L'atmosphère sur Mars pourrait s'être formée d'une manière qui contredit les théories actuelles, affirment des chercheurs de l'Université de Californie à Davis, aux États-Unis. L'équipe est parvenue à cette conclusion grâce à une nouvelle analyse de la météorite de Chassigny, tombée sur Terre dans le nord-est de la France en 1815 et qui représenterait l'intérieur de Mars.
Les théories actuelles sur la formation des planètes suggèrent que les planètes rocheuses comme la Terre et Mars ont acquis des éléments chimiques volatils tels que l'hydrogène, le carbone, l'oxygène, l'azote et des gaz rares tels que le krypton de la nébuleuse entourant leur étoile mère au cours des premiers stades de leur formation.
Initialement, ces éléments se sont dissous (techniquement, ils se sont « infiltrés ») dans le manteau des planètes, qui existait alors sous la forme d’un océan de roches en fusion, ou magma, à la surface. Plus tard, lorsque l’océan de magma s’est cristallisé, l’océan a « dégazé » ces substances volatiles dérivées de la nébuleuse solaire et les a renvoyées dans l’atmosphère, où elles se sont progressivement dissipées dans l’espace. Enfin, plus tard encore, des météorites appelées chondrites ont livré des matières volatiles supplémentaires en s'écrasant sur les jeunes planètes.
« On s’attend donc à ce que l’intérieur des planètes soit principalement composé de volatiles solaires, ou d’un mélange de volatiles solaires et de chondrites. Les volatiles présents dans l’atmosphère proviendraient en revanche principalement des météorites », explique le chef de l’équipe d’étude. Sandrine Péron.
L'intérieur martien contient du krypton de chondrite
Cette prédiction n’est cependant pas cohérente avec les découvertes de l’équipe, basées sur des mesures des isotopes du krypton dans des échantillons de la météorite de Chassigny. Étant donné que les rapports isotopiques du krypton dans le krypton d’origine nébuleuse solaire et dans le krypton d’origine chondrite sont différents, l’analyse des rapports isotopiques a permis aux chercheurs de déterminer comment Chassigny – et, par extension, l’intérieur de Mars – a obtenu son krypton.
"Notre étude montre que l'intérieur de Mars contient du krypton de chondrite, ce qui contraste avec la composition atmosphérique [de type solaire-krypton]", explique Péron. Physique Monde. "Le scénario actuel ne tient donc plus."
Mesures précises des isotopes
Avant de pouvoir effectuer leurs mesures, les chercheurs ont d’abord dû éliminer une troisième source de krypton. Chassigny a passé 11 millions d'années à voyager dans l'espace avant de tomber sur Terre, ce qui est assez long, selon Péron. Pendant ce temps, il a été exposé au rayonnement cosmique, qui peut générer du krypton et d'autres gaz rares provenant d'autres éléments via des réactions de spallation.
Pour éliminer ce krypton dit « cosmogénique » de leur échantillon, les chercheurs ont chauffé la météorite par étapes entre 200 et 1500 XNUMX °C environ. Cette technique de chauffage par étapes fonctionne car le krypton cosmogénique et martien est libéré à des températures différentes.
Une autre partie importante de la procédure analytique consistait à séparer le krypton des autres gaz rares présents dans la météorite. Pour ce faire, les chercheurs ont analysé les gaz rares les uns après les autres à l'aide de la spectrométrie de masse. "Comme nous voulons éviter les problèmes d'interférences, nous avons besoin d'une phase de krypton presque pure (sans argon ni xénon) dans le spectromètre de masse", explique Péron. "Pour parvenir à une séparation nette du krypton de l'argon et du xénon, nous avons développé un nouveau protocole de séparation à l'UC Davis impliquant un nouveau piège cryogénique."
Ce protocole, combiné au chauffage par étapes, a permis à l'équipe d'obtenir des mesures isotopiques précises du krypton de la météorite Chassigny , explique Péron.
Les météorites ont livré des éléments volatils beaucoup plus tôt
Le fait que les isotopes du krypton à Chassigny correspondent à ceux trouvés dans les météorites chondrites, plutôt que dans la nébuleuse solaire, implique que les chondrites ont livré des éléments volatils à l'enfant Mars beaucoup plus tôt qu'on ne le pensait auparavant, alors que la nébuleuse solaire était encore présente. "Les volatiles solaires présents dans l'atmosphère ne peuvent pas provenir du dégazage du manteau comme on le supposait précédemment, mais ont probablement été capturés par la nébuleuse solaire avant que la nébuleuse ne se dissipe (environ 10 millions d'années après la naissance du système solaire) et après que la majeure partie de Mars se soit accumulée", Péron dit. «Cela bouleverse la pensée actuelle.
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"Un aspect difficile est de savoir comment retenir ces éléments volatils solaires dans l'atmosphère, puisqu'ils auraient dû être perdus à cause du rayonnement émanant du Soleil primitif", poursuit-elle. "Un scénario possible est que Mars était froide après l'accrétion et qu'une partie des gaz solaires soit restée piégée sous terre ou dans les calottes glaciaires polaires."
Les chercheurs espèrent que leurs travaux motiveront de nouvelles études sur la formation des atmosphères planétaires, et en particulier de l’atmosphère martienne. De leur côté, ils envisagent de mieux caractériser la composition du manteau martien pour déterminer s'il est hétérogène. "Un autre aspect est de mieux comprendre l'origine de l'atmosphère martienne et comment elle a évolué, en tenant compte des contraintes de notre étude", explique Péron. "Cela impliquera de déterminer les conditions permettant de retenir le krypton solaire et le xénon à la surface de la planète."
La recherche est détaillée dans Sciences.
