La forme de la calotte glaciaire de deux milles de hauteur au Texas au pôle nord de Mars a intrigué les scientifiques pendant quarante ans, mais de nouveaux résultats qui seront publiés dans une paire d'articles dans la revue Nature le 27 mai ont mis la controverse à du repos.
Les calottes polaires de Mars sont connues depuis les premières vues télescopiques de la planète, mais les premières images des vaisseaux spatiaux ont révélé que la calotte polaire nord est marquée par des creux énigmatiques qui sortent de son centre, ainsi que par un gouffre plus grand que le Grand Canyon. L'origine de ces caractéristiques a été débattue depuis leur première découverte en 1972.
Une hypothèse pour expliquer le canyon géant, appelé Chasma Boreale, est que la chaleur volcanique a fait fondre la glace et provoqué une inondation catastrophique qui a formé le gouffre. D'autres scientifiques ont suggéré que le vent qui descendait du haut de la calotte sculptait Chasma Boreale dans la glace.
De multiples explications ont également été suggérées pour les auges en spirale. On explique les creux comme des fractures causées par l'écoulement de la glace du pôle. Un autre utilise un modèle pour suggérer que les creux sont le résultat naturel du chauffage solaire et de la conduction thermique latérale dans la glace.
Les deux nouveaux articles, dirigés par Jack Holt et Isaac Smith de l'Université du Texas à l'Austin's Institute for Geophysics, ont utilisé des données du Shallow Subsurface Radar (SHARAD) sur le Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) pour étudier la structure interne de la calotte glaciaire. et découvrir l'origine des auges et du gouffre.
"SHARAD envoie des impulsions d'ondes radio depuis l'orbite, 700 fois par seconde", a expliqué Holt. «Une partie de l'énergie est réfléchie par la surface, puis par les interfaces souterraines si le matériau intervenant permet aux ondes radio de pénétrer. Le radar à cette longueur d'onde (environ 20 mètres) pénètre très bien dans la glace, et il a été utilisé depuis les avions sur Terre pour cartographier de grandes portions des calottes glaciaires de la Terre. "
«En rassemblant toutes les réflexions, on peut faire une image de ce qui se trouve sous le
surface », a ajouté Smith.
Holt a expliqué que la capacité de cartographier non seulement les caractéristiques de la surface mais aussi la structure interne de la calotte glaciaire «ouvre la porte pour mieux comprendre ce que nous voyons à la surface en fournissant un contexte critique dans le temps».
En cartographiant la structure tridimensionnelle de la calotte polaire nord, Smith et Holt ont déterminé que les creux et Chasma Boreale étaient formés par des vents catabatiques, qui soufflent du haut de la calotte glaciaire.
"Nous ne disons pas qu'ils ont été sculptés par le vent, mais plutôt que le vent a joué un rôle important dans leur formation et leur évolution." Dit Holt. «Chasma Boreale est une ancienne caractéristique qui a persisté parce que de la nouvelle glace ne s'y est pas accumulée, probablement en raison de vents persistants venant du point le plus élevé de la calotte glaciaire.»
Holt a également découvert des preuves d'un autre vieux canyon qui a été complètement rempli au fil du temps. "Aucune preuve ne reste à la surface pour indiquer qu'il était là auparavant", a déclaré Holt. "Nous pouvons cependant le cartographier dans les données radar."
Les auges en spirale sont également contrôlées par le vent. "Les couches radar que nous voyons montrent des preuves de transport du vent parce qu'elles varient en épaisseur et en élévation [à travers les creux]", a expliqué Smith, auteur principal du document sur les creux. "Le vent se déplace à travers le creux au lieu de le traverser [et] déplace la glace du côté au vent (amincissant ainsi leur couche) vers le côté au vent (ajoutant plus à la couche existante)."
Cela provoque la migration des creux en spirale au vent au fil du temps, un phénomène proposé pour la première fois par Alan Howard, chercheur à l'Université de Virginie, en 1982. «Beaucoup de gens ont proposé d'autres hypothèses suggérant qu'il avait tort», a déclaré Smith. «Mais quand vous regardez une coupe transversale hypothétique de son article, cela ressemble presque exactement à ce que nous voyons dans les données radar. Nous avons été étonnés de la précision avec laquelle Alan Howard avait prédit ce que nous allions
voir."
Les auges sont en forme de spirale en raison de la rotation de la planète. Alors que les vents catabatiques soufflent du centre de la calotte vers les latitudes inférieures, ils sont tordus par la même «force de coriolis» qui provoque la spirale des ouragans sur la Terre.
Les couches que Holt et Smith ont cartographiées à l'aide de données radar suggèrent également que les coulées de glace sont beaucoup plus rares sur Mars que sur Terre. Le manque de flux signifie que la glace polaire sur Mars conserve des couches plus complexes que prévu. "Cette complexité crée des contraintes très spécifiques sur les processus climatiques responsables de [les couches]", a déclaré Holt. «Nous pourrons éventuellement reconstruire les vents et les schémas d'accumulation à travers la calotte polaire et au fil du temps.»
Holt prévoit d'utiliser les anciens paysages polaires déduits des données SHARAD ainsi que des simulations du climat martien pour modéliser la formation de la calotte polaire. "Si nous pouvons recréer les principales fonctionnalités telles que Chasma Boreale [dans les modèles], alors nous aurons beaucoup appris sur le climat sur Mars pendant cette période."
Smith et Holt prévoient également d'étudier l'effet de l'inclinaison de Mars sur la formation de la calotte glaciaire. "Parce que l'orbite et l'inclinaison de Mars changent tellement par rapport au soleil, ce serait bien de voir comment cela a affecté le dépôt de glace sur la calotte. Cela nécessite beaucoup plus de cartographie, et nous avons déjà commencé ce processus », a déclaré Smith.
"Il y a encore beaucoup de recherches à faire sur Mars", a déclaré Smith. "La planète a beaucoup de mystères, dont certains nous n'avons même pas encore trouvé."
