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L'atmosphère de Mars est très ténue. Sa pression moyenne est de six millibars, alors que sur Terre elle est d'environ un bar. En majorité composée de dioxyde de carbonedioxyde de carbone (95 %), d'azote (3 %) et d'argon (1,6 %), elle contient des traces d'oxygène, d'eau et de méthane. Mais il en était certainement tout autrement voilà plus de quatre milliards d'années. En effet, de l'eau liquideliquide a existé sur Mars, ce qui implique une atmosphèreatmosphère plus dense et aussi plus chaude, puisque la température moyenne actuelle sur Mars est de -63 °C (à comparer à la valeur de 15 °C sur Terre). Cette température est causée par la faible densité de l'atmosphère, qui fait que l'effet de serreeffet de serre induit n'est que de 3 K (contre 33 K pour la Terre).
Il semble donc clair que Mars a perdu une grande partie de son atmosphère initiale. En réalité, on pouvait s'en douter avant de réaliser des mesures sur place. La théorie cinétique des gazgaz de Maxwell permet en effet d'estimer un taux d'échappement atmosphérique pour les moléculesmolécules d'un gaz en fonction de la température moyenne d'une atmosphère et de la gravitégravité d'une planète. Mars est trop petite pour pouvoir retenir durablement une atmosphère, contrairement à la Terre. On sait aussi que la magnétosphère d'une planète l'aide à lutter contre le souffle du vent solairevent solaire, et comme celle de Mars est devenue très faible, la planète n'a pas été protégée de cette érosion.
Curiosity fouille les archives de Mars
Depuis que le roverrover Curiosity est arrivé sur Mars, il fouille les archives physicochimiques de la Planète rouge pour tenter de reconstituer son passé. Il se sert notamment du module Sample Analysis at Mars (Sam) pour analyser la composition de l'atmosphère de Mars. Les planétologues impliqués dans cette mission de la NasaNasa viennent d'ailleurs de publier dans Science un article faisant un bilan des mesures d'abondance en isotopesisotopes stables du carbone, de l'oxygène et de l'hydrogènehydrogène dans les molécules de dioxyde de carbone et d'eau de l'atmosphère de Mars.
Une démonstration du spectromètre TLS (Tunable Laser Spectrometer), effectuée sur Terre et avec un laser émettant dans le visible (alors que TLS travaille normalement en infrarouge). Le laser est réfléchi de nombreuses fois sur les deux miroirs, envahissant le volume intérieur de l'instrument qui contient le gaz à analyser. L'absorption de différentes longueurs d'onde dépend finement des éléments présents, ce qui permet l'analyse. Le TLS fait partie intégrante de l'instrument Sample Analysis at Mars (Sam), équipant le rover Curiosity. © Nasa, JPL-Caltech
Les chercheurs expliquent dans l'article de Science qu'ils ont utilisé le spectromètrespectromètre de massemasse et l'instrument TLSTLS (Tunable LaserLaser Spectrometer) de Sam pour mesurer les rapports des isotopes stables du carbone et de l'oxygène. Les analyses portaient sur des échantillons collectés pendant les 16 premières semaines de l'activité du rover à la surface de Mars. Les deux instruments ont indépendamment confirmé que l'atmosphère de Mars était enrichie en isotopes lourds, mais surtout que ces enrichissements, par exemple donnés par le rapport des abondances de 13C et 12C, étaient identiques malgré deux procédures de mesure différentes. Cela a donc permis aux cosmochimistes d'éliminer l'hypothèse d'éventuels biais systématiques faussant les mesures et dus aux instruments eux-mêmes.
L'atmosphère a en grande partie disparu il y a quatre milliards d'années
De tels enrichissements avaient déjà été découverts dans des bulles de gaz à l'intérieur de météoritesmétéorites martiennes, comme la célèbre ALH 84001. Leur détermination plus précise pose de nouvelles contraintes sur l'histoire de l'atmosphère de Mars, mais cela ne fait que confirmer ce que l'on savait déjà. L'appauvrissement en éléments les plus légers, par rapport à l'atmosphère de Mars que l'on pouvait attendre en se basant sur la composition cosmochimique de référence déduite de l'atmosphère du SoleilSoleil et de la composition moyenne des autres corps du Système solaireSystème solaire, indique que ces éléments sont partis dans l'espace. L'atmosphère de Mars s'est donc bien échappéeéchappée de la planète, et n'a pas été capturée par son sol ou son manteaumanteau supérieur (on sait que cela a été le cas pour une partie de son oxygène initial). Il se confirme aussi que l'essentiel de l'atmosphère de Mars a disparu moins d'un milliard d'années après sa naissance.
Cette érosion de l'atmosphère de Mars se poursuit de nos jours. Mais ce ne sont pas les instruments de Sam qui permettront d'estimer à quelle vitessevitesse elle se produit. Cette tâche est dévolue à la mission Maven (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN Mission), qui devrait être lancée en novembre 2013.
