sur la curiosité - a calculé ce que la quantité minimale de dioxyde de carbone atmosphérique devrait être, et comment cela aurait été indiqué par les niveaux de carbonate trouvés dans les roches martiennes aujourd'hui. Ils ont ensuite trié au fil des années les données de l'instrument CheMin pour voir s'il y avait des indications de ces minéraux.
Mais comme il l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA, les résultats n'étaient tout simplement pas à la hauteur:
«Nous avons été particulièrement frappés par l’absence de minéraux carbonatés dans la roche sédimentaire que le rover a examinée. Il serait vraiment difficile d'obtenir de l'eau liquide même s'il y avait cent fois plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère que ce que nous révèlent les indices minéraux dans la roche. »
En fin de compte, Bristow et son équipe n'ont pas pu trouver même des traces de carbonates dans les échantillons de roche qu'ils ont analysés. Même si seulement quelques dizaines de millibars de dioxyde de carbone avaient été présents dans l'atmosphère lorsqu'un lac existait dans le cratère Gale, il aurait produit suffisamment de carbonates pour que le CheMin de Curiosity puisse le détecter. Cette dernière découverte s'ajoute à un paradoxe qui tourmente les chercheurs martiens depuis des années.
Fondamentalement, les chercheurs ont noté qu'il existe une grave différence entre ce que les caractéristiques de surface indiquent sur le passé de Mars et ce que les preuves chimiques et géologiques ont à dire. Non seulement il existe de nombreuses preuves que la planète avait une atmosphère plus dense dans le passé, mais plus de quatre décennies d'imagerie orbitale (et des années de données de surface) ont fourni de nombreuses preuves géomorphologiques que Mars avait autrefois de l'eau de surface et un cycle hydrologique actif.
Cependant, les scientifiques ont encore du mal à produire des modèles qui montrent comment le climat martien aurait pu maintenir les types de conditions nécessaires pour que cela ait été le cas. Jusqu'à présent, le seul modèle réussi a été celui dans lequel l'atmosphère contenait une quantité importante de CO2 et d'hydrogène. Malheureusement, une explication de la façon dont cette atmosphère pourrait être créée et maintenue demeure difficile à atteindre.
De plus, les preuves géologiques et chimiques d'une telle atmosphère qui existait il y a des milliards d'années sont également rares. Dans le passé, les relevés effectués par des orbiteurs n'ont pas permis de trouver des preuves de minéraux carbonatés à la surface de Mars. On espérait que les missions de surface, comme Curiosity, seraient en mesure de résoudre ce problème en prélevant du sol et en forant des échantillons là où l'eau était connue.
Mais comme Bristow l'a expliqué, l'étude de son équipe a effectivement fermé la porte à ceci:
"C’est un mystère de ne pas avoir vu beaucoup de carbonate en orbite. Vous pourriez sortir du dilemme en disant que les carbonates sont peut-être toujours là, mais nous ne pouvons tout simplement pas les voir depuis l'orbite parce qu'ils sont couverts de poussière, ou enterrés, ou nous ne cherchons pas au bon endroit. Les résultats de Curiosity mettent le paradoxe en évidence. C'est la première fois que nous vérifions la présence de carbonates au sol dans une roche que nous connaissons formée de sédiments déposés sous l'eau. "
Il existe plusieurs explications possibles à ce paradoxe. D'une part, certains scientifiques ont fait valoir que le lac Gale Crater n'était peut-être pas une étendue d'eau ouverte et était peut-être recouvert de glace, qui était juste assez mince pour permettre aux sédiments de pénétrer. Le problème avec cette explication est que si cela était vrai, il y aurait des indications discernables laissées derrière - qui comprendraient des fissures profondes dans la roche sédimentaire molle du lit du lac.
Mais comme ces indications n'ont pas été trouvées, les scientifiques se retrouvent avec deux éléments de preuve qui ne correspondent pas. Comme le dit Ashwin Vasavada, scientifique du projet Curiosity:
«La traversée de Curiosity à travers des lits de cours d'eau, des deltas et des centaines de pieds de boue verticaux déposés dans d'anciens lacs appelle à un système hydrologique vigoureux fournissant l'eau et les sédiments pour créer les roches que nous trouvons. Le dioxyde de carbone, mélangé à d'autres gaz comme l'hydrogène, a été le principal candidat à l'influence du réchauffement nécessaire à un tel système. Ce résultat surprenant semble le mettre hors course. »
Heureusement, ce sont les incongruités de la science qui permettent de développer de nouvelles et meilleures théories. Et comme l'exploration de la surface martienne se poursuit - qui bénéficiera de l'arrivée de la ExoMars et le Mars 2020 missions dans les années à venir - nous pouvons nous attendre à voir apparaître des preuves supplémentaires. Espérons que cela aidera à tracer la voie vers une résolution de ce paradoxe et ne compliquera pas davantage nos théories!
