Le rover Perseverance Mars de la NASA stocke des échantillons de roches et de sol dans des tubes scellés à la surface de la planète pour que de futures missions puissent les récupérer, comme le montre cette illustration. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Classé avec chaque échantillon de roche et de sol collecté par NASALe rover Perseverance de est une aubaine potentielle pour les scientifiques de l'atmosphère.
La persévérance de la NASA Mars Le rover collecte des échantillons sur Mars, notamment des carottes rocheuses et des gaz atmosphériques, qui seront éventuellement renvoyés sur Terre. Ces échantillons pourraient fournir des informations cruciales sur l’atmosphère martienne et son évolution, révélant éventuellement la présence d’une vie microbienne il y a des milliards d’années. Les échantillons de gaz, en particulier, pourraient offrir des données précieuses sur les gaz traces et le climat ancien de la planète, établissant des parallèles avec l'histoire atmosphérique de la Terre et facilitant les futures missions habitées vers Mars.
Collecte d'échantillons sur Mars
Avec chaque noyau de roche que le rover Perseverance Mars de la NASA scelle dans ses tubes à échantillons en titane, les scientifiques de l'atmosphère sont un peu plus excités. Ces échantillons sont en cours de collecte pour une éventuelle livraison sur Terre dans le cadre de la campagne Mars Sample Return, dont vingt-quatre ont été prélevés jusqu'à présent.
La plupart de ces échantillons sont constitués de carottes de roche ou de régolithes (roche brisée et poussière) qui pourraient révéler des informations importantes sur l'histoire de la planète et déterminer si la vie microbienne était présente il y a des milliards d'années. Mais certains scientifiques sont tout aussi enthousiastes à l’idée d’étudier « l’espace libre », ou l’air présent dans l’espace supplémentaire entourant le matériau rocheux, dans les tubes.
Ils veulent en savoir plus sur l'atmosphère martienne, qui est composée principalement de dioxyde de carbone mais pourrait également contenir des traces d'autres gaz qui pourraient exister depuis la formation de la planète.
Cette image montre une carotte de roche de la taille d'un morceau de craie dans un tube à échantillon logé dans la foreuse du rover Perseverance Mars de la NASA. Une fois que le rover a scellé le tube, l'air sera emprisonné dans l'espace supplémentaire du tube – visible ici dans le petit espace (appelé « espace de tête ») au-dessus de la roche. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Aperçus de l'espace de tête martien
« Les échantillons d'air de Mars nous renseigneraient non seulement sur le climat et l'atmosphère actuels, mais aussi sur leur évolution au fil du temps », a déclaré Brandi Carrier, planétologue au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. «Cela nous aidera à comprendre comment évoluent des climats différents du nôtre.»
Parmi les échantillons qui pourraient être amenés sur Terre se trouve un tube rempli uniquement de gaz déposé à la surface de Mars dans le cadre d’un dépôt d’échantillons. Mais une bien plus grande partie du gaz collecté par le rover se trouve dans l’espace libre des échantillons de roche. Ceux-ci sont uniques car le gaz interagira avec les matériaux rocheux à l’intérieur des tubes pendant des années avant que les échantillons puissent être ouverts et analysés dans des laboratoires sur Terre. Ce que les scientifiques en tireront donneront un aperçu de la quantité de vapeur d'eau qui flotte près de la surface martienne, un facteur qui détermine pourquoi la glace se forme là où elle se forme sur la planète et comment le cycle de l'eau de Mars a évolué au fil du temps.
