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Début d'explication pour l'intriguant champ magnétique fossile de Mars

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Le champ magnétique passé de Mars a laissé un étrange témoignage sous la forme d'une asymétrie de l'intensité de l'aimantation rémanente des roches de la croûte, plus forte dans l'hémisphère sud qu'au nord. Cette différence vient de trouver une possible explication grâce à des simulations numériques basées sur l'effet dynamo.

La surface de Mars vue par les sondes spatiales. Crédit : Nasa

Malgré l'unicité des lois de la physique, le système solaire montre une remarquable diversité de structures et de phénomènes au niveau de ses planètes. On a toutes les raisons de penser que la génération d'un champ magnétique par une dynamo auto-excitatrice (l'effet dynamo) est bien à l'origine des magnétosphères de planètes comme la Terre ou Jupiter. Sur notre planète, cet effet conduit aux inversions du champ magnétique bien connues. Mais sur Mars, les missions spatiales disposant de magnétomètres ont montré que le champ magnétique de l'hémisphère sud était nettement plus fort que celui-de l'hémisphère nord, un phénomène que l'on ne connaît pas sur Terre.

La magnétosphère actuelle de Mars est très peu importante, ce qui s'explique aisément par le fait que la Planète Rouge s'est refroidie plus tôt que la Terre. Elle est en effet plus petite et a accumulé moins de chaleur primitive apportée par l'accrétion des planétésimaux. De plus, elle possède de moins grandes réserves d'éléments radioactifs. Son cœur ferreux s'est donc probablement largement figé il y a quelques milliards d'années et il ne reste qu'une faible aimantation rémanente conservée par les minéraux de sa croûte et de son manteau.

On sait que la croûte de l'hémisphère nord est moins épaisse et d'une altitude moyenne plus basse que celle de l'hémisphère sud et il était donc naturel de relier ces deux constatations. Mais dans quel sens ?

Pour certains, l'asymétrie du champ n'était pas originelle mais était le produit d'une différence de l'altération des roches entre les deux hémisphères après l'arrêt de la dynamo martienne. Mais pour d'autres, l'explication devait se trouver dans les différences de transferts de chaleur dans les deux hémisphères pendant le fonctionnement de la dynamo martienne.

Cliquez pour agrandir. Différents aspects de Mars saisis par le télescope spatial Hubble. Crédit : Nasa

Une explication de la faiblesse de l'atmosphère ?

Dans cette dernière hypothèse, la différence entre les deux croûtes résulterait soit du choc presque tangentiel d'une petite planète avec l'hémisphère nord de Mars, soit d'une différence à grande échelle dans la circulation de cellules convectives du manteau de Mars. Dans les deux cas, les conditions aux limites pour les températures à l'interface du noyau et du manteau de Mars n'étaient pas les mêmes dans son passé et cela se traduisait par des mouvements de convection turbulents différents dans les deux hémisphères du noyau supérieur, qui était alors liquide. Il le serait aujourd'hui encore un peu actuellement, d'après des études récentes, mais l'activité qui s'y déroulerait ne semble pas suffisante pour engendrer un champ magnétique.

Avec des collègues du MIT et de l'Université de Brown, Sabine Stanley, de l'Université de Toronto, a alors entrepris de tester cette hypothèse sur ordinateur, à l'aide de simulations numériques savantes basées sur les équations de Maxwell, Fourier et de Navier-Stokes. Remarquablement, le modèle numérique reposant sur l'hypothèse d'une asymétrie dans les conditions thermiques reproduit effectivement les observations : le champ magnétique de l'hémisphère nord apparaît bien plus faible que celui de l'hémisphère sud.

Du coup, cela aide à comprendre un peu mieux pourquoi Mars a perdu si rapidement son atmosphère. En effet, si sa magnétosphère était effectivement très tôt plus faible dans l'hémisphère nord, alors l'impact du vent solaire sur son atmosphère y était significatif, conduisant à une perte plus rapide de matière que si l'asymétrie n'était qu'un effet secondaire et plus tardif.

Lentement mais sûrement, le mystère sur les caractéristiques du champ magnétique de Mars est en train d'être levé et, comme sur Terre, les roches magnétisées que l'on retrouve à la surface martienne pourraient bien un jour être très bavardes sur l'histoire de la planète.

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