Mars a apparemment pris beaucoup plus de temps à se former

Des météorites martiennes ont révélé que la planète rouge pourrait s’être formée plusieurs millions d’années plus tard dans l’histoire du système solaire qu’il ne l’était estimé auparavant, selon des scientifiques.

Image d’entête : les scientifiques ont développé cette illustration de l’aspect que pouvait avoir Mars à ses débuts, présentant des signes de la présence d’eau liquide, d’une activité volcanique à grande échelle et d’un bombardement intense par des projectiles planétaires. Le Southwest Research Institute (SwRI) modélise la façon dont ces impacts ont pu affecter le passé de Mars pour répondre aux questions concernant l’histoire de l’évolution de cette planète. (Southwest Research Institute/ Marchi)

Ces météorites sont des roches qui ont été arrachées de la surface de Mars il y a des millions d’années, pour tomber ensuite sur la Terre. On en connaît actuellement environ 200, dont certaines pèsent plusieurs kilos.

Elles sont importantes parce qu’elles ont été apportées naturellement, où elles peuvent être étudiées avec des instruments bien au-delà de tout ce que la NASA a pu réaliser jusqu’à présent avec une astromobile (rover) martienne. Il y a beaucoup de données provenant des rovers, mais pas suffisamment approfondies pour permettre une modélisation géochimique détaillée.

De précédentes études basées sur ces roches avaient suggéré que Mars s’était largement formée 2 à 4 millions d’années après le début du système solaire. (La Terre, par comparaison, s’est formée après environ 60 millions d’années).

Mais les nouveaux travaux, selon Simone Marchi, planétologue au Southwest Research Institute (SwRI) au Colorado, et premier auteur d’une nouvelle étude (lien plus bas), prolongent cette date jusqu’à 20 millions d’années après le début du système solaire.

C’est important, dit-il, parce que « vous devez penser à la formation de Mars dans le contexte plus large du système solaire« .

Les scientifiques savent depuis longtemps que les planètes se sont formées à partir d’un disque protoplanétaire de gaz et de poussière, tournant autour du Soleil naissant. Mais ce disque n’a pas duré longtemps, son gaz s’étant probablement dissipé au cours des 10 premiers millions d’années.

Selon Marchi :

Si vous deviez former Mars extrêmement rapidement, alors elle aurait été incorporée dans ce disque protoplanétaire. Mais 20 millions d’années sont passées depuis la dissipation du disque protoplanétaire, donc maintenant vous formez Mars dans un environnement très différent.

Cela pourrait avoir des implications sur la façon dont les volatiles ont été retenus et sur l’épaisseur de l’atmosphère primitive.

De plus, dit-il, savoir à quelle vitesse les planètes se sont formées est un indice sur la façon dont cela s’est produit. Une formation rapide et précoce soutient certains modèles, tandis que des périodes plus longues en favorisent d’autres. Pour faire le tri, les scientifiques s’appuient sur les concentrations de traces d’éléments dans les météorites martiennes.

L’un est le tungstène, dont deux isotopes sont importants : le tungstène-182, qui est formé par la désintégration radioactive d’un isotope du hafnium, et le tungstène-184, plus abondant. Le rapport entre ces deux isotopes est un indice de la quantité de hafnium-182 qui restait au moment de la formation de la planète.

Les métaux rares tels que l’or, l’iridium, l’osmium et le platine sont également importants. Ce sont des éléments « sidérophiles » ou « ferreux », ce qui signifie que lorsqu’une planète se forme, ils se mélangent facilement au fer et se déposent dans le noyau.

Ce qui est intéressant, selon M. Marchi, c’est que les météorites martiennes contiennent des quantités très variables de ces métaux. Le platine, par exemple, varie de « presque zéro » (0,07 partie par milliard) à 20 parties par milliard. Non pas que l’une ou l’autre de ces concentrations soit importante, mais, selon Marchi,  » C’est une large fourchette « .

On savait cela depuis longtemps, ajoute-t-il, mais personne ne comprenait pourquoi. Mais les nouvelles recherches de son équipe, dit-il, montrent que l’on peut expliquer si la jeune Mars avait été bombardée, après sa formation, par un à trois grands astéroïdes de 1000 à 2000 kilomètres de diamètre.

L’équipe du Southwest Research Institute a effectué des simulations à haute résolution et à particules lissées d’un gros projectile bien différencié qui a frappé initialement Mars après la formation de son noyau et de son manteau. Les particules du noyau et du manteau du projectile sont indiquées respectivement par des sphères brunes et vertes, montrant les concentrations locales des matériaux du projectile assimilés dans le manteau martien. (Southwest Research Institute/ Marchi)

Cela aurait apporté des éléments sidérophiles supplémentaires, mais n’aurait pas fait suffisamment fondre la planète pour qu’ils se déposent entièrement en son centre. De plus, les matériaux provenant de ces impacts ne seraient pas répartis uniformément dans le manteau et la croûte martienne.

Elles seraient plutôt concentrées à certains endroits et pratiquement absentes à d’autres, selon un modèle que Marchi compare à un gâteau marbré, où des pâtes de deux saveurs différentes sont mélangées, mais pas complètement. Dans le processus, dit-il, les isotopes du tungstène pourraient également avoir été altérés par la contamination des astéroïdes, donnant l’impression que Mars s’est formée des millions d’années avant qu’elle ne le fasse réellement.

Non pas que l’équipe de Marchi prétende avoir prouvé que Mars s’est formée à une date ultérieure, il précise :

Nous n’avons pas de réponse aussi définitive. Nous disons juste que c’est possible.

L’étude publiée dans Science Advances : A compositionally heterogeneous martian mantle due to late accretion et présentée sur le site du Southwest Research Institute : SwRI models hint at longer timescale for Mars formation.