Sous la surface de Mars, les deux hémisphères de la planète pourraient cacher une différence de température de plusieurs centaines de degrés.
Le contraste entre le nord et le sud est déjà évident en surface. Le nord est surtout formé de vastes plaines basses. Le sud est plus élevé, accidenté et couvert de cratères, avec une croûte généralement plus épaisse. Une étude publiée dans Nature indique désormais que cette séparation se prolongerait profondément dans la planète.
Deux vues topographiques globales de Mars établies avec l'altimètre laser MOLA de Mars Global Surveyor. Les couleurs indiquent l'altitude.
Crédit : NASA/JPL
Les chercheurs n'ont évidemment pas placé de thermomètre dans le manteau martien. Ils ont utilisé les trajectoires de trois sondes : Mars Global Surveyor, Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter. Seize années de mesures radio ont permis de suivre de minuscules variations de leur vitesse, causées par les changements du champ gravitationnel de Mars.
Pour comprendre, Mars n'est pas soumise exactement de la même manière à l'attraction du Soleil toute l'année. Son orbite est légèrement allongée et son axe est incliné. La planète se déforme donc très légèrement au fil des saisons. La façon dont elle répond à cette attraction dépend notamment de la rigidité des roches situées en profondeur.
Or les variations de gravité mesurées ne correspondent pas à celles attendues si l'intérieur de Mars était identique partout. Les calculs indiquent une différence de rigidité de plus de 20 % dans le manteau, la grande couche rocheuse située entre la croûte et le noyau. Cette différence suit globalement la séparation visible entre les deux hémisphères.
Modèle de la structure interne de Mars telle que déduite par la présente étude.
La température fournit l'explication principale retenue par les chercheurs. Leur modèle indique que le manteau sous les hautes terres du sud serait environ 200 à 400 °C plus chaud que celui situé sous les plaines du nord. Il pourrait aussi contenir légèrement plus de fer.
Comment une telle différence pourrait-elle encore exister aujourd'hui ? Une possibilité vient de l'épaisse croûte du sud, qui aurait limité la perte de chaleur pendant des milliards d'années. Des mouvements lents de roches chaudes dans le manteau pourraient également intervenir. L'histoire ancienne de Mars, notamment un possible impact géant, reste aussi étudiée.
Cette chaleur pourrait aider à comprendre d'autres observations. Les ondes de certains séismes martiens semblent perdre davantage d'énergie dans le sud, ce qui est compatible avec des roches plus chaudes. Les chercheurs indiquent aussi qu'une température élevée pourrait permettre localement la présence de petites quantités de roche fondue, donc du magma, en profondeur.
De futures mesures pourraient départager ces possibilités. Les chercheurs proposent notamment d'utiliser des observations électromagnétiques pour rechercher d'éventuelles poches de magma sous les hautes terres. Des cartes gravitationnelles encore plus précises pourraient aussi révéler si de la matière fondue remonte puis reste bloquée dans l'épaisse croûte du sud.