Des scientifiques ont détecté pour la première fois de minuscules éclairs sur Mars — ils ont été observés se déchargeant autour du rover Perseverance de la NASA et provenant de fronts de tempêtes de poussière et de tourbillons de poussière.
La découverte de ces décharges électriques a permis de résoudre un mystère majeur de Mars, à savoir l’origine d’oxydants tels que le peroxyde d’hydrogène sur la planète rouge, découvert sur Mars en 2003. Ces oxydants peuvent réagir avec des molécules organiques, détruisant potentiellement des biosignatures, tandis que d’autres réactions chimiques déclenchées par la foudre peuvent générer de nouvelles molécules organiques.
« C’est passionnant », a déclaré Baptiste Chide, de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie de Toulouse, à Space.com. « Cela ouvre un nouveau champ d’investigation pour Mars. »
Chide a dirigé une équipe de scientifiques travaillant sur les rovers martiens afin de trouver des preuves des décharges électriques cachées dans les données provenant de l’instrument le plus inattendu : Perseverance . le microphone de
L’équipe de Chide a détecté 55 événements électriques sur 29 heures d’enregistrements microphoniques, répartis sur deux années martiennes. Chaque enregistrement présente une signature sonore distincte. On observe d’abord une brève impulsion de parasites, appelée surtension, d’une durée inférieure à 40 microsecondes. Cette surtension est suivie d’une chute exponentielle du signal durant environ 8 millisecondes, selon la distance entre le microphone et la décharge. La surtension et la chute de signal qui suit ne sont pas de véritables bruits acoustiques : elles résultent d’interférences au niveau de l’électronique du microphone, dues au champ magnétique généré par la décharge. La partie suivante des enregistrements audio correspond à un son réel. Il se manifeste par un second pic important dans le signal, suivi de pics plus faibles, causés par une onde de choc modérée produite par l’éclair.
Ces décharges électriques ne sont pas des éclairs en forme de fourche qui jaillissent du ciel comme sur Terre , car Mars ne connaît pas d’orages, son atmosphère étant dépourvue d’eau. Pour que le microphone puisse capter ces décharges, celles-ci doivent être beaucoup plus proches du rover.
Sur Terre, la foudre est principalement causée par la friction entre les particules de glace dans les nuages. Sur Mars, c’est la friction entre les particules de poussière qui provoque les décharges. On observe un phénomène similaire sur Terre avec les panaches volcaniques.
Cependant, les conditions sur Terre et sur Mars sont très différentes, comme en témoigne leur « seuil de claquage » respectif. Celui-ci décrit le point où des nuages de particules chargées électriquement peuvent se décharger.
« Le seuil de claquage est plus élevé sur Terre que sur Mars, et cela est principalement dû à la pression et à la composition de l’atmosphère », a expliqué Daniel Mitchard, de l’université de Cardiff, à Space.com. Physicien spécialiste de la foudre, Mitchard ne fait pas partie de l’équipe du rover et n’a pas participé à cette étude.
L’atmosphère terrestre, composée principalement d’azote et d’oxygène, L’atmosphère et l’atmosphère martienne, majoritairement composée de dioxyde de carbone, sont électriquement isolantes. Cela signifie qu’une charge importante doit s’accumuler pour vaincre cet effet isolant et provoquer une décharge. La pression atmosphérique à la surface de la Terre étant d’une atmosphère, la foudre doit traverser une épaisse couche d’atmosphère isolante, ce qui explique le seuil de claquage relativement élevé, de l’ordre de trois mégavolts par mètre carré. Sur Mars, où la pression atmosphérique n’est que de 0,006 atmosphère, l’épaisseur de l’atmosphère à traverser est moindre, et le seuil de claquage est donc beaucoup plus bas, d’environ 15 kilovolts par mètre carré.
« Cela signifie donc que l’on peut généralement s’attendre à ce que la foudre sur Mars soit plus faible que sur Terre », a déclaré Mitchard, qui compare les décharges électriques martiennes à la décharge statique que l’on pourrait recevoir en frottant un ballon ou en marchant sur un sol isolé.
Sur les 55 décharges détectées par le microphone de Perseverance, 54 se sont produites lors des 30 % des vents les plus forts enregistrés au cours des 29 heures d’enregistrement. Ceci établit un lien fort entre ces décharges et des vents localisés capables de soulever la poussière, comme c’est souvent le cas au front d’une tempête de poussière. Seize de ces événements ont également coïncidé avec le passage de tourbillons de poussière très près du rover ; la décharge électrique la plus éloignée mesurée se serait produite à seulement 1,9 mètre de Perseverance. Certaines décharges ont été provoquées par des grains de poussière en suspension dans l’air, tandis que d’autres étaient dues à la charge électrique du rover (plusieurs kilovolts) suite à des collisions avec des particules de poussière, suivie d’une décharge au sol.
