Le gel est détecté pour la première fois sur les plus hauts volcans de Mars

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Le rover Mars Perseverance de la NASA a acquis cette image à l’aide de sa
Le rover Mars Perseverance de la NASA a acquis cette image à l’aide de sa caméra Mastcam-Z droite. Mastcam-Z est une paire de caméras située en haut du mât du rover. Cette image a été acquise le 10 juin 2024 (Sol 1175). Crédit image : NASA/JPL-Caltech/ASU

Pour la première fois, du gel d’eau a été détecté sur les volcans colossaux de Mars, les plus hautes montagnes de notre système solaire. L’équipe internationale, dirigée par l’Université de Berne, a utilisé des images couleur haute résolution de la caméra martienne bernoise CaSSIS à bord de la sonde ExoMars Trace Gas Orbiter de l’Agence spatiale européenne ESA. Comprendre où se trouve l’eau et comment elle est transportée est important pour les futures missions martiennes et l’éventuelle exploration de Mars par l’homme.

ExoMars’ est un programme spatial de l’Agence spatiale européenne ESA et est synonyme d’exobiologie sur Mars : pour la première fois depuis les années 1970, on recherche activement la vie sur Mars. À bord de l’ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) se trouve le Color and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS), un système de caméra développé et construit par une équipe internationale dirigée par Nicolas Thomas de l’Institut de physique de l’Université de Berne. CaSSIS observe Mars depuis avril 2018 et fournit des images couleur haute résolution de la surface de Mars.

Grâce à ces images couleur haute résolution, une équipe internationale dirigée par Adomas Valantinas a pu mettre en évidence le gel de l’eau sur Mars. L’étude vient d’être publiée dans la revue Nature Geoscience. Valantinas était doctorant au département Space Research & Planetary Sciences de l’Institut de physique de l’Université de Berne jusqu’en octobre 2023 et est actuellement chercheur invité à la Brown University (USA) grâce à la bourse Postdoc.Mobility du Fonds national suisse (FNS).

Une découverte inattendue

Le gel a été découvert au sommet des plus hautes montagnes de Mars - les volcans de Tharsis. Ces volcans sont les montagnes les plus hautes du système solaire, l’Olympus Mons s’élevant jusqu’à 26 km au-dessus des plaines environnantes. Ce gel n’était pas prévu, car ces montagnes se trouvent à des latitudes basses, près de l’équateur martien. A ces basses latitudes, le fort rayonnement solaire a tendance à maintenir les températures de surface à un niveau élevé. Nous ne nous attendions donc pas à y trouver du gel’, explique Valantinas. De plus, la fine atmosphère de Mars ne refroidit pas suffisamment la surface, de sorte que les surfaces à haute altitude peuvent devenir aussi chaudes à midi que les surfaces à basse altitude, ce qui n’est pas le cas sur Terre.

Valantinas explique : ’Les vents ascendants font monter de l’air contenant de la vapeur d’eau des basses terres, qui se refroidit et se condense en altitude. C’est un phénomène bien connu sur la Terre et sur Mars, et c’est ce même phénomène qui provoque le remarquable nuage allongé d’Arsia Mons - et la nouvelle étude montre que ce phénomène entraîne également des dépôts de givre matinaux sur les volcans de Tharsis. ’Comme nous avons pu le voir à partir des images CaSSIS, les minces dépôts de givre ne sont présents que brièvement, pendant quelques heures autour du lever du soleil, avant de s’évaporer à la lumière du soleil’, poursuit Valantinas.

Une collaboration fructueuse

Pour identifier le gel, Valantinas et l’équipe ont analysé plus de 5’000 images de la caméra martienne bernoise CaSSIS. Depuis avril 2018, CaSSIS fournit des observations sur l’activité locale de la poussière, sur les variations saisonnières des dépôts de glace de CO2 et sur l’existence d’avalanches sèches sur Mars. Nicolas Thomas déclare à ce sujet : ’Le fait que nous ayons maintenant pu détecter le dépôt nocturne de glace d’eau sur Mars à des longueurs d’onde visuelles et en haute résolution est une preuve supplémentaire des capacités scientifiques impressionnantes du système de caméras de Berne’.

La découverte a été validée par des observations indépendantes de la caméra stéréoscopique à haute résolution (HRSC) à bord de l’orbiteur Mars Express de l’ESA et du spectromètre Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) à bord de TGO. Ernst Hauber, géologue à l’Institut de recherche planétaire du DLR à Berlin et co-auteur de l’étude actuelle, explique : ’Cette étude montre très bien la valeur de différents instruments orbitaux. En combinant les mesures de différents instruments et la modélisation, nous pouvons améliorer notre compréhension des interactions entre l’atmosphère et la surface d’une manière qui ne serait pas possible avec un seul instrument’. Selon Hauber, les résultats montrent également l’importance de l’observation à long terme des processus planétaires, car certains phénomènes ne deviennent visibles qu’en comparant plusieurs mesures au fil du temps.

Des connaissances importantes pour les futures missions martiennes

Malgré leur faible épaisseur - probablement un centième de millimètre (l’épaisseur d’un cheveu humain) - les taches de gel couvrent une surface énorme. ’La quantité de gel correspond à environ 150’000 tonnes d’eau échangées chaque jour entre la surface et l’atmosphère pendant la saison froide, ce qui équivaut à environ 60 piscines olympiques’, explique Valantinas.

Comprendre où se trouve l’eau et comment elle se déplace entre les réservoirs est important pour de nombreux aspects de la recherche sur Mars’, explique Thomas. ’Bien sûr, nous voulons comprendre les processus physiques qui déterminent le climat sur Mars. Mais la compréhension du cycle de l’eau sur Mars est également très importante pour trouver des ressources importantes pour l’exploration humaine future de Mars et pour savoir où il y a de l’eau sur Mars et si Mars était ou est habitable dans le passé ou aujourd’hui’, conclut Valantinas.