Pourquoi le méthane de Mars varie-t-il au cours d'une journée martienne?

Autoportrait du rover Curiosity sur Mars. Image via NASA / JPL-Caltech / MSSS / ANU.

Le mystère du méthane de Mars a de nouveau fait la une des journaux, en commençant par une étude annoncée plus tôt ce mois-ci, selon laquelle il n’est probablement pas causé par l’érosion éolienne des roches. À présent, une autre nouvelle étude a affiné les estimations du méthane dans l'atmosphère de Mars, montrant comment les concentrations évoluent au cours d'une journée martienne.

L'étude à comité de lecture, dirigée par John Moores de l'Université York au Canada, a été publiée dans Geophysical Research Letters le 20 août 2019. Selon Moores:

Cette nouvelle étude redéfinit notre compréhension de la façon dont la concentration de méthane dans l'atmosphère de Mars évolue avec le temps, ce qui nous aide à résoudre le plus grand mystère de ce que pourrait être la source.

La source de méthane de Mars est le vrai mystère. D'où vient le méthane? Sur Terre, le méthane peut être associé à la vie microbienne. L'idée de vivre sur des microbes sur Mars a longtemps intrigué les astronomes. Divers engins spatiaux envoyés sur Mars ont recherché des signes de vie, mais jusqu'à présent, aucun signe de vie n'a été révélé. En 2018, les scientifiques ont annoncé que les variations saisonnières du méthane de Mars pourraient être liées aux microorganismes. Ou les variations de méthane pourraient être produites par des moyens géologiques. C'est un casse-tête intéressant!

La nouvelle recherche comprend des données provenant de Trace Gas Orbiter (TGO) et du rover Curiosity. Curiosity, dans le cratère Gale, a détecté des explosions de méthane à différentes époques au cours des dernières années. L’analyse indique qu’il culmine en été et disparaît en hiver.

Maintenant, la nouvelle étude montre que les niveaux de méthane changent également au cours d’une journée martienne. Moores a noté:

Ces travaux les plus récents suggèrent que la concentration en méthane change au cours de la journée. Pour la première fois, nous avons pu calculer un nombre unique de taux d'infiltration de méthane à Gale Crater sur Mars équivalant à une moyenne de 2, 8 kg [0, 7 gallon] par jour martien.

Diagramme illustrant le cycle saisonnier du méthane détecté par le mobile Curiosity dans le cratère Gale. La nouvelle étude indique également que la concentration de méthane varie quotidiennement. Image via le programme d'exploration NASA / JPL-Caltech / Mars.

Du papier:

L'Orbiter ExoMars Trace Gas Orbit et le rover Curiosity ont enregistré différentes quantités de méthane dans l'atmosphère sur Mars. Trace Gas Orbiter mesurait très peu de méthane (moins de 50 parties par billion en volume) au-dessus de 5 km dans l'atmosphère ensoleillée, tandis que Curiosity en mesurait beaucoup plus (410 parties par volume en volume) près de la surface la nuit. Dans cet article, nous décrivons un cadre qui explique les deux mesures en suggérant qu’une petite quantité de méthane s’infiltre en permanence du sol. Au cours de la journée, cette petite quantité de méthane est rapidement mélangée et diluée par convection vigoureuse, ce qui conduit à de faibles niveaux globaux dans l'atmosphère. Pendant la nuit, la convection diminue, permettant ainsi au méthane de s'accumuler près de la surface. À l'aube, la convection s'intensifie et le méthane proche de la surface est mélangé et dilué avec beaucoup plus d'atmosphère. En utilisant ce modèle et les concentrations de méthane des deux approches, nous pouvons, pour la première fois, attribuer un chiffre unique au taux d'infiltration de méthane à Gale Crater, équivalent à 2, 8 kg par jour martien. Les futurs engins spatiaux mesurant le méthane près de la surface de Mars pourraient déterminer la quantité de méthane qui s'écoule du sol à différents endroits, en fournissant des informations sur les processus qui créent ce méthane dans le sous-sol.

Les observations télescopiques de Mars ont également montré des concentrations de méthane atteignant leur maximum en été. Image via NASA / Trent Schindler / Wikipedia.

Les résultats devraient fournir plus d'indices sur la source du méthane, qui pourrait être biologique ou non biologique, du moins pour le méthane détecté autour du cratère Gale. L'équipe a pu réconcilier les données entre TGO et Curiosity, ce qui avait posé un casse-tête. Curiosity a détecté les pics de méthane, mais pas TGO. Comme Moores l'a expliqué:

Nous avons pu résoudre ces différences en montrant comment les concentrations de méthane étaient beaucoup plus basses dans l'atmosphère pendant la journée et beaucoup plus élevées près de la surface de la planète la nuit, à mesure que le transfert de chaleur diminuait.

TGO s'est concentré sur l'analyse des niveaux supérieurs de l'atmosphère, ce qui peut expliquer pourquoi il n'a pas manqué l'éclatement de méthane près du sol ou peut-être aussi parce que les pics de méthane sont saisonniers.

Les variations saisonnières et quotidiennes pourraient correspondre à la biologie - comme dans le cas des microbes - en tant que source de méthane, mais il existe encore d'autres explications géologiques plausibles. Selon Penny King de l'Université nationale australienne (ANU):

Certains microbes sur Terre peuvent survivre sans oxygène, dans les profondeurs de la terre, et libérer du méthane dans leurs déchets. Le méthane sur Mars a d'autres sources possibles, telles que des réactions eau-roche ou des matériaux en décomposition contenant du méthane.

Illustration illustrant quels processus pourraient créer et détruire du méthane sur Mars. Le méthane provient probablement de la surface et est rejeté dans l'atmosphère par des fissures sous la surface. Image via ESA.

Alors que ce qui crée le méthane est encore inconnu, la plupart des scientifiques pensent à présent qu’il provient du sous-sol, libéré périodiquement par des fissures. Cela pourrait à nouveau être compatible avec la biologie ou la géologie. Les sources géologiques pourraient inclure les interactions eau-roche ou les clathrates de méthane glacé qui contiennent du méthane et le libèrent par temps chaud. Si c'étaient des roches et de l'eau, ce serait toujours une découverte intéressante, indiquant qu'il y a encore de l'eau liquide sous la terre et au moins quelques processus géologiques actifs résiduels. Cela seul pourrait constituer un bel habitat pour les microbes, même s'ils ne produisent pas le méthane eux-mêmes.

Quelle que soit l’explication du méthane, elle fournira un aperçu fascinant des processus géologiques ou biologiques actuels sur la planète rouge.

Conclusion: une nouvelle étude montre comment la concentration de méthane dans l'atmosphère de Mars varie tous les jours et pas seulement de façon saisonnière.

Source: La variation diurne du méthane et le flux de microseepages au cratère Gale, Mars contraint par les observations Orbiter Trace Gas Orbiter et Curiosity d'ExoMars

Via ANU