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La première atmosphère riche en hydrogène de Mars est déduite de la boue à sa surface

18 octobre 2022

Selon de nouvelles recherches, Mars pourrait avoir donné naissance à un monde bleu recouvert d’eau, bien avant la fin de la formation de la Terre. Cette découverte pourrait ouvrir une fenêtre aux scientifiques sur un chapitre méconnu de l’histoire de Mars.

dans étude récente Publiée dans Earth and Planetary Science Letters, une équipe de chercheurs, dont plusieurs de l’Arizona State University, a découvert que l’atmosphère martienne primitive était beaucoup plus dense qu’elle ne l’est aujourd’hui, composée principalement d’hydrogène moléculaire, assez différente de la fine atmosphère de la seconde Le dioxyde de carbone est retenu aujourd’hui. .
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Bien qu’il soit la molécule la plus légère, l’hydrogène a eu des effets majeurs sur le climat du début de Mars. Il s’avère que l’hydrogène moléculaire est un puissant gaz à effet de serre.

« C’est un paradoxe que de nombreuses observations indiquent la présence d’eau liquide au début de Mars, même si l’eau est actuellement gelée sur Mars, et que l’ancien soleil était 30% plus faible qu’il ne l’est aujourd’hui », a-t-il ajouté. plat de SteveProfesseur d’astrophysique à l’Arizona State University École d’exploration de la Terre et de l’espace Un des scientifiques de l’équipe. « Les gaz à effet de serre traditionnellement considérés comme du dioxyde de carbone gèleront tôt sur Mars. (L’hydrogène) dans l’atmosphère est un moyen inattendu de stabiliser l’eau liquide. »

Selon les calculs de l’équipe, l’hydrogène moléculaire est un gaz à effet de serre suffisamment puissant pour permettre très tôt aux océans d’eau chaude à chaude de s’installer sur Mars pendant plusieurs millions d’années, jusqu’à ce que l’hydrogène soit progressivement perdu dans l’espace.

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Ambiance différente

Pour déterminer la composition de l’ancienne atmosphère sur Mars, les scientifiques de l’équipe ont développé les premiers modèles évolutifs qui incluent les processus à haute température associés à la formation de Mars à l’état fondu et à la formation des premiers océans et atmosphère. Ces modèles ont montré que les principaux gaz sortant de la roche en fusion seraient un mélange d’hydrogène moléculaire et de vapeur d’eau.

Les résultats des modèles ont révélé que la vapeur d’eau dans l’atmosphère martienne se comporte comme la vapeur d’eau dans l’atmosphère terrestre contemporaine : elle se condense dans la basse atmosphère sous forme de nuages, créant une haute atmosphère « plus sèche ». En revanche, l’hydrogène moléculaire ne s’est condensé nulle part et était le principal composant de la haute atmosphère de Mars. De là, cette molécule lumineuse s’est perdue dans l’espace.

« Cette idée clé – que la vapeur d’eau se condense et se retient au début de Mars tandis que l’hydrogène moléculaire ne se condense pas et peut s’échapper – permet au modèle de se rapporter directement aux mesures effectuées par les engins spatiaux, en particulier le rover du Mars Science Laboratory, Curiosity «  Café Pélivanchercheur à Institut SETI et auteur principal de l’étude.

Hydrogène de Mars, passé et présent

Le nouveau modèle a permis de nouvelles interprétations des données de deutérium à hydrogène (D/H) à partir d’échantillons martiens analysés dans des laboratoires sur Terre et par des engins spatiaux de la NASA sur Mars.

Les atomes d’hydrogène dans les molécules peuvent être soit de l’hydrogène ordinaire (un noyau avec un proton), soit un hydrogène « lourd » appelé deutérium (un noyau avec un proton et un neutron). Le nombre d’atomes de deutérium dans l’échantillon divisé par le nombre d’atomes d’hydrogène ordinaires est appelé le rapport deutérium sur hydrogène, ou rapport D/H.

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Les météorites de Mars sont principalement des roches ignées, essentiellement de la lave solide. Il s’est formé lorsque l’intérieur de Mars a fondu et que le magma est monté vers la surface. L’eau dissoute dans ces échantillons internes (provenant du manteau) contient de l’hydrogène avec un rapport D/H similaire à celui des océans de la Terre, indiquant que les planètes ont commencé avec des rapports D/H très similaires, et que leur eau provenait de la même source. dans le système solaire primitif.

En revanche, lorsque le Mars Science Laboratory a mesuré les isotopes de l’hydrogène dans de l’argile vieille de 3 milliards d’années sur Mars, il a trouvé une valeur du rapport D/H environ trois fois supérieure à celle des océans de la Terre. Par conséquent, l’hydrosphère martienne – le réservoir d’eau de surface qui a interagi avec les roches pour former ces argiles – doit avoir une concentration élevée de deutérium par rapport à l’hydrogène. La seule façon raisonnable d’obtenir ce niveau d’enrichissement en deutérium est de perdre la majeure partie de l’hydrogène gazeux dans l’espace : l’hydrogène naturel est perdu, mais le deutérium, étant légèrement plus lourd, ne se perd pas aussi rapidement.

La recherche de ce modèle complet montre que si l’atmosphère de Mars était dense et riche en hydrogène au moment de sa formation, l’eau de surface serait naturellement enrichie en deutérium d’un facteur de deux à trois, par rapport à l’intérieur, ce qui est exactement ce que le Mars Science Laboratory observé.

« C’est le premier modèle qui reproduit naturellement ces observations, ce qui nous donne une certaine confiance dans le fait que le scénario évolutif que nous décrivons est cohérent avec les premiers événements sur Mars », a déclaré Pahelvan.

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Boost pour la vie au départ de Mars ?

Les atmosphères d’hydrogène peuvent même convenir à l’origine de la vie. Les expériences de Stanley Miller datant du milieu du XXe siècle ont montré que les molécules prébiotiques impliquées dans l’origine de la vie se formaient facilement dans des atmosphères « réductrices » riches en hydrogène, mais pas aussi facilement dans des atmosphères « oxydantes » pauvres en hydrogène comme celle de la Terre. Ou Mars à l’ère moderne.

Les résultats des recherches de l’équipe suggèrent que le début de Mars était au moins un site aussi prometteur pour l’origine de la vie que le début de la Terre, sinon plus prometteur – bien avant que la Terre n’existe même. La Terre telle que nous la connaissons n’a terminé sa formation qu’après l’influence de la formation de la lune, des dizaines de millions d’années après l’évolution du système solaire. Bien avant cela, Mars avait probablement une atmosphère épaisse et riche en hydrogène, des températures douces et une surface couverte d’océans bleus.

En plus de Desh et Pahlevan, les auteurs de l’article incluent Lindy Elkins Tanton Et le Pierre Bosktous deux affiliés à la School of Earth and Space Exploration de l’Arizona State University (Buseck est également affilié à l’ASU). Faculté des sciences moléculaires), et Laura Schaefer, affiliée au Département de géosciences de l’Université de Stanford.