Première détection de givre sur les plus hauts volcans du système solaire sur Mars

Pour la première fois, du gel d'eau a été détecté sur les volcans colossaux de Mars, qui sont les plus grandes montagnes du système solaire. L'équipe internationale dirigée par l'Université de Berne a utilisé des images couleur haute résolution de la caméra bernoise pour Mars, CaSSIS, à bord du vaisseau spatial ExoMars Trace Gas Orbiter de l'Agence spatiale européenne. Comprendre où l’eau peut être trouvée et comment elle est transportée est pertinent pour les futures missions sur Mars et une éventuelle exploration humaine.

“ExoMars” est un programme de l'Agence spatiale européenne ESA : pour la première fois depuis les années 1970, des recherches actives sont menées sur la vie sur Mars. À bord d'ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) se trouve le système d'imagerie couleur et stéréo de surface (CaSSIS), un système de caméra développé et construit par une équipe internationale dirigée par le professeur 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 le Dr Adomas Valantinas a pu détecter du gel d'eau sur Mars. L'étude vient d'être publiée dans la revue Géosciences naturelles. Valantinas était titulaire d'un doctorat. étudiant au Département de recherche spatiale et de sciences planétaires de l'Institut de physique de l'Université de Berne jusqu'en octobre 2023 et est actuellement chercheur invité à la Brown University (États-Unis) grâce à une bourse de mobilité postdoctorale du Fonds national suisse (FNS).

Une découverte inattendue

Le gel a été détecté au sommet des plus hautes montagnes de Mars, les volcans Tharsis. Ces volcans sont les plus hautes montagnes du système solaire, l'Olympus Mons s'élevant jusqu'à 26 km au-dessus des plaines environnantes. Cette formation de gel n'était pas prévue car ces montagnes se situent à basse latitude, près de l'équateur de Mars.

“À ces basses latitudes, l'ensoleillement élevé a tendance à maintenir les températures de surface élevées. Par conséquent, nous ne nous attendions pas à ce qu'il y ait du gel là-bas”, explique Valantinas. De plus, la mince atmosphère de Mars est inefficace pour refroidir la surface, de sorte que les surfaces à haute altitude peuvent devenir aussi chaudes que les surfaces à basse altitude à midi, contrairement à ce qui se passe sur Terre.

Valantinas explique : « Les vents ascendants amènent de l'air contenant de la vapeur d'eau depuis les basses terres, et cet air se refroidit à mesure qu'il atteint les hautes altitudes, provoquant de la condensation. Il s'agit d'un phénomène familier sur Terre et sur Mars. » Le même phénomène est à l’origine de l’impressionnant nuage allongé d’Arsia Mons – et la nouvelle étude montre qu’il entraîne également des dépôts de gel matinal sur les volcans de Tharsis.

“Comme nous avons pu le voir sur les images CaSSIS, les fines gelées ne sont présentes que brièvement, pendant quelques heures autour du lever du soleil, avant de s'évaporer au soleil”, poursuit Valantinas.

Collaboration réussie

Afin d'identifier le gel, Valantinas et son équipe ont analysé plus de 5 000 images réalisées par la caméra martienne bernoise CaSSIS. Depuis avril 2018, CaSSIS fournit des observations de l'activité locale des poussières, des changements saisonniers du CO₂ dépôts de glace et existence d'avalanches sèches sur Mars.

Thomas déclare : « Le fait que nous puissions désormais détecter le dépôt nocturne de givre d'eau sur Mars à des longueurs d'onde visuelles et à haute résolution est une autre preuve des impressionnantes capacités scientifiques du système de caméras de Berne. »

La découverte a été validée à l'aide d'observations indépendantes réalisées par la caméra stéréo haute résolution (HRSC) à bord de l'orbiteur Mars Express de l'ESA et par le spectromètre Nadir et Occultation pour Mars Discovery (NOMAD) à bord de TGO.

Ernst Hauber, géologue à l'Institut de recherche planétaire du DLR (DLR-Institut für Planetenforschung) à Berlin et co-auteur de l'étude actuelle, déclare : « Cette étude démontre bien la valeur de différents actifs orbitaux. En combinant les mesures de divers instruments et la modélisation, nous pouvons améliorer notre compréhension des interactions atmosphère-surface d’une manière qui ne serait pas possible avec un seul instrument. »

Selon Hauber, les résultats montrent également l'importance de la surveillance à long terme des processus planétaires, car certains phénomènes ne deviennent apparents qu'en comparant plusieurs mesures au fil du temps.

Des découvertes importantes pour les futures missions sur Mars

Bien qu’elles soient minces – probablement seulement un centième de millimètre d’épaisseur (aussi épaisse qu’un cheveu humain) – les plaques de givre couvrent une vaste zone. “La quantité de gel représente environ 150 000 tonnes d'eau qui échangent chaque jour entre la surface et l'atmosphère pendant les saisons froides, soit l'équivalent d'environ 60 piscines olympiques”, explique Valantinas.

“Comprendre où l'eau peut être trouvée et comment elle se déplace entre les réservoirs est pertinent pour de nombreux aspects de l'exploration de Mars”, explique Thomas.

“Bien sûr, nous voulons comprendre les processus physiques impliqués dans le climat de Mars. Mais, en outre, comprendre le cycle de l'eau sur Mars est également d'une importance majeure pour établir des ressources clés pour l'exploration humaine future et pour limiter l'habitabilité passée ou présente. “, conclut Valantinas.