Les scientifiques cherchent à mieux comprendre la chimie atmosphérique de la Terre en voyant Mars. enquêter


Les scientifiques cherchent à mieux comprendre la chimie atmosphérique de la Terre en étudiant Mars

Comprendre l’ozone sur Mars. Crédit photo : Agence spatiale européenne

Des études à long terme sur l’ozone et la vapeur d’eau dans l’atmosphère martienne pourraient conduire à une meilleure compréhension de la chimie atmosphérique de la . Une nouvelle analyse des données de la mission Mars Express de l’ESA a montré que notre connaissance de la façon dont ces gaz atmosphériques interagissent les uns avec les autres est incomplète.

Avec quatre années d’ de Mars par l’instrument SPICAM (Spectrooscopie pour l’investigation des caractéristiques de Mars), équivalant à sept années et demie terrestres, une équipe de chercheurs d’Europe et de Russie a découvert le manque de connaissances en essayant d’utiliser leurs les données avec un modèle climatique global de Mars se reproduisent.

L’ozone et la vapeur d’eau ne sont pas de bons compagnons atmosphériques. L’ozone (O3) se produit lorsque les molécules de dioxyde de carbone (CO2), qui constitue 95 % de l’atmosphère martienne, sont fragmentés par le rayonnement ultraviolet du soleil. L’ozone, à son tour, peut être divisé par des molécules appelées radicaux hydrogène (HOX), qui contiennent un d’hydrogène et un ou plusieurs atomes d’oxygène. Les radicaux hydrogène eux-mêmes sont créés lorsque la vapeur d’eau est divisée par la lumière ultraviolette.

Puisque le dioxyde de carbone est omniprésent sur Mars, il devrait y avoir une signature globale de l’ozone – à moins qu’une région particulière ne contienne de la vapeur d’eau. Dans ces circonstances, l’eau est divisée en radicaux d’hydrogène qui réagissent avec la molécule d’ozone et la séparent.

Ainsi SPICAM aurait dû déterminer une diminution de l’ozone partout où de la vapeur d’eau a été détectée. Plus il y a de vapeur d’eau, moins il y a d’ozone. L’équipe a examiné cette relation inverse, également connue sous le nom d’anti-corrélation. Ils ont découvert qu’ils pouvaient reproduire la nature inverse générale de cela avec un modèle climatique, mais pas la relation exacte. Au lieu de cela, pour une quantité donnée de vapeur d’eau, le modèle n’a produit que 50 % de l’ozone observé dans les données SPICAM.

« Cela suggère que l’efficacité de la destruction de l’ozone est surestimée dans les simulations informatiques », explique Franck Lefèvre du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS), CNRS / Sorbonne Université, France, qui a dirigé l’étude.

Cependant, la raison de cette surestimation n’est actuellement pas claire. Il est important de comprendre le comportement des radicaux hydrogène sur Mars. « Il joue un rôle clé pour la chimie atmosphérique de Mars, mais aussi pour la composition globale de la planète », précise Franck.

Le modèle chimique utilisé dans ce travail a été spécialement développé par Franck et ses collègues pour l’analyse de Mars. Il était basé sur un modèle d’une partie de la haute atmosphère terrestre ; la mésosphère. Ici, à une altitude d’environ 40 à 80 kilomètres, la chimie et les conditions sont en grande partie similaires à celles de l’atmosphère martienne.

En fait, l’écart trouvé dans les modèles pourrait avoir des implications importantes sur la façon dont nous simulons le climat de la Terre avec les modèles atmosphériques. En effet, la mésosphère terrestre contient une partie de la couche d’ozone qui subira les mêmes interactions avec HOX que sur Mars.

« La chimie HOX est importante pour l’équilibre global de la couche d’ozone de la terre », explique Franck.

Donc, si nous comprenons ce qui se passe dans l’atmosphère de Mars, la précision avec laquelle nous pouvons effectuer des simulations climatiques sur Terre pourrait être bénéfique. Et avec autant de données maintenant disponibles auprès de SPICAM, la modélisation a clairement montré que nous ne comprenons pas quelque chose.

Serait-ce quelque chose comme l’effet des nuages ​​?

Lorsque Franck et ses collègues ont présenté des calculs d’absorption de HOX par les particules glacées des nuages ​​sur Mars, ils ont découvert que davantage d’ozone survivait dans leurs modèles. En effet, les molécules HOX ont été absorbées avant de pouvoir séparer l’ozone. Mais cela n’expliquait que partiellement leurs résultats.

« Ça ne marche pas dans tous les cas », dit Franck. Et donc l’équipe regarde aussi ailleurs.

La mesure des vitesses de réaction aux basses températures de l’atmosphère martienne et de la mésosphère terrestre constitue un domaine spécial pour des études plus approfondies. Ceux-ci ne sont pas encore connus, et les modèles pourraient donc également être faussés.

Maintenant que les travaux en cours ont montré quantitativement où se situent les lacunes dans les connaissances, l’équipe collectera d’autres données avec d’autres instruments UV opérant sur Mars et poursuivra ses investigations et mettra à jour le modèle.

« Avec Mars Express, nous avons réalisé le plus long relevé de l’atmosphère martienne à ce jour, quelle que soit la mission. Nous avons commencé en 2004 et avons maintenant 17 années de données qui nous ont conduit à près de sept années martiennes consécutives, dont quatre années martiennes de mesures combinées de l’ozone et de la vapeur d’eau, avant que le canal UV de SPICAM, qui mesurait l’ozone, ne soit mis en service à la fin 2014 embauché. C’est unique dans l’histoire de l’exploration », ajoute Franck Montmessin, également du LATMOS, et principal examinateur de l’instrument SPICAM.

S’appuyant sur l’extraordinaire ensemble de données de Mars Express, de nouveaux résultats proviennent désormais de Trace Gas Orbiter de l’ESA, qui orbite autour de Mars depuis octobre 2016. Il porte deux instruments, ACS (Atmospheric Chemistry Suite) et NOMAD (Nadir and Occultation for MARs Discovery). ) qui analysent l’atmosphère martienne. La mission Maven de la NASA transporte également des dispositifs ultraviolets qui surveillent l’excès d’ozone. L’information cruciale qui décode enfin ce secret pourrait arriver à tout moment.

La surveillance à long terme des paramètres atmosphériques et de leurs variations par Mars Express fournit un ensemble de données unique qui peut être utilisé pour étudier l’atmosphère martienne en tant que système dynamique complexe.

« Peut-être que la somme de toutes ces années sera finalement la clé de la façon dont le HOX contrôle vraiment l’atmosphère martienne, ce qui profitera à notre compréhension des atmosphères planétaires en général », explique Franck Montmessin.


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Plus d’information:
F. Lefèvre et al., Relation entre les colonnes d’ozone et de vapeur d’eau sur Mars, telle qu’observée par SPICAM et calculée par un modèle climatique global, Journal of Geophysical Research : Planètes (2021). DOI : 10.1029 / 2021JE006838

Fourni par l’Agence spatiale européenne

citation: Les cherchent à mieux comprendre la chimie atmosphérique de la Terre en étudiant Mars (23 juillet 2021), consulté le 25 juillet 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-07-scientists-earth-atmospheric -chemistry-mars.html

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