Quel temps fait-il là-haut ? Les chercheurs de Science s'intéressent à la neige et aux changements climatiques sur Mars

Une seconde étude sur ce même sujet mesure les profondeurs de la « neige » de dioxyde de carbone plus éphémère qui s'accumule et s'évapore au fil des saisons à la surface de la planète Mars. Faire dès aujourd'hui vos réservations pour des billets interplanétaires n'est cependant probablement pas une très bonne idée, car la neige martienne ne ressemble pas à la poudreuse tant recherchée par les skieurs ; elle est en réalité beaucoup plus dense et ressemble plus à de la glace qu'à de la neige poudreuse ou même les manteaux neigeux tassés et compacts que l'on trouve sur Terre, déclarent les scientifiques.

Ces deux rapports offrent de nouvelles perspectives sur le cycle du dioxyde de carbone sur Mars, ce qui pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le climat et la météorologie de la planète rouge, et apporter des informations sur son atmosphère et sa surface qui pourraient se révéler très utiles lors de futures explorations.

Ces observations « ouvrent la voie à une nouvelle ère dans l'étude de la planète Mars dans laquelle les anciens modèles de « boule de billard » de la planète sont infusés de fortes doses de réalité », déclare David A. Paige de l'University of California, à Los Angeles, auteur d'un article de Perspective correspondant traitant des deux rapports de Science.

Selon les auteurs du premier rapport de Science, les images des alvéoles et autres caractéristiques du pôle Sud de la planète Mars, prises par le Mars Orbiter Camera (MOC) à bord du Mars Global Surveyor en orbite, confirment la présence, à longueur d'année, d'un réservoir de dioxyde de carbone solide à la surface de la planète. Ces images suggèrent que l'échange de gaz entre l'atmosphère et ce réservoir pourrait avoir des effets significatifs sur le climat à long terme de la planète ainsi que sur sa stabilité climatique.

« Le fait que nous puissions voir le réservoir signifie que tout le dioxyde de carbone qui pourrait être présent dans l'atmosphère ne l'est pas encore aujourd'hui. Cela veut donc dire que le climat est dynamique et qu'il se modifie avec le temps », déclare Michael C. Malin de Malin Space Science Systems.

La taille du réservoir, qui reste encore inconnue, pourrait également affecter certains phénomènes tels que la présence d'eau sous forme liquide à la surface de la planète Mars. Si ce réservoir est important, par exemple, le changement de pression atmosphérique résultant de son évaporation pourrait créer des conditions « permettant à l'eau sous forme liquide de persister au niveau ou près de la surface aussi longtemps que la pression resterait élevée », nous explique Michael C. Malin.

En 1999, le MOC permit enfin d'observer des alvéoles circulaires, parfois irrégulières, des rides intermédiaires et des monts isolés découpés dans des couches apparentes de givre au pôle Sud. Pour essayer de détecter des changements éventuels qui auraient pu se produire dans ces structures au cours du temps, Malin et ses collègues ont utilisé le MOC en 2001 pour de nouveau photographier des caractéristiques particulières.

En comparant ces deux ensembles d'images, il semble que beaucoup de ces alvéoles aient grandi, réduisant par-là même les rides qui les séparent ; certaines caractéristiques plus petites ont quant à elles complètement disparues. Les calculs effectués par les chercheurs indiquent que 25 à 50 % des caractéristiques mesurées ont subi une érosion de 1 à 3 mètres au cours de la dernière année martienne.

Le niveau d'érosion relevé sur ces structures suggère que les couches de givre se composent de dioxyde de carbone solide de densité modérée plutôt que d'eau glacée, indiquent les auteurs de l'article de Science.

Avec seulement une année de données actuellement disponibles, il est trop tôt pour savoir quand l'érosion a commencé, pendant combien de temps elle se poursuivra et où va le dioxyde de carbone évaporé, déclarent les chercheurs. D'après les niveaux d'érosion observés, il est cependant tout à fait possible que les alvéoles aient été créées au cours d'une décennie martienne et qu'elles s'érodent en l'espace d'une à deux décennies.

