Si vous avez déjà regardé Mars à travers un télescope, vous avez probablement remarqué ses deux calottes glaciaires polaires. Le nord est en grande partie de glace d'eau – le signe le plus évident que Mars était autrefois un monde plus humide et plus chaud. Une équipe de chercheurs du Centre aérospatial allemand (DLR) a utilisé cette calotte glaciaire pour faire des découvertes surprenantes à ce sujet et ce qu'elle nous dit de l'intérieur de Mars. La recherche est publiée dans la revue Nature.
Selon Adrien Broquet et une équipe de scientifiques planétaires du DLR, le Northern Polar Cap sur Mars est assez jeune. Ils l'ont découvert en appliquant des techniques utilisées pour mesurer ce que font les calottes glaciaires sur Terre à sa surface. L'effet de la glaciation généralisée est appelée «ajustement isostatique glaciaire», et cela se produit toujours dans des endroits tels que la Scandinavie. Essentiellement, c'est un mouvement constant de terre alors que la surface de la Terre se déforme en réponse au poids de la glace. Le taux de déformation dépend des caractéristiques spécifiques du manteau sous-jacent.
De grandes zones de notre planète ont parfois été couvertes par des feuilles glaciaires épaisses. La dernière fois que cela s'est produit, c'était pendant une période glaciaire qui s'est terminée il y a environ 11 700 ans. Ces feuilles « alourdissent » la surface, la comprimant. Alors que les glaciers fondaient, la surface a commencé à remonter dans un processus appelé «rebond isostatique». Le taux de dépression et l'augmentation subséquente indique quelque chose sur l'intérieur de la Terre, en particulier le manteau. Pensez à pousser sur une éponge, puis à regarder alors qu'il se développe lorsque vous enlevez votre main.
Étudier une calot à rebondir
Broquet et son équipe ont décidé de mesurer un rebond isostatique glaciaire sur Mars sous le nord de glace. Il mesure environ 1 000 kilomètres de large et 3 kilomètres d'épaisseur. Ils ont étudié sa formation en combinant des modèles de l'évolution thermique de la planète avec des calculs d'ajustement isostatique glaciaire, ainsi que des observations de gravité, de radar et de sismique.
L'équipe a conclu que le capuchon polaire du nord martien est assez jeune et qu'il déprimait le sol en dessous. « Nous montrons que la calotte glaciaire pousse le sol sous-jacent dans le manteau à un rythme allant jusqu'à 0,13 millimètre par an », a déclaré Broquet. C'est une déformation assez petite, selon le membre de l'équipe Ana-Catalina Plesa. « Les petits taux de déformation indiquent que le manteau supérieur de Mars est froid, très visqueux et beaucoup plus rigide que le manteau supérieur de la Terre », a-t-elle déclaré.
Comprendre la construction planétaire
Alors, comment les mesures de glace peuvent-elles alourdir les surfaces planétaires nous en dire autant? N'oubliez pas que les planètes rocheuses comme la Terre et Mars sont dans des états de changement constants. Ces changements peuvent aller des événements de courte durée comme des éruptions volcaniques à des éruptions à longue durée de vie comme les temps de glace. Chaque altération affecte la surface, tout comme la vitesse à laquelle la surface se déforme et «rebondit». Les scientifiques de la Terre utilisent des techniques telles que l'étude de l'ajustement isostatique glaciaire pour sonder profondément sous la surface pour comprendre les caractéristiques de ces couches.
Lorsque la glace pèse la surface, la quantité de dépression dépend de la viscosité du manteau. C'est une mesure de combien les matériaux rocheux du manteau résistent à couler. Les roches du manteau de la Terre sont plus d'un billion de fois plus visqueuses que l'asphalte. Ils se déforment cependant, et s'écoulent sur des délais géologiques de millions d'années.
En utilisant des données radar et d'autres méthodes pour étudier le taux de dépression et de rebond de la surface de la Terre, les scientifiques peuvent trouver la viscosité du manteau. Il s'avère que lorsque vous appliquez les mêmes méthodes à Mars, il présente quelques surprises, y compris un pôle Nord apparemment froid et les régions équatoriales récemment actifs volcaniquement.
Estimation de l'intérieur de Mars
Pour comprendre pourquoi l'intérieur de Mars est la façon dont il est, vous avez besoin d'estimations du champ de gravité de Mars (qui varie), des mesures sismiques effectuées par l'atterrisseur Insight et d'autres données. Ils aident tous à déterminer les taux de dépression et de rebond sur la surface et l'intérieur de la planète rouge. Le résultat? Il semble que la surface sous le pôle Nord martien n'a pas eu presque assez de temps pour se déformer complètement sous le poids de la glace.
Le groupe de Broquet estime que la surface de la pôle Nord de Mars se dégage actuellement à des taux allant jusqu'à 0,13 millimètre par an. Pour que ce soit aussi lent, la viscosité du manteau supérieur sous-jacente nous dit que l'intérieur martien est assez froid.
Les mesures de l'équipe indiquent que la calotte glaciaire est jeune – bien plus que toute autre fonctionnalité à grande échelle vue sur la planète. Il est probablement comprise entre 2 et 12 millions d'années.
D'autres endroits de la planète peuvent ne pas être aussi glaciaux que les régions polaires. « Bien que le manteau sous le pôle Nord de Mars soit froid, nos modèles sont toujours en mesure de prédire la présence de zones de fusion locales dans le manteau près de l'équateur », a déclaré le co-auteur de l'étude, Doris Breuer.
Ces résultats représentent la première fois que les scientifiques ont trouvé un ajustement isostatique glaciaire opérant sur une autre planète rocheuse. Les futures missions à Mars pourraient inclure plus d'instruments pour mesurer la montée et la baisse de la surface martienne en réponse à la glaciation.
