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De grandes tempêtes de poussière ont peut-être chassé une grande partie de l’eau de Mars

De Grandes Tempêtes De Poussière Ont Peut être Chassé Une Grande

Tempêtes de poussière martiennes jeter de l’eau plus haut dans l’atmosphère qu’on ne le pensait auparavant, aidant à dépouiller la planète rouge de son eau limitée et contribuant potentiellement à la perte de la valeur d’un océan en eau sur des milliards d’années, selon une nouvelle étude.

La recherche révèle que les tempêtes de poussière d’été peuvent envoyer de l’eau au sommet L’atmosphère de Mars, détruisant la molécule et permettant à l’hydrogène de s’échapper dans l’espace.

On pense que Mars a soutenu un océan ou deux à ses débuts. Mais l’eau qui aurait pu autrefois garder la surface de la planète habitable a été perdue au fil des siècles, et les scientifiques en ont cherché la cause. Désormais, les chercheurs utilisent le vaisseau spatial Mars Atmosphere et Volatile EvolutioN de la NASA, ou MAVEN, ont appris que de puissantes tempêtes de poussière estivales peuvent transporter de l’eau au-dessus de l’hygropause, une couche froide dans l’atmosphère qui emprisonne l’eau plus bas.

L’eau sur Mars: exploration et preuves

Ce graphique montre comment l'eau de la haute atmosphère martienne varie au cours de l'année.  Pendant les tempêtes de poussière mondiales et régionales, qui se produisent au printemps et en été méridional, l'eau dans la haute atmosphère augmente considérablement.

Ce graphique montre comment l’eau de la haute atmosphère martienne varie au cours de l’année. Pendant les tempêtes de poussière mondiales et régionales, qui se produisent au printemps et en été méridional, l’eau dans la haute atmosphère augmente considérablement. (Crédit d’image: Université de l’Arizona / Shane Stone / NASA Goddard / Dan Gallagher)

« Les tempêtes de poussière injectent une soudaine éclaboussure d’eau dans la haute atmosphère », a déclaré l’auteur principal de l’étude Shane Stone, un étudiant diplômé de l’Université de l’Arizona, à Space.com par courrier électronique.

Stone a travaillé avec ses collègues pour utiliser les données collectées par MAVEN sur ses plonge profondément dans l’atmosphère sur plus de deux années martiennes (un peu moins de quatre années terrestres). Ils ont constaté que l’abondance de l’eau a culminé pendant l’été du sud, lorsque la planète est la plus proche du soleil et que les tempêtes de poussière mondiales sont plus fréquentes. Les résultats ont été publiés le 13 novembre dans la revue Science.

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« Lors d’une tempête de poussière mondiale, le nouveau processus que nous décrivons produit [hydrogen] atomes à un taux qui est 10 fois celui du processus classique », a déclaré Stone.

‘Une éclaboussure soudaine d’eau’

Sur Terre, l’hygropause sert de barrière pour piéger l’eau dans la basse atmosphère. Lorsque la vapeur d’eau atteint la partie la plus froide du ciel, elle se condense du gaz au liquide pour former des nuages. Une fois que l’eau se condense, elle cesse de monter.

Alors que des études antérieures ont suggéré que l’eau pourrait être transportée au-dessus de l’hygropause martienne, la nouvelle recherche a révélé une tendance saisonnière, ainsi qu’un lien avec les tempêtes de poussière, dans la quantité d’eau trouvée dans la haute atmosphère. En revanche, les modèles précédents de comment l’eau de la planète rouge est perdue permettre une lente infiltration d’eau de l’atmosphère moyenne à travers l’hygropause et dans l’espace.

« Le processus classique est comme un filet d’hydrogène lent et régulier dans la haute atmosphère qui varie peu d’une année martienne à l’autre, tandis que le processus que nous décrivons est comme une éclaboussure soudaine d’eau dans la haute atmosphère », a déclaré Stone.

Alors que les tempêtes de poussière empêchent la lumière et la chaleur d’atteindre la surface de la planète, elles réchauffent l’hygropause, l’affaiblissant et laissant passer plus d’eau. Les températures plus chaudes de l’été sud réchauffent également l’atmosphère, rendant l’hygropause plus poreuse.

Le filet régulier de perte d'eau martienne pendant la majeure partie de l'année par rapport aux éclaboussures soudaines pendant les tempêtes de poussière.

Le filet régulier de perte d’eau martienne pendant la majeure partie de l’année par rapport aux éclaboussures soudaines pendant les tempêtes de poussière. (Crédit d’image: NASA / Goddard / CI Lab / Adriana Manrique Gutierrez / Krystofer Kim)

Lorsque les molécules d’eau atteignent la haute atmosphère, elles réagissent avec des particules chargées, ou des ions, et se divisent en atomes d’hydrogène et d’oxygène. Parce que l’hydrogène est l’atome le plus léger, certains des atomes d’hydrogène peuvent atteindre des vitesses suffisamment élevées pour échapper à l’attraction de la gravité de Mars et sont expulsés dans l’espace.

