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Les traces radioactives des anciens océans de Mars

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La sonde Mars Odyssey en orbite autour de la Planète Rouge a fourni une nouvelle preuve de l'existence d'océans dans le passé lointain de Mars. Cette preuve a été obtenue en étudiant depuis l'espace le taux de radioactivité gamma de la surface de la planète à l'aide du spectromètre à rayons gamma équipant la sonde.

Une reconstitution possible des océans martiens. Crédit : Michael Carroll

On a récemment trouvé dans le paysage martien des traces dont une interprétation probable est celle de l'occurrence de la pluie sur Mars. Beaucoup plus certaine, notamment depuis les observations livrées par les rovers Spirit et Opportunity est l'existence de mers et même d'un océan couvrant un tiers de la surface de Mars il y a plusieurs milliards d'années. Une équipe internationale menée par le géologue planétaire James M. Dohm de l'Université d'Arizona vient d'en donner une nouvelle preuve.

Pour l'obtenir, les chercheurs ont utilisé le fait que certains isotopes des éléments potassium, thorium et fer sont radioactifs et émettent des rayons gamma. Ces isotopes sont présents dans certaines roches et on sait qu'ils peuvent être transportés par des circulations d'eau pour être ensuite déposés et concentrés en différents endroits sur la planète. On peut donc espérer recueillir des informations sur la présence d'eau dans le passé de Mars et même remonter à son transport à la surface de la planète.

Les rayons gamma étant très pénétrants et l'atmosphère de Mars ténue, il est possible, depuis l'espace, de mesurer et même cartographier la radioactivité gamma du sol martien. Il faut pour cela prendre le temps d'enregistrer suffisamment de photons gamma et isoler le signal provenant bien du sol de la planète, et pas de son environnement, et surtout des isotopes recherchés. C'est ce qui a été fait avec le Gamma Ray Spectrometer(spectromètre à rayon gamma) équipant la sonde Mars Odyssey, capable de détecter les isotopes de fer, thorium et potassium radioactifs présents dans le sol jusqu'à 30 cm de profondeur.

Pour interpréter les mesures, on s'appuie sur l'idée qu'au cours des âges, si de l'eau et des océans ont existé sur Mars, les isotopes radioactifs présents dans les roches au-dessus des rivages des mers et des océans y ont été progressivement entraînés par le cycle de l'eau et son transport en surface, de la même façon que, sur Terre, l'érosion des roches par l'eau transporte les sels minéraux dans les océans où ils s'accumulent. En observant depuis l'espace, on devrait donc repérer des régions où la radioactivité gamma est plus intense.

Cette carte 3D surimpose les données du GRS de Mars Odyssey avec les données topographiques de l'altimètre laser à bord de la sonde Mars Global Surveyor. La flèche rouge indique le bouclier de volcans d’Elysium dans l’hémisphère nord de Mars, vu obliquement vers le sud-est. En bleu-violet, les zones pauvres en potassium et en rouge-jaune des dépôts sédimentaires riches en potassium dans les basses terres au-dessous des sites d'atterrissage de Mars Pathfinder (PF) et Viking 1 (V1). Crédit : NASA/JPL/University of Arizona

Les chercheurs ont bien retrouvé ces zones en dépouillant les données fournies par l'instrument GRS de la sonde martienne. Mieux, les données coïncidaient avec la localisation d'anciens océans couvrant un tiers de la surface de la planète déduite de sa géologie depuis de nombreuses années, grâce aux images du sol prises depuis l'espace par les multiples missions martiennes.

La radioactivité gamma a ainsi révélé les rivages d'un jeune océan ayant existé il y a quelques milliards d'années dans les plaines de l'hémisphère nord de la planète rouge, dont la superficie était d'environ dix fois celle de la Méditerranée. Un deuxième rivage l'entourait, trace d'un océan disparu recouvrant un tiers de la surface de Mars dans un passé plus reculé encore et dont l'existence était toujours sujette à controverses. Sa superficie était d'environ vingt fois la Méditerranée et il semble bien que l'on tienne là un argument fort en faveur de son existence.

En effet, Mars diffère de la Terre parce qu'elle n'a pas de gros satellite comme la Lune. Il n'y avait donc pas de marées dans les océans de la Planète Rouge. De plus, ces derniers étaient probablement recouverts de glace, ce qui supprime les vagues. Difficile donc d'interpréter avec confiance les traces d'un rivage à partir de la géologie de surface seule.

Dohm pense que les débats vont continuer encore longtemps, malgré ces résultats, et il n'y aura probablement unanimité dans la communauté des géologues martiens que lorsque des hommes auront pris pied sur Mars grâce à plusieurs missions d'explorations. De quoi rendre encore plus impérieuse la mise au point de nouveaux moyens de propulsion comme avec par exemple l'utilisation de l’antimatière...

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