Un nuage qui s’étend jusqu’à 1 800 kilomètres (environ 1 100 miles) à travers Mars chaque matin de printemps et d’été se forme selon un processus jamais observé auparavant dans aucune atmosphère planétaire, selon une étude publiée le 7 octobre dans Nature Geoscience. Les chercheurs ont conclu que la vapeur d’eau présente dans le nuage allongé d’Arsia Mons gèle directement en particules de glace sans se condenser au préalable sur la poussière, un processus appelé nucléation homogène, a indiqué l’Agence spatiale européenne.
» a déclaré l’auteur principal Jorge Hernández-Bernal du LMD, du CNRS et de l’Université de la Sorbonne à Paris dans le communiqué de l’ESA.
Le nuage, qui fait près de deux fois la longueur du Royaume-Uni et environ un douzième de la circonférence de Mars, grandit et disparaît chaque jour pendant plusieurs mois – un exploit remarquable sur une planète dont l’atmosphère est presque entièrement dépourvue de vapeur d’eau. Les nouveaux travaux expliquent pourquoi les simulations antérieures n’ont pas pu le reproduire, même si les auteurs soulignent que le mécanisme est déduit de la modélisation et des observations plutôt que vu directement.
Un nuage quotidien sous le vent d’un volcan géant
Le nuage se forme sous le vent d’Arsia Mons, un volcan éteint d’environ 20 kilomètres de haut dans la région de Tharsis sur Mars, juste au sud de l’équateur. Il apparaît au printemps et en été de l’hémisphère sud, pendant la saison poussiéreuse de la planète, généralement le matin, et ne dure que quelques heures avant de s’évaporer rapidement.
Les scientifiques ont repéré le nuage pour la première fois en 2018 à l’aide de l’orbiteur Mars Express de l’ESA, l’un des rares engins spatiaux capables d’observer le volcan pendant les heures du matin. La caméra de surveillance visuelle, la caméra stéréo haute résolution et le spectromètre OMEGA de la mission l’ont depuis suivi.
Il a été classé comme un nuage orographique, du genre qui se forme lorsque le vent monte et traverse une montagne. De tels nuages sont courants sur Terre au-dessus de sommets tels que le mont Rainier. Mais les modèles standards de ce processus n’ont pas réussi à produire un nuage aussi long, aussi rapide et de courte durée que celui que Mars Express ne cessait de voir. Au début, l’équipe n’a pas non plus pu le reproduire et a dû mettre de côté les hypothèses météorologiques traditionnelles avant que les simulations ne correspondent à ce que l’orbiteur a enregistré.
Physique Exotique Au-dessus D’Arsia Mons
L’équipe a découvert que les vents passant par Arsia Mons déclenchent une puissante onde atmosphérique qui soulève l’air humide sur plusieurs kilomètres en quelques minutes. Les températures dans cet air ascendant peuvent chuter d’environ 30 degrés Celsius (54 degrés Fahrenheit) en environ 10 minutes, et l’humidité relative atteint bien au-delà des niveaux normaux.
Dans ces conditions extrêmes, la vapeur d’eau gèle directement en cristaux de glace sans avoir besoin de poussière ou d’autres particules comme graines. Sur Terre, les gouttelettes nuageuses et les cristaux de glace se forment presque toujours sur de minuscules particules, c’est pourquoi la nucléation homogène est décrite dans les manuels comme étant de nature largement théorique.
L’humidité requise est stupéfiante – bien au-delà de tout ce qui existe au niveau du sol sur Terre. L’ESA a déclaré que cela dépasse de plus de 100 000 fois ce que les gens vivent sur Terre. Une partie de l’eau provient probablement du gel au sommet du volcan, bien que cette source n’ait pas été confirmée.
Hernández-Bernal a décrit le processus de Live Science en termes simples : les co-auteurs incluent Anni Määttänen, Aymeric Spiga et François Forget.
