En 2012, les scientifiques étaient ravis de découvrir que dans les régions polaires de Mercure, de grandes quantités de glace d'eau avaient été détectées. Alors que l'existence de la glace d'eau dans cette région ombragée en permanence faisait l'objet de spéculations depuis environ 20 ans, ce n'est qu'après que l'engin spatial MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging) a étudié la région polaire que cela a été confirmé. .
Sur la base des données MESSENGER, il a été estimé que Mercure pourrait avoir entre 100 milliards et 1 billion de tonnes de glace d'eau aux deux pôles, et que la glace pourrait atteindre jusqu'à 20 mètres (65,5 pieds) de profondeur par endroits. Cependant, une nouvelle étude par une équipe de chercheurs de l'Université Brown indique qu'il pourrait y avoir trois grands cratères supplémentaires et beaucoup plus petits dans la région polaire nordique qui contiennent également de la glace.
L'étude, intitulée «Nouvelles preuves de la glace d'eau de surface dans les pièges à froid à petite échelle et dans trois grands cratères de la région polaire nord de Mercure à partir de l'altimètre laser à mercure», a récemment été publiée dans le Lettres de recherche géophysique. Dirigée par Ariel Deutsch, boursier ASTAR de la NASA et doctorant à l'Université Brown, l'équipe a examiné comment les dépôts à petite échelle pouvaient augmenter considérablement la quantité totale de glace sur Mercure.
En dépit d'être la planète la plus proche du Soleil et de connaître des températures de surface torrides sur son côté exposé au Soleil, la faible inclinaison axiale de Mercure signifie que ses régions polaires sont ombragées en permanence et connaissent des températures moyennes d'environ 200 K (-73 ° C; -100 ° F). L'idée que la glace pourrait exister dans ces régions remonte aux années 1990, lorsque les télescopes radar basés sur la Terre ont détecté des taches hautement réfléchissantes dans les cratères polaires.
Cela a été confirmé lorsque le vaisseau spatial MESSENGER a détecté des signaux neutroniques du pôle nord de la planète qui étaient compatibles avec la glace d'eau. Depuis lors, il a été généralement admis que la glace de surface de Mercure était confinée à sept grands cratères. Mais comme Ariel Deutsch l'a expliqué dans un communiqué de presse de l'Université Brown, elle et son équipe ont cherché à regarder au-delà d'eux:
«L'hypothèse a été que la glace de surface sur Mercure existe principalement dans les grands cratères, mais nous montrons également des preuves de ces dépôts à plus petite échelle. L'ajout de ces dépôts à petite échelle aux grands dépôts à l'intérieur des cratères augmente considérablement l'inventaire de glace de surface sur Mercure. »
Pour les besoins de cette nouvelle étude, Deutsch a été rejoint par Gregory A. Neumann, chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA, et James W. Head. En plus d'être professeur au Département des sciences de la Terre, de l'environnement et des planètes de Brown, Head était également co-chercheur pour les missions MESSENGER et Lunar Reconnaissance Orbiter.
Ensemble, ils ont examiné les données de l'instrument MESSENGER Mercury Laser Altimeter (MLA). Cet instrument a été utilisé par MESSENGER pour mesurer la distance entre le vaisseau spatial et Mercure, les données résultantes étant ensuite utilisées pour créer des cartes topographiques détaillées de la surface de la planète. Mais dans ce cas, le MLA a été utilisé pour mesurer la réflectance de surface, qui indiquait la présence de glace.
En tant que spécialiste des instruments pour la mission MESSENGER, Neumann était responsable de l'étalonnage du signal de réflectance de l'altimètre. Ces signaux peuvent varier selon que les mesures sont prises au-dessus ou à un angle (ce dernier étant considéré comme des lectures «hors nadir»). Grâce aux ajustements de Neumann, les chercheurs ont pu détecter des dépôts à haute réflectance dans trois autres grands cratères compatibles avec la glace d'eau.
Selon leurs estimations, ces trois cratères pourraient contenir des calottes glaciaires qui mesurent environ 3 400 kilomètres carrés (1313 mi²). De plus, l'équipe a également examiné le terrain entourant ces trois grands cratères. Bien que ces zones ne soient pas aussi réfléchissantes que les calottes glaciaires à l’intérieur des cratères, elles étaient plus brillantes que la réflectance de surface moyenne du Mercure.
Au-delà de cela, ils ont également examiné les données altimétriques pour rechercher des preuves de dépôts à plus petite échelle. Ils ont découvert quatre cratères plus petits, chacun ayant un diamètre inférieur à 5 km (3 mi), qui étaient également plus réfléchissants que la surface. De cela, ils ont déduit qu'il y avait non seulement de plus grands dépôts de glace qui n'avaient pas été découverts auparavant, mais probablement de nombreux «pièges froids» plus petits où la glace pouvait également exister.
Entre ces trois grands gisements récemment découverts et ce qui pourrait être des centaines de gisements plus petits, le volume total de glace sur Mercure pourrait être considérablement plus élevé que ce que nous pensions auparavant. Comme l'a dit Deutsch:
«Nous suggérons que cette signature de réflectance améliorée est entraînée par des plaques de glace à petite échelle qui sont réparties sur ce terrain. La plupart de ces patchs sont trop petits pour être résolus individuellement avec l'instrument altimétrique, mais collectivement ils contribuent à la réflectance globale améliorée… Ces quatre étaient juste ceux que nous pouvions résoudre avec les instruments MESSENGER. Nous pensons qu'il y en a probablement beaucoup, beaucoup plus, dont les tailles vont d'un kilomètre à quelques centimètres. »
Dans le passé, des études de la surface lunaire ont également confirmé la présence de glace d'eau dans ses régions polaires cratérisées. Des recherches plus poussées ont indiqué qu'en dehors des grands cratères, de petits «pièges à froid» pouvaient également contenir de la glace. Selon certains modèles, la prise en compte de ces petits dépôts pourrait effectivement doubler les estimations des quantités totales de glace sur la Lune. La même chose pourrait être vraie pour Mercure.
Mais comme Jim Head (qui a également été conseiller en doctorat en allemand pour cette étude) l'a indiqué, ce travail ajoute également une nouvelle approche à la question critique de la provenance de l'eau dans le système solaire. «L'une des principales choses que nous voulons comprendre est la façon dont l'eau et les autres substances volatiles sont distribuées à travers le système solaire interne, y compris la Terre, la Lune et nos voisins planétaires», a-t-il déclaré. "Cette étude nous ouvre les yeux sur de nouveaux endroits pour chercher des preuves de l'eau, et suggère qu'il y en a beaucoup plus sur Mercure que nous ne le pensions."
En plus d'indiquer que le système solaire peut être plus liquide qu'on ne le pensait, la présence de glace abondante sur Mercure et la Lune a renforcé les propositions de construction d'avant-postes sur ces corps. Ces avant-postes pourraient être capables de transformer la glace d'eau des dépôts locaux en combustible hydrazine, ce qui réduirait considérablement les coûts de montage de missions à longue portée dans tout le système solaire.
Du côté moins spéculatif, cette étude offre également de nouvelles perspectives sur la façon dont le système solaire s'est formé et a évolué. Si l'eau est beaucoup plus abondante aujourd'hui que nous ne le pensions, cela indiquerait qu'il y en avait plus au cours des premières époques de formation planétaire, vraisemblablement lorsqu'elle était distribuée dans tout le système solaire par des astéroïdes et des comètes.
