En utilisant une technique d’analyse fondée sur les mouvements orbitaux et les fluctuations gravitationnelles, des chercheurs ont identifié des indices d’une anomalie thermique dans le manteau de l’hémisphère sud de Mars. Cette région pourrait être 200 à 400 °C plus chaude que le reste de la planète. Cette différence pourrait refléter une convection mantellique régionale ou une isolation thermique liée à l’épaisse croûte des hautes terres méridionales de Mars, qui persiste depuis plusieurs milliards d’années.
Mars présente d’importantes dichotomies dans la structure de sa croûte. Si l’hémisphère nord est presque entièrement recouvert de plaines basses, l’hémisphère sud, quant à lui, est généralement plus élevé, accidenté et fortement cratérisé. Ces différences s’accompagnent notamment d’un écart moyen d’environ 25 km dans l’épaisseur de la croûte, ainsi que de différences de magnétisation et d’atténuation des ondes sismiques.
Des données suggèrent que les plaines du nord auraient également pu abriter de l’eau liquide en surface il y a des milliards d’années, avant que les éventuelles étendues d’eau de surface ne disparaissent progressivement. La compréhension de l’origine de cette dichotomie de la croûte martienne permettrait de mieux appréhender l’hydrologie ancienne de la planète et la chronologie des conditions de surface susceptibles d’abriter la vie.
L’origine de ces différences entre les hémisphères de Mars fait cependant l’objet de débats de longue date. Dans une étude parue récemment dans la revue Nature, une équipe de chercheurs apporte de nouveaux éléments sur l’origine de ces différences en analysant la réponse gravitationnelle de Mars aux variations liées à son orbite et aux forces de marée exercées par le Soleil.
« Mars subit des forces de marée saisonnières dues à son orbite excentrique et à l’inclinaison de son axe de rotation par rapport au Soleil. La réponse à ces forces engendre des variations temporelles du champ gravitationnel martien et est sensible à la structure interne de la planète », écrivent les chercheurs dans leur étude.
Un hémisphère sud 20 % moins rigide que le nord
Au cours de sa révolution autour du Soleil, Mars subit de légères déformations en raison de l’attraction gravitationnelle du Soleil et de son orbite légèrement elliptique. L’intensité des forces de marée varie au cours de l’année martienne, notamment en raison de la variation de la distance entre Mars et le Soleil.
Cette déformation provoque à son tour un déplacement de la masse interne de la planète et des fluctuations de sa propre attraction gravitationnelle. Les variations du champ gravitationnel influencent légèrement la vitesse des orbiteurs. Ces variations peuvent être mesurées et utilisées pour contraindre la réponse de Mars aux forces de marée.
Pour effectuer leur analyse, les chercheurs de l’étude ont compilé environ 16 ans de données satellitaires provenant de trois sondes spatiales différentes. « Une fois que nous connaissons la façon dont la planète réagit à ces variations de gravité au cours de son orbite, nous pouvons effectuer des calculs et déterminer l’état interne qui en est la cause », explique dans une interview accordée au Brown News, Nick Wagner, chercheur postdoctoral à l’université de Brown et coauteur principal de l’étude.
L’équipe a avancé l’hypothèse selon laquelle un intérieur plus chaud se déformerait plus facilement sous l’effet de marée, tandis qu’un intérieur plus froid résisterait davantage à la déformation. Les données suggèrent que l’hémisphère sud de Mars devrait être environ 20 % moins rigide que l’hémisphère nord, ce qui pourrait s’expliquer par une différence de température de 200 à 400°C.
Sur la base de cette hypothèse, les données suggèrent une différence de réponse mécanique entre les deux hémisphères, qui pourrait s’expliquer par une différence de température de 200 à 400 °C.
Quant à ce qui pourrait expliquer cette différence de température, une question reste ouverte : cette différence de température est-elle une cause ou une conséquence de l’évolution de Mars ? Les données disponibles ne permettent notamment pas de déterminer si cette asymétrie existait déjà depuis la formation de la planète et a contribué à son évolution, ou si un événement survenu ultérieurement a engendré cette différence de température.
Certaines hypothèses attribuent la dichotomie martienne à un impact géant ancien dans l’hémisphère nord, ce qui aurait pu modifier son manteau en profondeur. Il serait également possible que l’hémisphère sud possède une croûte plus épaisse que l’hémisphère nord, ce qui aurait pu contribuer à isoler thermiquement le manteau et à maintenir une température plus élevée. Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour déterminer si l’une de ces hypothèses explique mieux les observations.