Cependant, le rover et ses instruments sont bien protégés contre les incidents électriques. Néanmoins, Chide et son équipe supposent que la mission soviétique Mars 3, qui s’est posée sur Mars en pleine tempête de poussière en 1971 et n’a fonctionné que 20 secondes avant de s’arrêter, aurait pu être endommagée par des décharges électriques.
Pour garantir la protection optimale des futures missions, les relevés des microphones permettront d’orienter la conception des futures missions martiennes. « Grâce aux données quantitatives sur l’énergie [des décharges], nous pourrons ajuster les spécifications de conception des cartes électroniques et potentiellement imposer de nouvelles contraintes aux combinaisons spatiales des astronautes », a déclaré Chide.
Jusqu’à présent, seul le microphone a capté des traces de ces décharges. Les caméras de Perseverance pourraient-elles potentiellement capturer les éclairs de ces foudres ?
« Imager ces décharges serait difficile », a déclaré Chide. Cela s’explique en partie par le fait que nombre d’entre elles se produisent en journée, lorsque les tourbillons de poussière sont les plus actifs, et que celles qui seraient suffisamment brillantes pourraient être masquées par la poussière. Les éclairs seraient également très brefs, ne durant que quelques microsecondes, et la plupart ne mesureraient que quelques millimètres de long ; les plus longs sont les décharges provenant du rover lui-même, qui s’étendent sur plusieurs dizaines de centimètres pour atteindre la surface de la planète rouge. Capturer des décharges électriques courtes et rapides nécessite une caméra haute vitesse et haute résolution dont nous ne disposons pas actuellement sur Mars.
« J’espère que des caméras plus performantes finiront par y parvenir », a déclaré Mitchard. Cela est d’autant plus probable si les planétologues souhaitent étudier la foudre plus en détail à l’avenir.
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Une tempête de poussière sur Mars vue du ciel. (Crédit image : NASA/JPL-Caltech/UArizona)
Même dans ce cas, ce ne serait pas simple. « On ne saurait pas vraiment où pointer la caméra », a déclaré Chide. « Il faudrait vraiment avoir beaucoup de chance ! »
L’intérêt immédiat réside dans le lien entre la foudre et les oxydants tels que le peroxyde d’hydrogène. Ces oxydants pouvant réagir avec les composés organiques et les modifier chimiquement, la présence de la foudre est cruciale pour les astrobiologistes à la recherche de biosignatures sur Mars. En théorie, les zones à forte concentration d’oxydants devraient connaître une activité accrue de tourbillons de poussière et de tempêtes de poussière, et donc davantage de décharges électriques. Par exemple, l’activité de tourbillons de poussière dans le cratère Gusev, où le rover Spirit s’est posé en 2004, est vingt fois supérieure à celle du cratère Jezero, où se trouve Perseverance, tandis qu’elle est quasi inexistante sur Elysium Planitia. Cette répartition correspond-elle à celle des oxydants sur Mars ? Les scientifiques pourraient-ils améliorer leurs chances de détecter des biosignatures en envoyant des missions d’exploration martienne vers des régions moins exposées aux tourbillons et aux tempêtes de poussière ?
« C’est une bonne question », a déclaré Chide. « La quantification de la quantité d’oxydants produits par ce nouveau phénomène sera la prochaine étape, nécessitant des expériences et des modélisations en laboratoire. »
Alors que la foudre a déjà été observée dans les nuages des géantes gazeuses Jupiter et Saturne , c’est la première fois que des décharges électriques sont détectées sur une planète rocheuse autre que la Terre. Cela laisse entrevoir la possibilité que des phénomènes similaires se produisent sur Vénus, , lune de Saturne, via la poussière, ou sur Titan via des grains de glace.
Par ailleurs, les décharges martiennes pourraient favoriser les tempêtes de poussière. En effet, l’électricité statique réduit la vitesse seuil nécessaire aux vents pour soulever les particules de poussière de la surface, créant ainsi un cercle vertueux : la poussière soulevée s’électrise davantage, ce qui contribue à mettre en suspension encore plus de poussière, et ainsi de suite. De ce fait, l’électrification de la poussière pourrait jouer un rôle important dans le cycle global de la poussière sur Mars et, par conséquent, dans ce qui constitue son climat.
Avec des milliers de petites tempêtes de poussière régionales qui se produisent chaque année sur Mars, cela signifie qu’il existe des milliers de kilomètres de fronts de tempêtes de poussière électrifiés, susceptibles d’être parcourus de minuscules éclairs. L’histoire fascinante de Mars électrifiée n’est peut-être pas encore terminée.
Les résultats de cette recherche ont été publiés le 26 novembre dans la revue Nature .
Source: https://www.space.com/astronomy/mars/electric-discovery-on-mars-scientists-find-tiny-lightning-bolts-coming-from-red-planet-dust-clouds