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« Une fois que l’eau atteint la haute atmosphère, elle a une durée de vie d’environ quatre heures », a déclaré Stone.

MAVEN Spectromètre de masse à gaz neutre et ionique (NGIMS) échantillonne l’air lorsque la sonde plonge dans l’atmosphère martienne à une altitude de 78 miles (125 kilomètres), ce qui se produit toutes les 4,5 heures. NGIMS ne mesure pas directement l’eau, car l’hydrogène et l’oxygène dans l’atmosphère peuvent se combiner à l’intérieur de l’instrument pour créer la molécule. Au lieu de cela, NGIMS repose sur des ions, qu’il sépare en masse afin que les chercheurs puissent les identifier et calculer la quantité d’eau dans la haute atmosphère.

Dans le modèle classique, la majeure partie de l’eau de l’atmosphère moyenne qui est brisée par la lumière du soleil retombe vers la surface. Seules certaines des nouvelles molécules d’hydrogène glissent au-delà de l’hygropause et dans la haute atmosphère, quittant finalement la planète.

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« Ce processus est lent et régulier de l’année martienne à l’année martienne, donc les scientifiques savent depuis cinq à six ans maintenant que le modèle classique ne peut en aucun cas être responsable. variations rapides dans le [hydrogen] évasion, qui ont été observées à des échelles de temps inférieures à une année martienne », a déclaré Stone.

L'image d'un artiste d'une tempête de poussière chargée électriquement sur Mars.

L’image d’un artiste d’une tempête de poussière chargée électriquement sur Mars. (Crédit d’image: NASA)

Le rejet rapide nouvellement inféré de l’eau pendant l’été méridional et pendant les tempêtes de poussière ne renverse pas le processus classique, qui continue de fonctionner aujourd’hui. Cependant, les tempêtes de poussière mondiales et locales projetant de l’eau dans la haute atmosphère produisent des atomes d’hydrogène environ 10 fois plus rapidement que le processus classique, a déclaré Stone. Pendant la majeure partie de l’année martienne, les deux processus libèrent à peu près la même quantité d’atomes d’hydrogène qui peuvent s’échapper dans l’espace, a-t-il ajouté.

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L’exemple le plus frappant du processus rapide en action est peut-être la Tempête de poussière mondiale de 2018 qui a mis Rover Opportunity de la NASA Hors service. Les mesures prises pendant deux jours de la tempête ont noté 20 fois plus d’eau libérée que via le processus classique. Stone et ses collègues ont estimé que la tempête de poussière monstre a fait perdre à Mars autant d’eau en 45 jours qu’elle en perd généralement pendant une année martienne, soit 687 jours terrestres.

Les tempêtes de poussière régionales, qui se produisent chaque année sur Mars, entraînent une augmentation plus faible mais toujours significative de l’abondance de l’eau dans la haute atmosphère et la perte d’hydrogène qui en résulte, a déclaré Stone.

Ces images de Mars montrent une vision très différente du même hémisphère de la planète.  L'image de gauche, prise en mai 2016, montre une atmosphère claire, tandis que celle de droite, prise en juillet 2018, révèle la tempête de poussière mondiale qui a arrêté le rover Opportunity.

Ces images de Mars montrent une vision très différente du même hémisphère de la planète. L’image de gauche, prise en mai 2016, montre une atmosphère claire, tandis que celle de droite, prise en juillet 2018, révèle la tempête de poussière mondiale qui a arrêté le rover Opportunity. (Crédit d’image: NASA, ESA et STSci)

Les chercheurs ont estimé que le processus saisonnier, sans prendre en compte les tempêtes de poussière, dépouillerait Mars d’une profondeur de 17,3 pouces (44 centimètres) couche globale d’eau au cours d’un milliard d’années. En supposant qu’une tempête de poussière mondiale comme l’événement de 2018 se produise une fois par décennie, une profondeur supplémentaire de 17 cm (6,7 pouces) d’eau mondiale serait perdue pendant cette période, les tempêtes de poussière locales contribuant chaque année à encore plus de destruction.

La perte de l’eau de la planète rouge a lentement changé son atmosphère. De tels changements peuvent être difficiles à modéliser car un petit changement peut être amplifié au cours de la durée de vie de 4,5 milliards d’années du système solaire. Mais Stone et ses collègues sont convaincus que les changements saisonniers et les tempêtes de poussière ont joué un rôle important dans l’élimination de l’eau.

« L’apport d’eau saisonnier et médiatisé par une tempête de poussière à la haute atmosphère aurait pu jouer un rôle important dans l’évolution du climat martien de son état chaud et humide d’il y a des milliards d’années à la planète froide et sèche que nous observons aujourd’hui », auteurs ont écrit dans la nouvelle étude. « Mars a probablement assez perdu [water] pour couvrir la surface de la planète avec un océan de dizaines à des centaines de mètres de profondeur, et les taux de perte ont dû être plus élevés dans le passé. « 

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