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Curiosity observe d’étranges fluctuations d’oxygène sur Mars

oxygene mars
| NASA/JPL

Depuis qu’il est arrivé sur Mars, le rover Curiosity de la NASA permet aux astrophysiciens d’accéder à tout un ensemble de données extrêmement intéressantes concernant la planète rouge. Mais certains phénomènes demeurent encore mystérieux. C’est notamment le cas de la dynamique de certains gaz dans l’atmosphère martienne. Il y a quelque temps, de curieuses fluctuations de méthane interrogeaient les astrophysiciens quant à leur provenance et, récemment, ce sont des fluctuations d’oxygène imprévues qui viennent s’ajouter au tableau. Pour le moment, les planétologues n’ont pas encore identifié le mécanisme qui pourrait en être responsable.

Le robot ne se contente pas d’étudier les roches. Il analyse également l’atmosphère martienne pour mesurer les changements atmosphériques saisonniers. Cela fait maintenant trois ans sur Mars (six années sur la Terre) que les planétologues ont constaté que l’oxygène dans l’atmosphère de la planète ne se comportait pas exactement comme prévu. Les données ont été publiées dans la revue Journal of Geophysical Research : Planets.

En réalité, il n’y a pas beaucoup d’oxygène sur Mars. La plus grande partie de son atmosphère mince (95% en volume) est constituée de dioxyde de carbone. Le reste est constitué de 2.6% d’azote moléculaire (N2), 1.9% d’argon (Ar), 0.16% d’oxygène moléculaire (O2) et 0.06% de monoxyde de carbone (CO).

Des fluctuations d’oxygène observées dans l’atmosphère martienne

Sur Mars, la pression atmosphérique change au cours de l’année. Sur l’hémisphère Nord, le CO2 gèle au-dessus du pôle, ce qui provoque une chute de pression sur l’hémisphère. Cela se traduit par une redistribution des gaz d’un hémisphère à l’autre afin d’égaliser la pression atmosphérique sur l’ensemble de la planète. Au printemps, lorsque les calottes polaires fondent et libèrent du CO2, l’effet inverse se produit : la pression augmente initialement dans cet hémisphère, puis disparaît à mesure que les gaz sont redistribués vers l’hémisphère Nord.

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Graphique montrant les fluctuations saisonnières d’oxygène mesurées par Curiosity au-dessus du cratère Gale. Au printemps-été, les niveaux d’oxygène sont plus élevés que prévu, et en hiver, au contraire, ils sont plus bas. Crédits : NASA

Les fluctuations des autres gaz sont donc prévisibles proportionnellement aux niveaux de CO2. Ou au moins devraient-ils l’être. Dans le cas de l’azote et de l’argon, ces gaz se sont comportés plus ou moins exactement comme prévu. Mais pas pour l’oxygène. Au printemps et en été, l’oxygène a augmenté d’environ 30% et est revenu à la normale en automne. Cela se produisait chaque année, mais comme la quantité d’augmentation de l’oxygène varie d’année en année, il semble qu’un processus inconnu injecte puis neutralise ensuite l’oxygène.

Un processus martien de nature inconnue

La question évidente pour une mesure aussi étrange était de savoir s’il pouvait y avoir un problème avec l’instrument ou le logiciel du spectromètre de masse quadripolaire. Plusieurs vérifications ont montré que tout fonctionnait correctement.

Une autre possibilité était de savoir si l’oxygène pouvait être produit par l’eau ou le dioxyde de carbone en se dissociant d’une manière ou d’une autre dans l’atmosphère. Cette hypothèse a également été rapidement éliminée — il n’y a pas assez d’eau dans l’atmosphère martienne et le CO2 se dissipe trop lentement pour s’adapter aux fluctuations observées.

Maintenant, le sol martien contient beaucoup d’oxygène. Mais les conditions requises pour le libérer n’ont pas été observées — et cela n’expliquerait pas où il disparaît chaque année. Le processus par lequel le rayonnement solaire détruit l’oxygène qui se dissipe ensuite dans l’espace est également trop lent.

« Nous avons du mal à expliquer cela. Le fait que le comportement de l’oxygène ne soit pas parfaitement reproductible à chaque saison nous fait penser que ce n’est pas un problème lié à la dynamique atmosphérique. Il doit s’agir d’une source et d’un puits chimiques que nous n’avons pas encore observés » déclare Melissa Trainer, planétologue au Goddard Space Flight Center.

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Fluctuations d’oxygène et de méthane : un mécanisme probablement géologique

Mais il y a un indice. Le méthane. Il augmente lui aussi considérablement pendant les mois d’été martien, avec une augmentation pouvant aller jusqu’à 60%. Parfois, les niveaux de méthane et d’oxygène semblent même augmenter simultanément. Il est possible que ce qui cause les fluctuations de méthane entraîne également les fluctuations d’oxygène. Les deux gaz peuvent être produits par des processus organiques, c’est-à-dire la vie, mais également par des processus géologiques.

Infographie montrant les différentes sources possibles à l’origine du méthane atmosphérique martien détecté par Curiosity. Crédits : NASA

Cependant, l’équipe estime qu’il est beaucoup plus probable que l’origine soit géologique. « Nous n’avons pas encore réussi à conceptualiser un mécanisme expliquant les fluctuations d’oxygène observées. Mais nous pensons qu’il doit y avoir quelque chose dans le sol de surface qui change de saison en saison, car il n’y a pas assez d’atomes d’oxygène disponibles dans l’atmosphère pour créer la dynamique que nous observons » conclut Tim McConnochie de l’Université du Maryland.

Sources : Journal of Geophysical Research : Planets

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