Mercure n'abandonne pas ses secrets facilement. La plus petite planète de notre système solaire est également l'une des plus extrêmes – un monde riche en métal et riche en métaux avec un champ magnétique déroutant et des laves contrairement à tout ce que l'on trouve sur Terre.
« Nous ne comprenons toujours pas pleinement à quel point Mercury est devenu tel qu'il est », a déclaré Anne Pommier, géophysicien expérimental au Carnegie Science's Earth and Planets Laboratory (EPL). « Mais chaque nouveau point de données aide à réduire les possibilités. »
Dans une conférence récente de quartier, Pommier a exploré le passé, le présent et le futur de Mercury – en dévenant des décennies de recherche, de nouvelles expériences en laboratoire et la promesse d'une nouvelle mission à l'horizon.
Une planète qui défie les attentes
Mercure a depuis longtemps fasciné les scientifiques de Carnegie.
En 1903, le livre de l'année de l'institution a noté que « les observations de Mercure sont très recherchées ». Des décennies plus tard, le scientifique planétaire George Wetherill – directeur de l'ancien département de magnétisme terrestre de Carnegie (DTM, qui fait maintenant partie de l'EPL) – la surface fortement cratelée de Mercury a confirmé bien avant que le vaisseau spatial ne le confirme. Dans les années 2000, un autre directeur du DTM, Sean Solomon, a dirigé la mission messager de la NASA, qui a orbité Mercury pendant quatre ans et a transformé notre compréhension de sa surface et de son intérieur.
« Tout ce que nous savons sur cette planète provient à peu près de deux missions: Mariner 10 et Messenger », a déclaré Pommier. « Les deux ont soulevé autant de questions qu'ils ont répondu. »
L'un des plus grands: pourquoi le mercure est-il si riche en métal? Son cœur représente 60% du volume de la planète – par rapport aux 15% de la Terre. Certains scientifiques pensent qu'il s'est formé à partir de blocs de construction riches en métaux, d'autres pensent que les premières collisions ont éliminé une grande partie de son manteau rocheux.
« Nous avons besoin de plus de données sur le terrain, plus d'expériences, plus de modélisation pour voir quelle hypothèse a le plus de sens », a déclaré Pommier.
Une nouvelle mission et de nouveaux outils
Les réponses pourraient bientôt être en route. En 2025, la mission conjointe européenne-japonaise Bepicolombo commencera en orbite autour du mercure. Ses instruments sonderont le champ magnétique de la planète, la chimie et – le plus excitant pour la conductivité électrique de Pomier.
Mais interpréter ces données nécessite quelque chose que nous n'avons pas encore: une compréhension détaillée de la façon dont les roches ressemblant au mercure se comportent dans des conditions de mercure.
Pour combler cet écart, l'équipe de Pommier crée des matériaux analogiques qui reproduisent la géochimie pauvre en oxygène de Mercure – ou « réduit ». Dans de tels environnements, les éléments se comportent différemment, formant des minéraux inhabituels.
« Le mercure est une planète très réduite – sans aucun doute la terre », a déclaré Pommier. Ses roches sont riches en soufre et autres éléments qui prospèrent dans des environnements pauvres en oxygène, formant des minéraux comme le fer et les sulfures de calcium rarement vus sur Terre
Faire du magma à partir de zéro
Pour étudier le passé volcanique de Mercury, les collaborateurs de Pommier ont synthétisé des lunettes de mercure – des laves artificielles basées sur les données de messager – et les ont analysées à l'aide d'outils à haute résolution, notamment la spectroscopie Raman, la résonance magnétique nucléaire (RMR) et la microscopie électronique.
Les résultats ont révélé une différence frappante. Sur Terre, la lave est construite à partir de liaisons en silicium-oxygène qui forment des chaînes collantes de type polymère. Sur le mercure, le soufre se lie avec le silicium pour créer des structures de silicium-soufre plus courtes et moins connectées.
« Cela change radicalement leurs propriétés physiques », a déclaré Pommier. « Le soufre rompt ces longues chaînes et les remplace par des structures plus courtes et moins interconnectées. »
Le résultat? Les laves anciennes de Mercure ont peut-être coulé plus de sirop que de goudron. L'ancien Carnegie Postdoc Megan Mouser a mesuré ces viscosités et les a trouvés comme des ordres de grandeur inférieurs à ceux de la Terre. Cela pourrait aider à expliquer les plaines volcaniques étonnamment lisses de la planète – bien que Pomier note que d'autres facteurs pourraient être impliqués.
Pourtant, il souligne une vérité plus large en science planétaire: la chimie à l'échelle atomique peut façonner des paysages entiers.
Simuler un passé magnétique
Le champ magnétique de Mercury est un autre mystère. Bien que faible, il est toujours actif – surprise pour une si petite planète de refroidissement lentement. Pour explorer pourquoi, Christopher Davies, collègue basé au Royaume-Uni, et son groupe de recherche, a dirigé des milliers de modèles simulant l'évolution principale de Mercury au cours des milliards d'années.
Seule une gamme étroite de scénarios reproduisant à la fois le champ que nous observons aujourd'hui et la signature magnétique détectée dans les roches crustales qui se sont formées il y a 3,8 milliards d'années. Dans ces modèles, Mercury maintient sa dynamo en développant lentement un noyau intérieur solide, tandis qu'une fine couche de convection dans le noyau extérieur continue de générer le champ.
« Nous pensons que la région de convection dans le noyau extérieur en fusion devient de plus en plus mince », a déclaré Pommier, « ce qui pourrait expliquer pourquoi le champ est si faible aujourd'hui. »
L'importance de la recherche fondamentale
Les outils et techniques développés dans le laboratoire de Pommier – tels que les presses à haute pression, la spectroscopie et la modélisation thermique – sont également utilisées dans la recherche en énergie, la science des matériaux et l'électronique.
« La recherche fondamentale mène à des découvertes qui non seulement nous parler de Mercure », a déclaré le directeur de l'EPL Mike Walter, « ils conduisent également à des avancées techniques qui ont des applications dans le monde réel. »
Walter et Pommier ont tous deux souligné que la science fondamentale – le genre qui révèle de ce que le mercure est fait ou comment un champ magnétique se forme – sous-tend finalement les découvertes et les technologies qui façonnent nos vies.
Pommier a noté que son laboratoire est toujours intéressé par le soutien philanthropique de ceux qui souhaitent aider à faire avancer une compréhension plus approfondie des intérieurs planétaires.
Pourquoi le mercure compte toujours
Dans un univers plein de planètes rocheuses, celle qui enfreint toutes les règles pourrait être la clé pour les comprendre toutes.
Alors que les astronomes découvrent des mondes plus rocheux autour d'étoiles lointaines, Mercure sert de référence cruciale – assez classée pour étudier, mais assez étranger pour défier nos idées sur la façon dont les planètes se forment et évoluent.
« Le mercure est tellement éteint – il a cet énorme noyau, une chimie étrange et un champ magnétique qui ne s'additionne pas tout à fait », a déclaré Pommier. « D'une certaine manière, c'est comme un exoplanet dans notre propre arrière-cour. »
Et avec Bepicolombo sur le chemin, les scientifiques se préparent pour une nouvelle vague de découvertes. Des expériences comme Pommier seront essentielles pour interpréter ce que la mission trouve.
« Une fois les données arrivées, nous aurons quelque chose à comparer.
En d'autres termes, le travail ne fait que commencer.
