Des travaux de laboratoire creusent les ravines observées sur l’astéroïde géant Vesta par Dawn de la NASA

Remplies de cratères, les surfaces de nombreux corps célestes de notre système solaire fournissent des preuves claires d’un assaut de 4,6 milliards d’années par des météoroïdes et d’autres débris spatiaux. Mais sur certains mondes, notamment l’astéroïde géant Vesta exploré par la mission Dawn de la NASA, les surfaces contiennent également des canaux profonds, ou ravins, dont les origines ne sont pas entièrement comprises.

Une hypothèse principale veut qu’ils se soient formés à partir de coulées de débris secs provoquées par des processus géophysiques, tels que les impacts de météorites et les changements de température dus à l’exposition au soleil. Une récente NASA étudefournit cependant des preuves que les impacts sur Vesta pourraient avoir déclenché un processus géologique moins évident : des écoulements d’eau soudains et brefs qui ont creusé des ravins et déposé des éventails de sédiments.

En utilisant des équipements de laboratoire pour imiter les conditions sur Vesta, l’étude, parue dans Le journal des sciences planétairesa détaillé pour la première fois de quoi pouvait être composé le liquide et combien de temps il s’écoulerait avant de geler.

Bien que l’existence de dépôts de saumure gelée sur Vesta ne soit pas confirmée, les scientifiques ont déjà hypothéqué que les impacts de météoroïdes auraient pu exposer et faire fondre la glace qui se trouvait sous la surface de mondes comme Vesta. Dans ce scénario, les flux résultant de ce processus pourraient avoir creusé des ravins et d’autres caractéristiques de surface qui ressemblent à celles de la Terre.

Mais comment des mondes sans air – des corps célestes sans atmosphère et exposés au vide intense de l’espace – pourraient-ils héberger des liquides à la surface suffisamment longtemps pour qu’ils puissent s’écouler ? Un tel processus irait à l’encontre de l’idée selon laquelle les liquides se déstabilisent rapidement dans le vide, se transformant en gaz lorsque la pression chute.

« Non seulement les impacts déclenchent un écoulement de liquide à la surface, mais les liquides sont actifs suffisamment longtemps pour créer des caractéristiques de surface spécifiques », a déclaré Jennifer Scully, responsable du projet et planétologue du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, où les expériences ont été menées. « Mais pendant combien de temps ? La plupart des liquides deviennent rapidement instables sur ces corps sans air, où le vide de l’espace est inflexible. »

Le composant critique s’avère être le chlorure de sodium, le sel de table. Les expériences ont révélé que dans des conditions comme celles de Vesta, l’eau pure gelait presque instantanément, tandis que les liquides saumâtres restaient fluides pendant au moins une heure. « C’est suffisamment long pour former les caractéristiques associées au flux identifiées sur Vesta, qui nécessiteraient jusqu’à une demi-heure », a déclaré l’auteur principal Michael J. Poston du Southwest Research Institute de San Antonio.

Lancé en 2007, le vaisseau spatial Dawn s’est rendu dans la ceinture principale d’astéroïdes entre Mars et Jupiter pour orbiter autour de Vesta pendant 14 mois et de Cérès pendant près de quatre ans. Avant de se terminer en 2018, la mission a découvert des preuves que Cérès abritait un réservoir souterrain de saumure et qu’elle transférait peut-être encore des saumures de son intérieur vers la surface. Les recherches récentes offrent un aperçu des processus sur Cérès, mais se concentrent sur Vesta, où la glace et les sels peuvent produire un liquide saumâtre lorsqu’ils sont chauffés par un impact, ont indiqué les scientifiques.

Recréer Vesta

Pour recréer les conditions de type Vesta qui se produiraient après un impact météoroïde, les scientifiques se sont appuyés sur une chambre d’essai du JPL appelée Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments, ou DUSTIE. En réduisant rapidement la pression de l’air entourant les échantillons de liquide, ils ont imité l’environnement autour du fluide qui remonte à la surface. Exposée à des conditions de vide, l’eau pure a gelé instantanément. Mais les fluides salés restaient plus longtemps, continuant à couler avant de geler.

Les saumures qu’ils ont expérimentées avaient une profondeur d’un peu plus d’un pouce (quelques centimètres) ; les scientifiques ont conclu que les écoulements sur Vesta, d’une profondeur allant de plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres, prendraient encore plus de temps à recongeler.

Les chercheurs ont également pu recréer les « couvercles » de matière gelée qui se formeraient sur les saumures. Essentiellement une couche supérieure gelée, les couvercles stabilisent le liquide situé en dessous, le protégeant de l’exposition au vide de l’espace (ou, dans ce cas, au vide de la chambre DUSTIE) et aidant le liquide à s’écouler plus longtemps avant de geler à nouveau.

Ce phénomène est similaire à la façon dont sur Terre la lave s’écoule plus loin dans les tubes de lave que lorsqu’elle est exposée à des températures de surface fraîches. Cela correspond également aux recherches de modélisation menées autour de volcans de boue potentiels sur Mars et de volcans qui pourraient avoir craché de la matière glacée provenant des volcans de la lune Europe de Jupiter.

« Nos résultats contribuent à un nombre croissant de travaux qui utilisent des expériences en laboratoire pour comprendre combien de temps durent les liquides dans divers mondes », a déclaré Scully.