Week-end Première

La planète Mars serait trop petite pour accueillir la vie

La planète Mars semble ne pas bénéficier d'une atmosphère et donc d'eau et de gaz volatils nécessaires à la rendre habitable. Explications avec le scientifique Pasquale Nardone.

Une publication sortie en septembre 2021 dans la revue PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) aux Etats-Unis s'intéresse à la formation des planètes et à la présence d'eau et d'atmosphère.

On est certain qu'il y a eu, à un moment donné, de l'eau sur Mars, mais toute la question est de savoir pourquoi aujourd'hui, il n'y en a plus, en tout cas sur sa surface. Il y en a peut-être encore à l'intérieur, dans la croûte, mais cela doit être vérifié.

"Qui dit eau liquide à la surface suppose que le même mécanisme de développement de la vie que sur Terre aura lieu, dans ce même genre de conditions."

L'idée est donc de voir comment les planètes se forment et comment les éléments restent, ou non, dans ou autour de ces planètes. Certains éléments sont considérés comme volatils, comme l'hydrogène, l'hélium. Ces gaz s'échappent des roches lors de la formation de ces planètes. 

Il s'agit de vérifier si la planète a pu les retenir, de sorte à former une atmosphère, une pression atmosphérique qui conditionne la présence d'eau liquide à la surface, explique Pasquale Nardone. 
 

La capacité gravitationnelle, condition de maintien d’une atmosphère sur une planète

L'étude qui vient d'être publiée est importante pour les chercheurs en exoplanètes, ces planètes qui se trouvent en dehors de notre système solaire et qui pourraient ressembler à la nôtre.

Un premier critère avait déjà été défini pour apprécier la zone d'habitabilité, c'est-à-dire la distance entre la planète et son étoile, qui permet de déterminer sa température. 

Mais l'article prouve que cela ne suffit pas et qu'il faut aussi déterminer la masse et le rayon de la planète étudiée, pour savoir si l'atmosphère va effectivement pouvoir rester bloquée par la planète, grâce à la seule force qu'elle puisse exercer : la gravitation. Pour qu'une planète ait une atmosphère, il faut qu'elle puisse attirer ces gaz, qui sont en mouvement par agitation thermique. 

C'est le rapport entre masse et rayon qui va déterminer la capacité gravitationnelle, permettant que la planète conserve, ou non, cette atmosphère. C'est le fameux petit g, appris à l'école, qui vaut 9,8 m/s² sur Terre. 
 

Comment mesurer cette force gravitationnelle ?

Pour mesurer la gravité, il faut analyser différentes roches et leur composition. Cela se pratique grâce à l'astromobile Persévérance, actuellement sur Mars, à la mission Tianwen-1 et au survol de Mars par divers satellites.

Les chercheurs ont développé une nouvelle technique qui permet de mesurer le rapport entre deux isotopes d'un élément assez volatile appelé le potassium. Le potassium classique est le potassium 39. Un deuxième isotope est le potassium 41. Ils ont pu montrer, par une relation dite de corrélation, que le rapport entre ces deux isotopes va permettre de déterminer si la planète est capable de retenir son atmosphère. 
 

Trop petit ? Pas d’atmosphère

Ils ont ainsi démontré que le petit astéroïde Vesta n'a plus d'atmosphère et ne contient plus de gaz à l'intérieur. Il ne reste plus que de la roche.

Ils ont découvert aussi que la Lune est trop petite pour avoir une atmosphère : sa masse représente un centième de celle de la Terre, son rayon n'est que de 1700 km alors que celui de la Terre est de 6400 km. Elle s'est donc complètement dégazée, faute de gravitation, même si elle possédait à l'origine de la vapeur d'eau, de l'hydrogène, de l'oxygène, du dioxyde de carbone.

Et ils prouvent que c'est la même chose pour Mars, qui fait 3400 km de rayon pour une masse qui fait le dixième de la masse de la Terre. Elle est donc trop petite et pas assez massive. 
 

L’attraction gravitationnelle conditionne la présence d’eau

Le facteur d'attraction gravitationnelle va maintenir les gaz. Qui dit maintenir ces gaz dit augmentation de la pression. Sur Mars, l'atmosphère est extrêmement ténue, elle vaut à peu près 170 fois moins que notre pression atmosphérique. Or, dès que la pression diminue, l'eau ne reste plus liquide, elle passe à l'état vapeur.

L'eau bout à 100° à la pression atmosphérique. Mais dès que l'on baisse de pression, elle commence à bouillir à 60°. Et si la pression continue à baisser, l'eau passe directement à l'état vapeur. Or, la vapeur ne reste pas sur la planète, elle se dissipe. Cela interdit donc l'existence d'eau liquide à la surface de la planète.

La tâche pour les astronomes consiste donc à déterminer les masses des exoplanètes et leur rayon, de telle façon à voir si l'eau liquide à la surface peut encore y exister et ainsi sélectionner celles qui seraient potentiellement habitables.
 

Ecoutez Pasquale Nardone ici

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