Il y a des milliards d'années, Mars était autrefois un endroit très différent de l'endroit froid et desséché qu'il est aujourd'hui. Fondamentalement, il y avait une atmosphère plus épaisse et plus chaude et de l'eau liquide coulant à sa surface, et peut-être même de la vie ! La raison en est que, comme la Terre, Mars avait un champ magnétique planétaire généré par l'action de son noyau. Mais quand ce champ a disparu, les choses ont commencé à changer radicalement !
Pendant des années, les scientifiques ont cru que ce champ avait disparu il y a plus de 4 milliards d'années, provoquant le retrait progressif de l'atmosphère de Mars par le vent solaire. Mais selon nouvelle recherche dirigé par l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) a imposé de nouvelles contraintes quant au moment où ce champ magnétique a disparu, indiquant que le champ magnétique de Mars a existé plus tôt (et a duré des centaines de millions d'années de plus) qu'on ne le pensait auparavant.
L'étude qui décrit leurs découvertes, récemment parue dans la revue Avancées scientifiques ,était dirigée par Anna Mittelholz – une boursière postdoctorale au Département des sciences de la Terre, de l'océan et de l'atmosphère de l'UBC. Elle a été rejointe par Catherine Johnson, scientifique principale au Institut des sciences planétaires (PSI) et une équipe internationale de chercheurs.
À une certaine époque, Mars avait un champ magnétique similaire à celui de la Terre, ce qui empêchait son atmosphère d'être détruite. Crédit : NASA
Comme la Terre, le champ magnétique global de Mars serait le résultat d'un effet dynamo provoqué par l'action de son noyau. Cela se produit lorsqu'un noyau externe liquide tourne autour d'un noyau externe solide, dans le sens inverse de la rotation de la planète. Malheureusement, le champ magnétique a disparu, ce qui a entraîné le décapage de l'atmosphère de la planète au fil du temps au point qu'elle est devenue extrêmement mince (comme c'est le cas aujourd'hui).
Les scientifiques attribuent cela à la masse et à la densité inférieures de Mars (par rapport à la Terre) qui ont entraîné un refroidissement intérieur plus rapide. Cela a fait que le noyau externe de la planète est devenu solide, arrêtant ainsi l'effet de dynamo martien. Pendant ce temps, son noyau interne serait à l'état liquide car la pression à l'intérieur de Mars est trop faible pour le faire se solidifier.
Dans le passé, les scientifiques se sont appuyés sur l'étude des roches magnétisées sur et sous la surface de Mars pour reconstituer l'histoire du champ magnétique de la planète - en particulier les roches de lave. Ce type de roche provient du manteau de la planète et est ensuite amené à la surface par l'activité volcanique et le resurfaçage. Au fur et à mesure que la lave est exposée à la surface et se refroidit, ses minéraux s'alignent sur le champ magnétique global.
Après avoir examiné des échantillons magnétisés de roche de surface, les scientifiques ont découvert qu'une dynamo était active il y a entre 4,3 et 4,2 milliards d'années. Cependant, des échantillons de roche prélevés dans trois grands bassins - Hellas, Argyre et Isidis - qui se sont formés il y a 3,9 milliards d'années - ont conduit la plupart des scientifiques à la conclusion que la dynamo était inactive à ce moment-là.
Mais après avoir analysé les nouvelles données obtenues par la NASA Atmosphère martienne et évolution volatile (MAVEN), l'équipe s'est vue présenter une image différente. Comme Mittelholz l'a expliqué dans un récent UBC communiqué de presse :
« Nous constatons que la dynamo martienne fonctionnait il y a 4,5 milliards d'années (4,5 Ga) et il y a 3,7 milliards d'années. Le timing de la dynamo est une grande partie de l'évolution d'une planète, et ce que nous trouvons est très différent de ce que nous avons pensé jusqu'à présent. La dynamo nous dit quelque chose sur l'histoire thermique de la planète, son évolution et comment elle est arrivée là où elle se trouve aujourd'hui, et elle est unique pour chacune des planètes terrestres - Terre, Mars, Vénus et Mercure.
