La Terre et Mars, pourtant voisines, pourraient avoir grandi à partir de matériaux assemblés de façons très différentes.
Les planètes rocheuses se sont formées il y a environ 4,5 milliards d'années dans le disque de gaz et de poussières entourant le jeune Soleil. Mais les chercheurs débattent encore de la taille des objets qui ont fourni l'essentiel de leur matière. Deux mécanismes principaux sont envisagés.
La Terre et Mars Ă l'Ă©chelle.
Dans le premier, des corps de plusieurs kilomètres appelés planétésimaux entrent en collision et s'assemblent progressivement. Dans le second, de petits fragments, souvent qualifiés de galets, sont freinés par le gaz du disque puis capturés par des embryons planétaires. Les deux mécanismes peuvent aussi fonctionner ensemble.
Pour les départager, une équipe internationale a étudié les éléments volatils de la Terre et de Mars. Ces éléments s'évaporent relativement facilement lorsqu'un matériau est chauffé. Leur abondance et leur composition isotopique gardent ainsi une trace des conditions dans lesquelles les matériaux d'une planète ont été assemblés.
Les chercheurs ont construit un modèle combinant la croissance des planètes et l'évolution de ces signatures chimiques. Selon leurs résultats, plus de 75 % de la masse terrestre pourrait provenir de protoplanètes ayant elles-mêmes grandi principalement en capturant de petits galets. Les collisions entre grands corps auraient ensuite achevé l'assemblage de notre planète.
Mars présenterait une histoire presque opposée. Le modèle attribue environ 73 % de sa masse à l'accrétion de planétésimaux. La planète rouge aurait donc davantage conservé la signature d'une croissance par collisions entre objets relativement grands, sans passer par la même phase dominante de capture de galets que la Terre.
Cette différence pourrait notamment venir du lieu et du rythme de formation des deux planètes. Les matériaux disponibles, leur température et les mouvements du gaz variaient selon la distance au Soleil. Deux mondes rocheux voisins pouvaient donc puiser dans des réservoirs différents et grandir à des vitesses différentes.
Les chercheurs défendent une accrétion hybride, dans laquelle galets et planétésimaux contribuent tous les deux, mais dans des proportions différentes selon les planètes.
Cette méthode pourra maintenant être appliquée à d'autres corps du Système solaire. Les météorites provenant d'astéroïdes, les échantillons lunaires et les futures roches rapportées de Mars permettront de multiplier les comparaisons chimiques et de tester si chaque planète rocheuse possède sa propre combinaison de mécanismes de formation.