Selon une nouvelle étude, des dépôts de glace en couches récemment découverts dans des cratères dispersés autour de l’hémisphère sud de Mars donnent un aperçu de la façon dont l’orientation de la planète a contrôlé le climat de la planète au cours des 4 derniers millions d’années. Les découvertes aident les scientifiques à comprendre ce qui contrôlait le climat passé de Mars, ce qui est essentiel pour prédire quand la planète aurait pu être habitable.
L’étude a été publiée dans la revue AGU Lettres de recherche géophysiquequi publie des recherches de format court et à fort impact avec des implications couvrant les sciences de la Terre et de l’espace.
Les dépôts de glace sur Mars reflètent une combinaison de température, d’hydrologie et de dynamique planétaire, comme ils le font sur Terre. L’inclinaison et l’orbite de la planète ont un impact sur la température et la lumière du soleil à la surface, ce qui contribue au climat. Des couches de glace plus épaisses et plus pures reflètent généralement les périodes froides avec plus d’accumulation de glace, tandis que les couches minces et poussiéreuses étaient probablement plus chaudes et moins capables d’accumuler de la glace.
La nouvelle étude fait correspondre ces couches de glace à l’inclinaison de l’axe de Mars et à sa précession orbitale, ou à la façon dont l’orbite elliptique de la planète tourne autour du soleil au fil du temps, avec une résolution et une confiance sans précédent.
Les résultats donnent aux scientifiques un aperçu de la façon dont le climat de Mars a changé au fil du temps. Bien que l’étude se limite au passé récent, l’établissement de ces relations climat-orbite aide les scientifiques à comprendre le climat martien plus profondément dans le passé, ce qui pourrait aider à identifier les périodes d’habitabilité potentielle.
« Il était inattendu de voir à quel point ces schémas correspondaient aux cycles orbitaux », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Michael Sori, scientifique planétaire à l’Université Purdue. « C’était juste un match tellement parfait, aussi bon que vous pouvez demander. »
Des calottes aux cratères
Auparavant, les climatologues martiens se sont concentrés sur les calottes glaciaires polaires, qui s’étendent sur des centaines de kilomètres. Mais ces dépôts sont anciens et peuvent avoir perdu de la glace au fil du temps, perdant des détails fins qui sont nécessaires pour établir en toute confiance des liens entre l’orientation et le mouvement de la planète et son climat.
Sori et ses collègues se sont tournés vers des monticules de glace dans des cratères, à seulement quelques dizaines de kilomètres de large mais beaucoup plus frais et potentiellement moins compliqués. Après avoir parcouru une grande partie de l’hémisphère sud, ils ont identifié le cratère Burroughs, large de 74 kilomètres, qui possède des couches « exceptionnellement bien préservées » visibles sur les images HiRISE de la NASA, a déclaré Sori.
Les chercheurs ont analysé les épaisseurs et les formes des couches et ont découvert qu’elles avaient des modèles étonnamment similaires à deux importantes dynamiques orbitales martiennes, l’inclinaison de l’axe de Mars et la précession orbitale, au cours des 4 à 5 derniers millions d’années.
Les résultats améliorent les recherches précédentes, qui utilisaient les enregistrements climatiques des glaces polaires de Mars pour établir des connexions provisoires avec l’orbite. Mais ces enregistrements étaient trop « bruyants » ou compliqués pour relier les deux en toute confiance. Une glace de cratère plus jeune et plus propre préserve des enregistrements climatiques moins compliqués, que les chercheurs ont utilisés pour faire correspondre les changements climatiques à la précession orbitale et à l’inclinaison avec un haut niveau de précision.
Mars comme laboratoire naturel
Discerner les liens entre les cycles orbitaux et le climat est important pour comprendre à la fois l’histoire martienne et la dynamique complexe du climat sur Terre. « Mars est un laboratoire naturel pour étudier les contrôles orbitaux sur le climat », a déclaré Sori, car de nombreux facteurs de complication qui existent sur Terre – la biologie, la tectonique – sont négligeables sur Mars. La planète entière, en substance, isole la variable pour les scientifiques.
« Si nous voulons un jour comprendre le climat, nous devons aller dans des endroits qui n’ont pas ces facteurs interférents », a déclaré Isaac Smith, scientifique planétaire au Planetary Science Institute et à l’Université York, qui n’a pas participé à l’étude. En ce sens, « Mars est une planète vierge. Et il y a beaucoup d’applications potentielles ici. Mars a beaucoup plus en commun avec Pluton et Triton que vous ne le pensez. »
Tous les petits dépôts de glace n’ont pas de couches propres et exposées à leur surface. Certains pourraient être cachés à l’intérieur des monticules. Finalement, a déclaré Sori, l’objectif est d’échantillonner des carottes de glace comme le font les scientifiques sur Terre, mais les rovers martiens n’ont pas encore cette capacité. Au lieu de cela, les scientifiques peuvent utiliser les données radar pénétrant dans le sol pour « regarder à l’intérieur » de la glace et vérifier les couches, en s’assurant que les couches visibles s’étendent à travers le dépôt. C’est une étape de contrôle de la qualité nécessaire dans la présente étude, et la méthode peut aider les futures explorations de la glace martienne sans couches visibles à la surface.
« Pouvoir tirer un signal climatique d’un petit dépôt de glace est un résultat vraiment cool », a déclaré Riley McGlasson, co-auteur de l’étude de l’Université Purdue qui a appliqué cette méthode dans la nouvelle étude. « Avec le radar, nous pouvons nous rapprocher de l’histoire complète. C’est pourquoi je suis ravi d’aller plus loin dans le futur. »
Michael M. Sori et al, Orbital Forcing of Martian Climate Revealed in a South Polar Outlier Ice Deposit, Lettres de recherche géophysique (2022). DOI : 10.1029/2021GL097450