Hydrogène persistant dans l’atmosphère de Mars : décryptage fascinant

Le fait que la froide et sèche Mars d’aujourd’hui ait abrité des rivières et des lacs coulants il y a plusieurs milliards d’années a depuis longtemps intrigué les scientifiques. Désormais, des chercheurs de Harvard semblent avoir trouvé une explication convaincante pour décrire un Mars ancien, plus chaud et humide.

En s’appuyant sur des théories antérieures qui dépeignaient une Mars à la fois instable climatique, une équipe dirigée par des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) a déterminé les mécanismes chimiques qui auraient permis à cette planète de conserver une chaleur suffisante au cours de ses premières époques pour accueillir de l’eau, et peut-être même la vie.

« C’est un vrai mystère de constater qu’il y avait de l’eau liquide sur Mars, étant donné qu’elle est plus éloignée du soleil, qui, de surcroît, était moins brillant dans le passé », a affirmé Danica Adams, boursière post-doctorale de la NASA et auteure principale de l’article récemment publié dans Nature Geoscience.

Le hydrogène avait été envisagé comme l’élément clé, s’associant avec le dioxyde de carbone afin de déclencher des épisodes de réchauffement climatique. Cependant, comme la durée de vie de cet hydrogène dans l’atmosphère est limitée, une analyse plus détaillée s’imposait.

Adams, avec son collègue Robin Wordsworth, professeur à la SEAS, et leur équipe, ont réalisé une modélisation photochimique, employant des méthodes similaires à celles utilisées pour surveiller les polluants atmosphériques, afin d’élucider la relation entre l’hydrogène et l’atmosphère martienne primitive, ainsi que son évolution au fil du temps.

« Mars ancien est un monde perdu, mais nous pouvons le reconstruire avec précision si nous posons les bonnes questions », a déclaré Wordsworth. « Cette étude fusionne pour la première fois la chimie atmosphérique et le climat, permettant de formuler de nouvelles prévisions frappantes – qui pourront être testées une fois que nous aurons ramené des échantillons de Mars sur Terre. »

Adams a modifié un modèle appelé KINETICS pour simuler comment la combinaison de l’hydrogène et d’autres gaz interagissant avec le sol et l’air a contrôlé le climat martien précoce. Elle a découvert qu’au cours des périodes Noachienne et Hesperienne, entre 4 et 3 milliards d’années, Mars a connu des périodes épisodiques de réchauffement sur une durée d’environ 40 millions d’années, chaque événement durant plus de 100 000 ans. Ces estimations correspondent aux caractéristiques géologiques observées sur Mars aujourd’hui. Ces périodes chaudes et humides ont été causées par l’hydratation de la croûte, avec de l’eau étant absorbée par le sol, ce qui a permis à l’hydrogène de s’accumuler dans l’atmosphère au fil des millions d’années.

Les fluctuations entre climats chauds et froids ont également causé des changements dans la chimie de l’atmosphère de Mars. Le CO2, constamment bombardé par la lumière du soleil, se transforme en CO. Durant les périodes chaudes, le CO peut se recycler en CO2, rendant le CO2 et l’hydrogène prédominants. En revanche, si la période froide dure assez longtemps, ce recyclage ralentit, permettant l’accumulation de CO et entraînant un état plus réduit, donc moins d’oxygène. Les états redox de l’atmosphère ont ainsi varié de manière significative au fil du temps.

« Nous avons identifié des échelles de temps pour toutes ces alternances », a précisé Adams. « Et nous avons intégré tous les éléments dans le même modèle photochimique. »

Ce travail de modélisation offre des perspectives nouvelles sur les conditions qui auraient soutenu la chimie prébiotique – les bases de la vie telle que nous la connaissons – durant ces périodes chaudes, tout en soulevant des défis pour la persistance de cette vie lors des intervalles froids et oxydants. Adams et ses collègues planifient de trouver des preuves de ces alternances à l’aide de la modélisation chimique isotopique, avec l’intention de comparer les résultats aux échantillons de roches récoltés lors de la prochaine mission Mars Sample Return.

Étant donné que Mars ne présente pas de tectonique des plaques, contrairement à la Terre, la surface actuelle est semblable à celle d’autrefois, rendant son histoire de lacs et de rivières encore plus fascinante. « Cela en fait une étude de cas particulièrement intéressante pour comprendre comment les planètes peuvent évoluer au fil du temps », conclut Adams.

Bon à savoir

Les missions à venir vers Mars, notamment la mission Mars Sample Return, sont cruciales pour découvrir les conditions passées de la planète et pour mieux comprendre les potentiels environnements habitables sur d’autres planètes du système solaire. Cela constituerait une avancée significative dans notre recherche de la vie extraterrestre.