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2021-07-20

Ceci est une traduction d’un article de l'Agence spatiale européenne (ESA)

De nouveaux résultats obtenus par le Trace Gas Orbiter de l’ESA-Roscosmos fixent de nouvelles limites supérieures à la quantité de méthane, d'éthane, d'éthylène et de phosphine présente dans l'atmosphère martienne - quatre gaz dits "biomarqueurs" qui sont des signes potentiels de vie.

La recherche de biomarqueurs sur Mars est l'un des principaux objectifs de la sonde ExoMars Trace Gas Orbiter. Un biomarqueur clé est le méthane, car une grande partie du méthane trouvé sur Terre est produit par des êtres vivants ou par l'activité géologique - il pourrait en être de même sur Mars.

Le "mystère du méthane" sur Mars dure depuis de nombreuses années, avec des résultats contradictoires provenant de missions telles que Mars Express de l'ESA et Curiosity de la NASA, qui ont détecté des pics et des concentrations élevées sporadiques de ce gaz dans l'atmosphère de Mars, des fluctuations en orbite et à la surface de la planète, des signes de variation du gaz en fonction des saisons ou l'absence totale de méthane.

Les estimations précédentes provenant de Mars Express et de missions sur la surface de Mars vont de 0,2 à 30 ppbv (parties par milliard en volume), ce qui indique jusqu'à 30 molécules de méthane par milliard de molécules. À titre de référence, le méthane est présent dans l'atmosphère terrestre à près de 2000 ppbv.

Cependant, les premiers résultats de Trace Gas Orbiter, publiés en avril 2019, n'ont pas détecté de méthane, et ont calculé que, s'il était présent, ce gaz devait avoir une concentration maximale de seulement 0,05 ppbv.

Franck Montmessin du LATMOS, France, cochercheur principal de l’Atmospheric Chemistry Suite (ACS) du Trace Gas Orbiter et auteur principal de l'un des trois nouveaux articles sur les biomarqueurs martiens :

Nous avons utilisé la sonde Trace Gas Orbiter pour affiner encore davantage la limite supérieure du méthane sur Mars, en recueillant cette fois-ci des données sur plus de 1,4 années martiennes, soit 2,7 années terrestres.
Nous n'avons trouvé aucun signe de ce gaz, ce qui suggère que la quantité de méthane sur Mars est probablement encore plus faible que ce que les estimations précédentes suggèrent.

Les instruments de l'orbiteur étant très sensibles, si du méthane est présent, il doit l'être à une abondance inférieure à 0,05 ppbv - et plus probablement inférieure à 0,02 ppbv, affirment Franck et ses collègues. Les scientifiques ont également recherché des signes de méthane autour de la région où se trouve Curiosity, le Gale Crater, et n'ont rien trouvé, bien que le rover ait signalé la présence de méthane à cet endroit.

« Curiosity mesure directement à la surface de Mars alors que l'orbiteur prend des mesures à quelques kilomètres au-dessus. La différence entre ces deux résultats pourrait donc s'expliquer par le fait que le méthane est piégé dans la basse atmosphère ou dans le voisinage immédiat du rover », ajoute Franck.

L'absence apparente de méthane martien signalée par Franck et ses collègues est confirmée par un article utilisant les données de l'instrument NOMAD (de l’IASB) à bord de l'orbiteur, qui couvre une année martienne complète et recherche du méthane et deux autres biomarqueurs.

L'auteur principal de l'article, Elise Wright Knutsen, travaillait auparavant au Goddard Space Flight Center de la NASA, aux États-Unis, et travaille actuellement au LATMOS, en France :

Nous n'avons également trouvé aucun signe de méthane sur Mars, et avons fixé une limite supérieure de 0,06 ppbv, ce qui concorde avec les premiers résultats de TGO utilisant ACS. En plus de la recherche de méthane global, nous avons également recherché des panaches localisés à plus de 2000 endroits sur la planète et n'avons rien détecté - donc si du méthane est libéré de cette manière, il doit être sporadique.

Outre le méthane, Elise et ses collègues ont recherché deux autres gaz biomarqueurs potentiels : l'éthane et l'éthylène. Ces molécules sont censées apparaître après la décomposition du méthane par la lumière du soleil. Elles sont donc intéressantes en soi ainsi que dans le contexte de notre chasse au méthane. Les molécules d'éthane et d'éthylène ont également une courte durée de vie, ce qui signifie que si on les trouve dans une atmosphère planétaire, elles doivent avoir été libérées récemment ou créées par un processus continu. Cela en fait d'excellents traceurs d'une éventuelle activité biologique ou géologique.

