De la poussière spatiale révèle que le Soleil a contribué à l’apparition de l’eau sur Terre

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| L. Daly et al.
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Dans un nouvel article publié dans la revue Nature Astronomy, une équipe internationale de chercheurs rapporte comment l’analyse d’échantillons d’astéroïde suggère que des grains de poussière extraterrestres, irradiés par le vent solaire, ont vraisemblablement transporté de l’eau vers la Terre lors de la formation de notre planète. Cette découverte pourrait aider à déceler des réserves d’eau dans d’autres mondes sans air lors de futures missions spatiales.

Les planétologues s’interrogent depuis des décennies sur l’origine des océans de la Terre, qui couvrent 70% de sa surface — soit bien plus que toute autre planète rocheuse de notre système solaire. Une théorie suggère qu’un type de roche spatiale porteuse d’eau, un astéroïde de type C (de type carboné), aurait pu apporter de l’eau sur notre planète lors des dernières étapes de sa formation, il y a 4,6 milliards d’années. Pour tester cette théorie, les scientifiques ont analysé l’empreinte isotopique de morceaux d’astéroïdes de type C, tombés sur Terre sous forme de météorites chondrites carbonées riches en eau.

Si le rapport entre l’hydrogène et le deutérium dans l’eau de ces météorites correspondait à celui de l’eau terrestre, les météorites de type C devenaient une source probable. Le problème est que cette théorie ne se vérifiait que pour certaines météorites ; en moyenne, les empreintes isotopiques ne correspondaient pas (celle de l’eau terrestre est plus légère). Cela signifie qu’une partie de l’eau de la planète provient bien des météorites, mais qu’elle provient également d’une autre source, jusqu’ici insoupçonnée.

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De l’eau produite in situ à la surface d’un astéroïde

Pour résoudre ce mystère, des chercheurs de l’Université de Glasgow ont entrepris d’examiner des échantillons d’un autre type de roche spatiale : un astéroïde de type S — principalement composé de silicates, et qui orbite plus près du Soleil que ceux du type C. Les échantillons analysés provenaient de l’astéroïde Itokawa, qui orbite autour du Soleil en 18 mois ; ils avaient été collectés par la sonde spatiale japonaise Hayabusa, qui les a rapportés sur Terre en 2010. L’analyse a été effectuée par tomographie par sonde atomique, une technique qui fournit une imagerie 3D d’un matériau et des mesures de sa composition chimique avec une sensibilité élevée.

L’équipe a donc pu examiner avec précision la structure atomique des grains de l’échantillon, jusqu’à 50 nanomètres sous leur surface ; ils ont découvert qu’une quantité importante d’eau avait été produite juste en dessous de la surface par « érosion spatiale » : des particules chargées provenant du Soleil (le vent solaire) ont modifié la composition chimique de ces grains ce qui a produit des molécules d’eau. Leurs mesures suggèrent que ces infimes fragments de roche contenaient une quantité d’eau correspondant à environ 20 litres par m³ de roche.

Les vents solaires sont des flux de particules composés principalement d’ions d’hydrogène et d’hélium, qui s’écoulent constamment du Soleil vers l’espace. « Lorsque ces ions frappent la surface d’un corps sans air, comme un astéroïde ou une particule de poussière spatiale, ils pénètrent à quelques dizaines de nanomètres sous la surface, où ils peuvent affecter la composition chimique de la roche », explique le Dr Luke Daly, maître de conférences à l’Université de Glasgow et auteur principal de l’étude.

Au fil du temps, cet effet d’érosion peut éjecter suffisamment d’atomes d’oxygène des matériaux de la roche pour créer des molécules d’eau, qui demeurent piégées dans les minéraux de l’astéroïde. « Il est important de noter que cette eau dérivée du vent solaire et produite par le système solaire primitif est isotopiquement légère », précise l’expert. Or, avant le début de l’accrétion des planétésimaux, la nébuleuse solaire était particulièrement riche en poussière spatiale ; cette poussière irradiée, donc riche en eau, serait tombée sur la Terre primitive au moment de sa formation. Le Soleil a donc largement contribué à l’apparition de l’eau sur Terre, aux côtés des astéroïdes de type C.

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De possibles autres réserves d’eau dans l’espace

Les chercheurs notent que leurs résultats ont été vérifiés, via d’autres expérimentations, avec d’autres échantillons fournis par la NASA et d’autres laboratoires universitaires. « Nous voulions être sûrs que les résultats que nous obtenions étaient exacts. J’ai présenté nos résultats préliminaires à la conférence Lunar and Planetary Science en 2018, et j’ai demandé si des collègues présents pouvaient nous aider à valider nos résultats avec leurs propres échantillons », explique Daly. L’équipe a ainsi pu confirmer que les traces d’eau observées sur les grains d’Itokawa étaient bel et bien d’origine extraterrestre.

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Ces résultats constituent une vraie avancée pour les scientifiques. « Il y a dix ans à peine, l’idée que l’irradiation par le vent solaire soit pertinente pour expliquer l’origine de l’eau dans le système solaire, voire pour les océans de la Terre, aurait été accueillie avec scepticisme », souligne le professeur John Bradley, co-auteur de l’étude. Mais cette étude démontre pour la première fois que de l’eau peut être produite in situ à la surface d’un astéroïde ; c’est une nouvelle preuve du fait que l’interaction du vent solaire avec des grains de poussière riches en oxygène produit effectivement de l’eau.

Cette découverte est également importante pour de potentielles futures missions d’exploration spatiale : les estimations de quantité d’eau pouvant être contenue dans les surfaces érodées des corps spatiaux suggèrent que les futurs explorateurs pourraient potentiellement fabriquer des réserves d’eau directement à partir de la poussière de surface, même sur les planètes les plus arides. « Nous pensons qu’il est raisonnable de supposer que le même processus d’érosion spatiale qui a créé l’eau sur Itokawa s’est produit à un degré ou à un autre sur de nombreux mondes sans air, comme la Lune ou l’astéroïde Vesta », notent les chercheurs.

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L’équipe évoque en particulier le projet Artemis de la NASA : si la surface lunaire possède un réservoir d’eau similaire, alimenté par le vent solaire, cela représenterait une ressource énorme et précieuse pour pouvoir établir une base permanente sur la Lune.

Source : Nature Astronomy, L. Daly

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