Des données antérieures sur le magnétisme sur Mars ont été recueillies par le Arpenteur mondial de Mars (MGS) en orbite autour de la planète rouge entre 1999 et 2006. Pour l'essentiel, cette mission de la NASA a effectué ses observations à une distance de 400 km (250 mi) de la surface. La mission MAVEN, qui a commencé à orbiter autour de Mars en 2014, a pu capter des signaux plus faibles puisqu'elle a opéré jusqu'à 135 km (84 mi) de la surface.
Les nouvelles données MAVEN ont détecté des preuves claires d'un champ magnétique provenant de la coulée de lave Lucus Planum, qui s'est formée il y a environ 3,7 milliards d'années et a montré des preuves d'un champ magnétique. Cela indique qu'un champ magnétique martien a existé bien plus tard que ce que des études précédentes d'autres régions avaient suggéré.
La coulée de lave de Grove Plane. Crédit : NASA
Comme Johnson - qui est également professeur au Département des sciences de la Terre, de l'océan et de l'atmosphère à l'UBC et conseiller académique de Mittelholz - expliqué :
'L'âge de la nouvelle dynamo vient de la corrélation des signaux magnétiques avec une jeune coulée de lave (3,7 Ga). En particulier, nous voyons un 'trou' dans le signal de champ magnétique au-dessus d'un petit cratère dans le flux qui pénètre jusqu'à la base du flux, nous savons donc que ce petit cratère a supprimé le signal magnétique : cela nous indique que les roches magnétisées sont dans le flux, pas seulement enterré beaucoup plus profondément. L'âge de l'écoulement vient du nombre de cratères sur l'écoulement.
De plus, ils ont noté la présence d'un champ magnétique de faible intensité sur le bassin Boréalis dans l'hémisphère nord de la planète. Il s'agit de l'une des caractéristiques les plus anciennes de Mars, qui s'est formée il y a 4,5 milliards d'années, à une époque où Mars elle-même avait un peu plus de 100 millions d'années. Ces deux observations indiquent l'existence d'une dynamo très tôt dans l'histoire de Mars et qu'elle a duré un demi-milliard d'années de plus que ne le pensaient de nombreux scientifiques.
Pour expliquer l'absence de roches magnétisées dans les bassins d'Hellas, d'Argyre et d'Isidis, les chercheurs proposent deux explications possibles. D'une part, la dynamo s'est peut-être arrêtée avant la formation de ces bassins et a redémarré plus tard. D'autre part, il est possible que les impacts qui les ont formées aient déplacé la croûte qui contenait les minéraux pouvant porter une forte signature magnétique.
Le cratère Jezero sur Mars est le site d'atterrissage du rover Perseverance de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU
Dans tous les cas, ces résultats pourraient révéler de nouvelles informations sur l'histoire géologique de Mars et sa structure intérieure. En tant que Johnson expliqué :
« Si une planète rocheuse ou une lune a un champ magnétique global comme sur Terre aujourd'hui ou dans le passé, cela nous renseigne sur l'intérieur profond de la planète à cette époque. De plus, de nouveaux résultats pour la dynamo à 3,7 Ga suggèrent que la dynamo martienne aurait pu être active à une époque de conditions climatiques très différentes sur Mars, en particulier lorsque de nombreux réseaux de vallées se sont formés.
En particulier, c'est la capacité de MAVEN à capter des signaux provenant de plus petites entités sur et près de la surface qui a permis à l'équipe de recherche de faire la distinction entre ce qui vient de la surface ou des roches plus anciennes enfouies plus profondément dans la croûte. Dans tous les cas, ces nouvelles connaissances amènent les scientifiques à se demander ce qu'ils pourraient trouver s'ils pouvaient regarder de plus près.
Mars regorge de cratères, après tout, et les futures missions pourront les examiner de plus près, en particulier lorsque des rovers ou des ballons sont impliqués. Par exemple, le Persévérance le rover atterrit sur Mars en 2021, il atterrira dans le cratère Jezero, situé au bord du bassin d'Isidris. En plus de trouver des preuves de l'habitabilité passée (et peut-être de la vie passée, croisons les doigts !), cela pourrait également révéler des choses sur le passé géologique de Mars.
Lectures complémentaires : UBC , psi , Avancées scientifiques