Une vérification des preuves sur la réclamation
L’affirmation du titre doit être prudente. Le processus n’a été observé dans aucune atmosphère planétaire, y compris celle de la Terre. Les scientifiques avaient suggéré que cela pourrait se produire dans la haute atmosphère terrestre ou au-dessus de Vénus, mais ils considéraient cela comme peu probable et ils n’y ont pas été repérés.
Cette étude est une combinaison évaluée par des pairs d’observations d’engins spatiaux et de modélisation informatique, publiée dans Nature Geoscience. Le modèle reproduit le nuage uniquement lorsque la nucléation homogène est incluse, ce qui constitue une preuve solide mais indirecte. L’ESA a noté que certaines caractéristiques du nuage modélisé ne correspondent toujours pas exactement aux observations, et Hernández-Bernal a souligné le peu de données disponibles sur l’atmosphère de Mars par rapport à celle de la Terre.
Colin Wilson, scientifique du projet Mars Express, qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré à Live Science la mission et l’ESA a déclaré que l’orbiteur pouvait suivre les changements dans le nuage pendant quelques heures. Une préimpression gratuite de l’étude est disponible sur arXiv, selon l’ESA.
Leçons pour les missions sur Terre et sur Mars
Les nuages restent l’une des plus grandes sources d’incertitude dans les modèles météorologiques et climatiques sur Terre, en grande partie à cause de la façon dont se forment la glace et les gouttelettes. Un laboratoire naturel où la glace se forme sans particules de graines donne aux scientifiques une chance rare de tester la physique des nuages dans des conditions difficiles à recréer.
Le travail compte également pour l’exploration de Mars. L’eau est l’une des ressources les plus précieuses pour les futures missions en équipage, à la fois pour la boisson et pour la production d’oxygène et de carburant pour fusée, et comprendre où la vapeur s’accumule, gèle et se déplace aide les scientifiques à cartographier sa quantité qui circule dans la fine atmosphère.
Les lecteurs peuvent trouver des travaux connexes plus proches de chez eux dans le domaine de la science planétaire, comme la recherche sur le mystérieux absorbeur de nuages de Vénus, où les scientifiques utilisent également des observations et des modèles pour expliquer le comportement inhabituel des nuages.
La prochaine étape est davantage d’observation. Mars Express et ExoMars Trace Gas Orbiter de l’ESA peuvent observer le nuage le matin, et une surveillance continue des saisons futures montrera si les prédictions du modèle sont valables. L’essentiel est qu’un nuage martien quotidien a donné aux scientifiques ce qui pourrait être le premier exemple naturel d’un processus glaciaire longtemps théorisé, même s’il faudra plus de données pour le confirmer.
Ce que les lecteurs veulent savoir
Qu’est-ce que le Nuage Allongé Arsia Mons ?
Il s’agit d’un nuage de glace d’eau qui se forme sous le vent du volcan Arsia Mons sur Mars et peut s’étendre jusqu’à 1 800 kilomètres, soit environ 1 100 milles.
À quelle fréquence apparaît-il ?
Il se forme presque tous les matins au printemps et en été austral de Mars, se développe pendant quelques heures puis disparaît rapidement.
Qu’est-ce que la nucléation homogène ?
Il s’agit d’un processus dans lequel la vapeur d’eau gèle directement en cristaux de glace sans formation de poussière ou d’autres particules. Cela n’avait jamais été observé dans une atmosphère planétaire auparavant.
Est-ce que cela se produit sur Terre ?
Les scientifiques avaient suggéré que cela pourrait se produire dans la haute atmosphère terrestre, mais cela n’y a pas été observé. Les nuages sur Terre se forment presque toujours sur de minuscules particules.
Dans quelle mesure la découverte est-elle certaine ?
La conclusion vient d’une modélisation adaptée aux observations des engins spatiaux. Le modèle reproduit le nuage uniquement avec ce processus, mais le mécanisme n’a pas été directement observé.
Quel vaisseau spatial étudie le nuage ?
Mars Express de l’ESA a découvert et surveille le nuage, et ExoMars Trace Gas Orbiter peut également l’observer le matin.