« Nous savons que les alvéoles que nous voyons à la surface de la planète aujourd'hui ne sont pas très anciennes et qu'elles ne dureront pas très longtemps. Ces couches de dioxyde de carbone sont très éphémères à l'échelle géologique », déclare Malin.

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Outre le réservoir présent tout au long de l'année, le dioxyde de carbone solide prend une forme plus saisonnière à la surface de la planète Mars. Au cours d'une année, Mars échange jusqu'à un tiers du dioxyde de carbone dans son atmosphère avec la surface, déposant des couches de « neige » de glace carbonique dans les régions polaires Nord et Sud durant l'automne et l'hiver des deux hémisphères et en évaporant les dépôts pendant le printemps et l'été.

En utilisant un autre instrument se trouvant à bord du Mars Global Surveyor, David E. Smith, Maria T. Zuber et Gregory A. Neumann de la NASA/Goddard Space Flight Center et du Massachusetts Institute of Technology ont mesuré les changements d'élévation à la surface de la planète Mars par rapport au cycle saisonnier d'accumulation et d'évaporation de neige.

« Nous avons mesuré quand et où le dioxyde de carbone se loge pendant l'hiver sur la surface toute entière de la planète Mars, ce qui permettra de développer des modèles plus précis du climat sur Mars », nous dit Zuber.

D'après Zuber, les données recueillies devraient également permettre d'améliorer les modèles de l'atmosphère martienne qui représente une question importante pour l'aérofreinage de l'astronef et le choix des cibles d'atterrissage.

L'altimètre laser orbital de Mars (MOLA) du Surveyor mesure l'élévation du terrain martien en projetant un faisceau laser sur la surface de la planète et en calculant le temps nécessaire pour que le faisceau remonte jusqu'au Surveyor. Les chercheurs ont analysé plus de 400 millions de mesures du MOLA, en suivant ainsi, avec une précision de plus ou moins 10 centimètres, les changements d'élévation dans l'épaisseur de la neige.

Les plus grandes différences d'élévations, qui sont les différences dans l'épaisseur de la neige d'une saison à une autre, ont été relevées à des latitudes élevées, au-dessus de 80 degrés, près des pôles. Les plus grandes accumulations et évaporations de neige semblent cependant se produire à des latitudes plus basses, en dessous de 75 degrés dans le nord et 73 degrés dans le sud. Les chercheurs de Science ont également pour la première fois recensé sur Mars des accumulations et évaporations de neige « hors-saison ». Dans un cas bien particulier, ils ont observé une évaporation inhabituelle pendant l'automne dans l'hémisphère Nord, évaporation peut-être liée à des tempêtes régionales de poussière.

Zuber souligne que, comme sur la Terre, le climat sur Mars peut parfois être imprévisible.

« Nous ne comprenons pas encore ce qui provoque ces déviations des tendances prévisibles. Est-ce que le dioxyde de carbone se condense dans les zones d'ombre ? Ou existe-t-il de très fortes tempêtes locales que les modèles actuels de l'atmosphère martienne ne prévoient pas ? »

Zuber et ses collègues ont également mesuré les faibles variations du champ de gravité de la planète Mars qui se produisent à la suite de la redistribution saisonnière de la neige entre les pôles. En utilisant ces données ainsi que celles recueillies sur les élévations, les chercheurs ont calculé la densité de la neige de dioxyde de carbone et déterminé qu'elle est beaucoup plus dense que la neige telle que nous la connaissons sur Terre.

Les autres membres de l'équipe Malin sont Michael C. Caplinger et Scott D. Davis de Malin Space Science Systems. Cette étude a été financée par la NASA, par le biais de Jet Propulsion Laboratory (JPL).

Les recherches de Smith et al. ont été en partie parrainées par le Programme d'exploration de la planète Mars de la NASA.