De nombreuses caractéristiques à la surface de Mars font allusion à la présence d'eau liquide dans le passé. Celles-ci vont des Valles Marineris, un système de canyons de 4 000 km de long et 7 km de profondeur, aux minuscules sphérules d'hématite appelées «myrtilles». Ces caractéristiques suggèrent que l'eau liquide a joué un rôle essentiel dans la formation de Mars.
Certaines études montrent que ces caractéristiques ont des origines volcaniques, mais une nouvelle étude de deux chercheurs du Carl Sagan Institute et du NASA Virtual Planet Laboratory a remis l'accent sur l'eau liquide. Le modèle proposé par les deux indique que, si d'autres conditions étaient remplies, les nuages de cirrus auraient pu fournir l'isolation nécessaire à l'écoulement de l'eau liquide. Les deux chercheurs, Ramses M. Ramirez et James F. Kasting, ont construit un modèle climatique pour tester leur idée.
Les nuages Cirrus sont des nuages fins et vaporeux qui apparaissent régulièrement sur Terre. Ils ont également été vus sur Jupiter, Saturne, Uranus, peut-être Neptune et sur Mars. Les nuages de cirrus eux-mêmes ne produisent pas de pluie. Quelles que soient les précipitations qu'elles produisent, sous forme de cristaux de glace, elles s'évaporent avant d'atteindre la surface. Les chercheurs à l'origine de cette étude se sont concentrés sur les nuages de cirrus, car ils ont tendance à réchauffer l'air en dessous de 10 degrés Celsius.
Si une quantité suffisante de Mars était couverte de nuages de cirrus, alors la surface serait suffisamment chaude pour que l'eau liquide coule. Sur Terre, les cirrus couvrent jusqu'à 25% de la Terre et ont un effet chauffant mesurable. Ils laissent entrer la lumière du soleil mais absorbent le rayonnement infrarouge sortant. Kasting et Ramirez ont cherché à montrer comment la même chose pourrait se produire sur Mars et combien de couverture nuageuse de cirrus serait nécessaire.
Les nuages de cirrus eux-mêmes n'auraient pas créé toute la chaleur. Les impacts des comètes et des astéroïdes auraient créé la chaleur, et une vaste couverture nuageuse de cirrus aurait piégé cette chaleur dans l'atmosphère martienne.
Les deux chercheurs ont réalisé un modèle, appelé modèle climatique radiatif-convectif à une colonne. Ils ont ensuite testé différentes tailles de cristaux de glace, la partie du ciel couverte de nuages cirrus et les épaisseurs de ces nuages, pour simuler différentes conditions sur Mars.
Ils ont découvert que dans les bonnes circonstances, les nuages de l'atmosphère martienne primitive pouvaient durer 4 à 5 fois plus longtemps que sur Terre. Cela favorise l'idée que les nuages de cirrus auraient pu garder Mars suffisamment chaud pour l'eau liquide. Cependant, ils ont également constaté que 75% à 100% de la planète devraient être couverts de cirrus. Cette quantité de couverture nuageuse semble peu probable selon les chercheurs, et ils suggèrent que 50% serait plus réaliste. Ce chiffre est similaire à la couverture nuageuse de la Terre, y compris tous les types de nuages, pas seulement les cirrus.
En ajustant les paramètres de leur modèle, ils ont découvert que des nuages plus épais et des tailles de particules plus petites réduisaient l'effet de chauffage de la couverture nuageuse de cirrus. Cela a laissé un ensemble très mince de paramètres dans lesquels les nuages de cirrus auraient pu garder Mars suffisamment chaud pour l'eau liquide. Mais leur modélisation a également montré qu'il y avait une façon pour les nuages cirrus de faire le travail.
Si l'ancienne température de surface martienne était inférieure à 273 Kelvin, la valeur utilisée dans le modèle, il serait alors possible pour les nuages cirrus de faire leur travail. Et cela ne devrait être inférieur que de 8 degrés Kelvin pour que cela se produise. Parfois, dans le passé de la Terre, la température de surface a été inférieure de 7 degrés Kelvin. La question est, Mars aurait-il pu avoir une température similaire plus basse?
Alors, où en sommes-nous? Nous n'avons pas encore de réponse définitive. Il est possible que des nuages de cirrus sur Mars aient pu aider à garder la planète suffisamment chaude pour l’eau liquide. La modélisation effectuée par Ramirez et Kasting nous montre quels paramètres étaient nécessaires pour que cela se produise.
