L'histoire du climat de la Planète rouge reste bien mystérieuse. Pour tenter de savoir si la vie a pu s'y développer, il faut connaître l'histoire de son atmosphère, car elle a eu un impact sur l'existence de l'eau liquide propice à la vie. Les instruments de Curiosity viennent de confirmer que Mars a perdu tôt et dans l’espace l'essentiel de son atmosphère. Elle n'a pas été capturée par son sol. © Nasa

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Curiosity confirme que Mars a rapidement perdu son atmosphère

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Sur Mars, le rover Curiosity étudie aussi l'atmosphère et notamment sa composition isotopique pour le carbone et l'oxygène. Les instruments du laboratoire Sample Analysis at Mars (Sam) confirment que l'atmosphère de Mars s'est échappée dans l'espace en grande partie voilà quatre milliards d'années environ.

L'atmosphère de Mars est très ténue. Sa pression moyenne est de six millibars, alors que sur Terre elle est d'environ un bar. En majorité composée de dioxyde de carbone (95 %), d'azote (3 %) et d'argon (1,6 %), elle contient des traces d'oxygène, d'eau et de méthane. Mais il en était certainement tout autrement voilà plus de quatre milliards d'années. En effet, de l'eau liquide a existé sur Mars, ce qui implique une atmosphère plus dense et aussi plus chaude, puisque la température moyenne actuelle sur Mars est de -63 °C (à comparer à la valeur de 15 °C sur Terre). Cette température est causée par la faible densité de l'atmosphère, qui fait que l'effet de serre induit n'est que de 3 K (contre 33 K pour la Terre).

Il semble donc clair que Mars a perdu une grande partie de son atmosphère initiale. En réalité, on pouvait s'en douter avant de réaliser des mesures sur place. La théorie cinétique des gaz de Maxwell permet en effet d'estimer un taux d'échappement atmosphérique pour les molécules d'un gaz en fonction de la température moyenne d'une atmosphère et de la gravité d'une planète. Mars est trop petite pour pouvoir retenir durablement une atmosphère, contrairement à la Terre. On sait aussi que la magnétosphère d'une planète l'aide à lutter contre le souffle du vent solaire, et comme celle de Mars est devenue très faible, la planète n'a pas été protégée de cette érosion.

Curiosity fouille les archives de Mars

Depuis que le rover Curiosity est arrivé sur Mars, il fouille les archives physicochimiques de la Planète rouge pour tenter de reconstituer son passé. Il se sert notamment du module Sample Analysis at Mars (Sam) pour analyser la composition de l'atmosphère de Mars. Les planétologues impliqués dans cette mission de la Nasa viennent d'ailleurs de publier dans Science un article faisant un bilan des mesures d'abondance en isotopes stables du carbone, de l'oxygène et de l'hydrogène dans les molécules de dioxyde de carbone et d'eau de l'atmosphère de Mars.

Une démonstration du spectromètre TLS (Tunable Laser Spectrometer), effectuée sur Terre et avec un laser émettant dans le visible (alors que TLS travaille normalement en infrarouge). Le laser est réfléchi de nombreuses fois sur les deux miroirs, envahissant le volume intérieur de l'instrument qui contient le gaz à analyser. L'absorption de différentes longueurs d'onde dépend finement des éléments présents, ce qui permet l'analyse. Le TLS fait partie intégrante de l'instrument Sample Analysis at Mars (Sam), équipant le rover Curiosity. © Nasa, JPL-Caltech

Les chercheurs expliquent dans l'article de Science qu'ils ont utilisé le spectromètre de masse et l'instrument TLS (Tunable Laser Spectrometer) de Sam pour mesurer les rapports des isotopes stables du carbone et de l'oxygène. Les analyses portaient sur des échantillons collectés pendant les 16 premières semaines de l'activité du rover à la surface de Mars. Les deux instruments ont indépendamment confirmé que l'atmosphère de Mars était enrichie en isotopes lourds, mais surtout que ces enrichissements, par exemple donnés par le rapport des abondances de 13C et 12C, étaient identiques malgré deux procédures de mesure différentes. Cela a donc permis aux cosmochimistes d'éliminer l'hypothèse d'éventuels biais systématiques faussant les mesures et dus aux instruments eux-mêmes.

L'atmosphère a en grande partie disparu il y a quatre milliards d'années

De tels enrichissements avaient déjà été découverts dans des bulles de gaz à l'intérieur de météorites martiennes, comme la célèbre ALH 84001. Leur détermination plus précise pose de nouvelles contraintes sur l'histoire de l'atmosphère de Mars, mais cela ne fait que confirmer ce que l'on savait déjà. L'appauvrissement en éléments les plus légers, par rapport à l'atmosphère de Mars que l'on pouvait attendre en se basant sur la composition cosmochimique de référence déduite de l'atmosphère du Soleil et de la composition moyenne des autres corps du Système solaire, indique que ces éléments sont partis dans l'espace. L'atmosphère de Mars s'est donc bien échappée de la planète, et n'a pas été capturée par son sol ou son manteau supérieur (on sait que cela a été le cas pour une partie de son oxygène initial). Il se confirme aussi que l'essentiel de l'atmosphère de Mars a disparu moins d'un milliard d'années après sa naissance.

Cette érosion de l'atmosphère de Mars se poursuit de nos jours. Mais ce ne sont pas les instruments de Sam qui permettront d'estimer à quelle vitesse elle se produit. Cette tâche est dévolue à la mission Maven (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN Mission), qui devrait être lancée en novembre 2013.

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