Bien qu’elle soit étudiée depuis des décennies, la planète rouge recèle encore des mystères. Pendant de longues années, une structure particulière a retenu l’attention des planétologues, son origine demeurant un mystère : une calotte glaciaire, composée de glaces d’eau et de CO2, recouvrant le pôle Sud de Mars. Récemment, une équipe d’astrophysiciens de la NASA, au moyen de simulations, a pu confirmer l’hypothèse généralement avancée pour expliquer la formation et la dynamique de cette structure de glace.
L’hypothèse principale est que ces couches se sont empilées les unes sur les autres lors des variations d’inclinaison de l’axe de Mars durant son orbite autour du Soleil, et de nouvelles simulations publiées dans la revue confirment cette idée. La calotte glaciaire en question a une profondeur d’environ un kilomètre et est supposée contenir autant de CO2 que l’atmosphère martienne aujourd’hui, et une combinaison de facteurs a produit ce modèle de couches inhabituel.
« Habituellement, lorsque vous exécutez un modèle, vous ne vous attendez pas à ce que les résultats correspondent aussi étroitement à ce que vous observez. Mais l’épaisseur des couches, déterminée par le modèle, correspond parfaitement aux mesures radar des satellites en orbite » explique Peter Buhler, planétologue au Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
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Une glace de CO2 stabilisée grâce à la dynamique de Mars
Ce qui rend la calotte glaciaire du pôle Sud si étrange, c’est qu’elle ne devrait pas vraiment être là — la glace d’eau est plus stable thermiquement et plus sombre que la glace de CO2, donc les planétologues s’attendraient à ce que la glace de CO2 se déstabilise lorsqu’elle est piégée sous la glace d’eau.
Selon le nouveau modèle, trois facteurs ont empêché cela de se produire : l’inclinaison changeante de Mars lorsqu’elle orbite autour du Soleil, les différences dans la façon dont ces deux types de glace reflètent la lumière du Soleil et le changement de pression atmosphérique qui se produit lorsque la glace de CO2 se transforme en gaz.
Les oscillations de l’obliquité de Mars responsables de la calotte de glace de CO2
Les « oscillations » de Mars sur son axe de rotation changeraient la quantité de lumière solaire atteignant le pôle Sud, formant de la glace de CO2 pendant certaines périodes et la sublimant (en la faisant passer d’un solide à un gaz) pendant d’autres périodes.
Pendant les périodes de formation de glace, la glace d’eau serait piégée à côté du CO2. À mesure que la sublimation se produit, cette glace plus stable resterait derrière, formant les couches maintenant présentes au pôle Sud de Mars.
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Au fil du temps, le changement climatique de la planète rouge n’a pas entraîné une sublimation systématique du CO2, empilant des couches successives de glace de CO2 et de glace d’eau. Les modèles montrent que ce processus modifie la pression atmosphérique — entre un quart et deux fois le niveau qu’elle est aujourd’hui — tout comme Leighton et Murray l’avaient prédit dans les années 1960.
Cela dure depuis environ 510’000 ans, suggèrent les auteurs — depuis la dernière période d’illumination solaire extrême, lorsque tout le CO2 aurait été sublimé dans l’atmosphère martienne. « Notre détermination de l’histoire des grandes fluctuations de pression de Mars est fondamentale pour comprendre l’évolution du climat de la planète, y compris l’histoire de la stabilité et de l’habitabilité de l’eau liquide près de la surface » conclut Buhler.