Des tests sur Terre semblent confirmer que les formations géologiques en forme d'araignée de la planète rouge sont sculptées par le dioxyde de carbone.
Depuis leur découverte en 2003 grâce à des images prises par des sondes orbitales, les scientifiques s'émerveillent devant ces formes arachnéennes qui s'étalent sur l'hémisphère sud de Mars. Personne ne sait exactement comment ces formations géologiques sont créées. Chaque formation ramifiée peut s'étendre sur plus d'un kilomètre d'un bout à l'autre et comprend des centaines de « pattes » grêles. Appelées terrains aranéiformes, ces caractéristiques se trouvent souvent en groupes, donnant à la surface un aspect ridé.
La théorie dominante est que les araignées sont nées de processus impliquant de la glace de dioxyde de carbone, qui n'existe pas naturellement sur Terre. Grâce à des expériences détaillées dans un nouvel article publié dans The Planetary Science Journal , des scientifiques ont, pour la première fois, recréé ces processus de formation dans des simulations de température et de pression atmosphérique martiennes.
« Les araignées sont des phénomènes géologiques étranges et magnifiques à part entière », a déclaré Lauren Mc Keown, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, en Californie du Sud. « Ces expériences nous aideront à affiner nos modèles de formation. »
L'étude confirme plusieurs processus de formation décrits par ce qu'on appelle le modèle de Kieffer : la lumière du soleil réchauffe le sol lorsqu'elle brille à travers des plaques transparentes de glace de dioxyde de carbone qui s'accumulent à la surface de Mars chaque hiver.
Le sol martien étant plus sombre que la glace qui le surplombe, il absorbe la chaleur et transforme directement la glace la plus proche en gaz carbonique, sans d'abord se liquéfier, dans un processus appelé sublimation (le même processus qui fait s'élever des nuages de « fumée » provenant de la glace sèche). À mesure que la pression du gaz augmente, la glace martienne se fissure, ce qui lui permet de s'échapper. En s'infiltrant vers le haut, le gaz emporte avec lui un flux de poussière et de sable sombres provenant du sol qui atterrit à la surface de la glace.
Lorsque l'hiver se transforme en printemps et que la glace restante se sublime, selon la théorie, les cicatrices en forme d'araignée de ces petites éruptions sont ce qui reste derrière.
Recréer Mars en laboratoire
Pour Mc Keown et ses co-auteurs, le plus difficile dans la conduite de ces expériences a été de recréer les conditions rencontrées sur la surface polaire de Mars : une pression atmosphérique extrêmement basse et des températures pouvant descendre jusqu'à moins 185 degrés Celsius. Pour ce faire, Mc Keown a utilisé une chambre d'essai refroidie à l'azote liquide du JPL, le Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments, ou DUSTIE.
« J'adore DUSTIE. C'est historique », a déclaré Mc Keown, notant que la chambre de la taille d'un tonneau de vin a été utilisée pour tester un prototype d'outil de râpage conçu pour l'atterrisseur martien Phoenix de la NASA. L'outil a été utilisé pour briser la glace d'eau, que le vaisseau spatial a récupérée et analysée près du pôle nord de la planète.
Pour cette expérience, les chercheurs ont refroidi un simulacre de sol martien dans un récipient immergé dans un bain d'azote liquide. Ils l'ont placé dans la chambre DUSTIE, où la pression de l'air a été réduite pour être similaire à celle de l'hémisphère sud de Mars. Le dioxyde de carbone gazeux s'est ensuite écoulé dans la chambre et s'est condensé en glace en trois à cinq heures. Il a fallu de nombreux essais avant que Mc Keown ne trouve les conditions idéales pour que la glace devienne suffisamment épaisse et translucide pour que les expériences fonctionnent.
Une fois la glace ayant les bonnes propriétés obtenues, ils ont placé un élément chauffant à l'intérieur de la chambre sous le simulant pour le réchauffer et casser la glace. Mc Keown était ravie lorsqu'elle a finalement vu un panache de gaz carbonique jaillir de l'intérieur du simulant poudreux.
« C'était un vendredi soir et la responsable du laboratoire a fait irruption après m'avoir entendu crier », a déclaré Mc Keown, qui travaillait depuis cinq ans à la fabrication d'un panache comme celui-ci. « Elle a cru qu'il y avait eu un accident. »
Les panaches sombres ont ouvert des trous dans le simulant alors qu'ils s'écoulaient, crachant du simulant pendant 10 minutes avant que tout le gaz sous pression ne soit expulsé.
Les expériences ont donné lieu à une surprise qui n'était pas reflétée dans le modèle de Kieffer : de la glace s'est formée entre les grains du simulant, puis l'a fendu. Ce processus alternatif pourrait expliquer pourquoi les araignées ont une apparence plus « fissurée ». Le fait que cela se produise ou non semble dépendre de la taille des grains du sol et de la profondeur de la glace d'eau enfouie sous terre.
« C'est l'un de ces détails qui montrent que la nature est un peu plus désordonnée que l'image que l'on en donne dans les manuels scolaires », a déclaré Serina Diniega du JPL, co-auteur de l'article.
Quelle est la prochaine étape pour les tests de panache ?
Maintenant que les conditions de formation des panaches ont été déterminées, l’étape suivante consiste à tenter les mêmes expériences en simulant la lumière solaire venant du dessus, plutôt qu’en utilisant un radiateur en dessous. Cela pourrait aider les scientifiques à réduire la gamme des conditions dans lesquelles les panaches et l’éjection de sol peuvent se produire.
Il reste encore beaucoup de questions à résoudre en laboratoire sur les araignées. Pourquoi se sont-elles formées à certains endroits de Mars et pas à d'autres ? Comme elles semblent résulter de changements saisonniers qui se produisent encore, pourquoi ne semblent-elles pas augmenter en nombre ou en taille au fil du temps ? Il est possible qu'elles soient les vestiges d'une époque lointaine, lorsque le climat était différent sur Mars, et qu'elles puissent donc offrir une fenêtre unique sur le passé de la planète.
Pour l'instant, les expériences en laboratoire se dérouleront au plus près des araignées. Les rovers Curiosity et Perseverance explorent la planète rouge loin de l'hémisphère sud, là où ces formations apparaissent (et où aucun vaisseau spatial n'a jamais atterri). La mission Phoenix, qui a atterri dans l'hémisphère nord, n'a duré que quelques mois avant de succomber au froid polaire intense et à un ensoleillement limité.
Plus d'informations : Lauren E. Mc Keown et al., Une étude en laboratoire du modèle de Kieffer sur Mars, The Planetary Science Journal (2024). DOI : 10.3847/PSJ/ad67c8
Fourni par la NASA
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