Un tube scellé contenant un échantillon de la surface martienne collecté par le rover Perseverance Mars de la NASA est vu ici, après avoir été déposé avec d'autres tubes dans un « dépôt d'échantillons ». D'autres tubes d'échantillons remplis sont stockés dans le mobile. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Comparaison des gaz traces et des atmosphères anciennes
Les scientifiques souhaitent également mieux comprendre les gaz traces présents dans l’air de Mars. Le plus intéressant sur le plan scientifique serait la détection de gaz rares (tels que le néon, l'argon et le xénon), qui sont si peu réactifs qu'ils pourraient avoir été présents, inchangés dans l'atmosphère, depuis leur formation il y a des milliards d'années. S'ils sont capturés, ces gaz pourraient révéler si Mars a commencé avec une atmosphère. (L’ancienne Mars avait une atmosphère beaucoup plus épaisse qu’aujourd’hui, mais les scientifiques ne savent pas si elle a toujours été là ou si elle s’est développée plus tard). Il existe également de grandes questions sur la comparaison de l’ancienne atmosphère de la planète avec celle de la Terre primitive.
L’espace libre offrirait en outre la possibilité d’évaluer la taille et la toxicité des particules de poussière – des informations qui aideront les futurs astronautes sur Mars.
« Les échantillons de gaz ont beaucoup à offrir aux scientifiques de Mars », a déclaré Justin Simon, géochimiste au Johnson Space Center de la NASA à Houston, qui fait partie d'un groupe de plus d'une douzaine d'experts internationaux qui aident à décider quels échantillons le rover doit collecter. « Même les scientifiques qui n'étudient pas Mars seraient intéressés car cela permettra de mieux comprendre comment les planètes se forment et évoluent. »
Échantillons d'air d'Apollo
En 2021, un groupe de chercheurs planétaires, dont des scientifiques de la NASA, ont étudié l'air ramené de la Lune dans un conteneur en acier par les astronautes d'Apollo 17, une cinquantaine d'années plus tôt.
« Les gens pensent que la Lune est sans air, mais elle possède une atmosphère très ténue qui interagit avec les roches de la surface lunaire au fil du temps », a déclaré Simon, qui étudie divers échantillons planétaires à Johnson. « Cela inclut les gaz nobles s'échappant de l'intérieur de la Lune et s'accumulant à la surface lunaire. »
Techniques de laboratoire pour l’analyse des gaz
La façon dont l’équipe de Simon a extrait le gaz à des fins d’étude est similaire à ce qui pourrait être fait avec les échantillons d’air de Perseverance. Tout d’abord, ils placent le récipient non ouvert dans une enceinte hermétique. Ensuite, ils ont percé l’acier avec une aiguille pour extraire le gaz dans un piège froid – essentiellement un tuyau en forme de U qui se prolonge dans un liquide, comme l’azote, avec un point de congélation bas. En modifiant la température du liquide, les scientifiques ont capturé certains des gaz ayant des points de congélation plus bas au fond du piège froid.
« Il y a peut-être 25 laboratoires dans le monde qui manipulent le gaz de cette manière », a déclaré Simon. En plus d'être utilisée pour étudier l'origine des matériaux planétaires, cette approche peut être appliquée aux gaz provenant des sources chaudes et à ceux émis par les parois des volcans actifs, a-t-il ajouté.
Bien sûr, ces sources fournissent beaucoup plus de gaz que ce que Perseverance a dans ses tubes d’échantillonnage. Mais si un seul tube ne transporte pas suffisamment de gaz pour une expérience particulière, les scientifiques de Mars pourraient combiner les gaz de plusieurs tubes pour obtenir un échantillon global plus grand – une autre façon pour l’espace de tête d’offrir une opportunité supplémentaire à la science.
Le rover Perseverance sur Mars de la NASA
Le rover Perseverance de la NASA, qui fait partie de la mission Mars 2020, est un laboratoire mobile sophistiqué conçu pour explorer la surface de Mars. Lancé le 30 juillet 2020 et atterrissant sur Mars le 18 février 2021 dans le cratère Jezero, Perseverance a pour mission principale de rechercher des signes de vie ancienne et de collecter des échantillons de roche et de régolithe (roche et sol brisés) pour un éventuel retour. vers la terre.