« Ce sont les premiers résultats d'ExoMars dans sa recherche de ces deux gaz", explique Elise. "Nous n'avons détecté ni l'un ni l'autre, et avons donc fixé des limites supérieures pour l'éthane et l'éthylène à 0,1 et 0,7 ppbv, respectivement - faibles, mais plus élevées que nos limites pour le méthane. »

L'orbiteur a également recherché de la phosphine, un gaz qui a fait sensation et suscité une énorme controverse l'année dernière lorsqu'il a été prétendument détecté sur Vénus. La plupart de la phosphine sur Terre est produite biologiquement, ce qui en fait un biomarqueur intéressant dans les atmosphères des planètes terrestres. « Nous n'avons trouvé aucun signe de phosphine sur Mars », déclare Kevin Olsen de l'Université d'Oxford, au Royaume-Uni, et auteur principal de l'étude sur la phosphine. « Nos limites supérieures sont similaires pour celles de l'éthane et de l'éthylène - entre 0,1 et 0,6 ppbv. »

La recherche de la vie sur Mars, ou de signatures persistantes de celle-ci, est un objectif central du programme ExoMars, et la chasse aux biomarqueurs en particulier est un objectif principal de l'orbiteur de gaz à l'état de traces. Le prochain rover ExoMars, Rosalind Franklin, dont le lancement est prévu en 2022, complétera la recherche de biomarqueurs de TGO en creusant la surface martienne ; les échantillons souterrains ont plus de chances de conserver les biomarqueurs, car les matériaux sont protégés de la des radiations intenses de l'espace.

Håkan Svedhem, scientifique de l'ESA chargé du projet ExoMars Trace Gas Orbiter:

Que des biomarqueurs soient détectés ou non, ces résultats sont importants pour notre compréhension des processus qui se produisent, et de ceux qui ne se produisent pas, dans l'atmosphère martienne - des informations essentielles pour déterminer où concentrer la poursuite de nos recherches sur Mars.De nombreuses questions clés demeurent - par exemple, pourquoi Curiosity voit-il du méthane au Gale Crater, alors que nous n'en trouvons pas en orbite ? Ce méthane pourrait-il provenir d'ailleurs, ou n'être présent qu'à certains endroits de la planète, ou encore un processus inattendu pourrait-il détruire le méthane présent avant que nous puissions le détecter ?
Il sera passionnant de continuer à travailler en collaboration avec des missions telles que les rovers Curiosity et Rosalind Franklin, qui ont tous les deux des points de vue totalement différents de ceux d'un orbiteur, afin de déterminer avec précision ce qui se passe dans ce mystérieux environnement planétaire.

Cet article est basé sur trois études:

« A stringent upper limit of 20 pptv for methane on Mars and constraints on its dispersion outside Gale crater” de F. Montmessin et al., publié dans Astronomy & Astrophysics. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140389

« Comprehensive investigation of Mars methane and organics with ExoMars/NOMAD » de E. Knutsen et al., publié dans carus. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2020.114266

« Upper limits for phosphine (PH3) in the atmosphere of Mars » de K. Olsen et al., publié dans Astronomy & Astrophysics. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140868

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Image d'une zone du cratère Jezero, proche du site d'atterrissage de Persévérance, prise par la caméra CaSSIS de la sonde Exomars Trace Gas Orbiter de l'ESA-Roscosmos le 23 avril 2020.
Crédit : ESA/Roscosmos/CaSSIS, CC BY-SA 3.0 IGO
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La sonde ExoMars Trace Gas Orbiter a fixé de nouvelles limites supérieures pour le méthane, l'éthane, l'éthylène et la phosphine dans l'atmosphère martienne, et a trouvé très peu de preuves de leur existence. Ces gaz sont souvent associés à des processus biologiques ou géologiques. Il est donc essentiel de savoir s'ils sont présents ou non sur une autre planète pour comprendre quels processus peuvent être actifs ou non sur Mars aujourd'hui.
Credit: ESA
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Cette infographie résume les principales tentatives de mesure du méthane sur Mars. Des télescopes terrestres, le Mars Express de l'ESA en orbite autour de Mars et le Curiosity rover de la NASA, situé à la surface du Gale Crater, ont signalé la présence de méthane ; ils ont également rapporté des tentatives de mesure qui n'ont pas permis de détecter de méthane, ou très peu. Plus récemment, la sonde ExoMars Trace Gas Orbiter de l'ESA-Roscosmos a signalé l'absence de méthane et a fourni une limite supérieure très basse.
Credit: ESA