Impression d’artiste de la sonde MESSENGER de la NASA en orbite autour de Mercure. Crédit : NASA/Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins/Institution Carnegie de Washington
Des chercheurs ont utilisé les données de la mission MESSENGER de la NASA pour cartographier l’abondance du chrome sur Mercure et en ont découvert une quantité importante dans le grand noyau métallique de la planète. Cette étude, qui combine des données d’observation et des simulations en laboratoire des conditions uniques de formation de Mercure, dépourvues d’oxygène, offre de nouvelles perspectives sur la composition élémentaire et l’histoire géologique de la planète.
L’origine de Mercure, la planète la plus proche du soleil, est mystérieuse à bien des égards. Elle possède un noyau métallique, comme la Terre, mais son noyau représente une fraction beaucoup plus importante de son volume – 85 % contre 15 % pour la Terre.
La mission MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging) de la NASA, première sonde spatiale à se mettre en orbite autour de Mercure, a pris des mesures révélant que la planète diffère fortement de la Terre d’un point de vue chimique. Mercure contient relativement moins d’oxygène, ce qui indique qu’elle s’est formée à partir d’éléments différents au début du système solaire. Toutefois, il s’est avéré difficile de déterminer avec précision l’état d’oxydation de Mercure à partir des données disponibles.
Dans une nouvelle étude dirigée par Larry Nittler, scientifique de l’Arizona State University, de la School of Earth and Space Exploration, les données acquises au cours de la mission MESSENGER ont été utilisées pour mesurer et cartographier l’abondance de l’élément mineur qu’est le chrome à la surface de Mercure.
Carte d’abondance de chrome codée en couleur, superposée à l’image MESSENGER de Mercure. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de Larry Nittler/ASU
Le chrome est généralement connu pour son extrême brillance et sa résistance à la corrosion sur les métaux, et il donne sa couleur aux rubis et aux émeraudes. Mais il peut également exister dans une large gamme d’états chimiques, de sorte que son abondance peut fournir des informations sur les conditions chimiques dans lesquelles il a été incorporé dans les roches.
Nittler et ses collaborateurs ont constaté que la quantité de chrome varie sur Mercure d’un facteur d’environ quatre. Ils ont calculé des modèles théoriques de la quantité de chrome qui devrait être présente à la surface de Mercure lorsque la planète s’est séparée en une croûte, un manteau et un noyau dans des conditions variables. En comparant ces modèles avec l’abondance mesurée du chrome, les chercheurs ont découvert que Mercure doit contenir du chrome dans son grand noyau métallique, et ils ont pu fixer de nouvelles limites à l’état d’oxydation global de la planète.
Ces travaux sont publiés dans le numéro de juillet du Journal of Geophysical Research Planets.
« C’est la première fois que le chrome est directement détecté et cartographié sur une surface planétaire », a déclaré M. Nittler. « Selon la quantité d’oxygène disponible, il aime se trouver dans des minéraux d’oxyde, de sulfure ou de métal. En combinant les données avec une modélisation de pointe, nous pouvons glaner des informations uniques sur l’origine et l’histoire géologique de Mercure.
Asmaa Boujibar, de la Western Washington University, qui a réalisé la modélisation décrite dans l’article, a ajouté : « Notre modèle, basé sur des expériences en laboratoire, confirme que la majorité du chrome présent dans Mercure est concentré dans son noyau. En raison de la composition unique et des conditions de formation de Mercure, nous ne pouvons pas comparer directement la composition de sa surface avec les données obtenues à partir de roches terrestres. Il est donc essentiel de mener des expériences qui simulent l’environnement spécifique pauvre en oxygène dans lequel la planète s’est formée, à la différence de la Terre ou de Mars. »
Dans cette étude, Nittler, Boujibar et leurs coauteurs ont compilé des données provenant d’expériences en laboratoire et ont analysé le comportement du chrome en fonction de l’abondance d’oxygène dans le système. Ils ont ensuite développé un modèle pour étudier la distribution du chrome dans les différentes couches de Mercure.
Les résultats démontrent que, comme le fer, une partie importante du chrome est effectivement séquestrée dans le noyau. Les chercheurs ont également observé qu’à mesure que la planète devient de plus en plus pauvre en oxygène, une plus grande quantité de chrome est dissimulée à l’intérieur. Ces connaissances améliorent considérablement notre compréhension de la composition élémentaire et des processus géologiques en jeu à l’intérieur de Mercure.
Référence : « Chromium on Mercury : New Results From the MESSENGER X-Ray Spectrometer and Implications for the Innermost Planet’s Geochemical Evolution » par Larry R. Nittler, Asmaa Boujibar, Ellen Crapster-Pregont, Elizabeth A. Frank, Timothy J. McCoy, Francis M. McCubbin, Richard D. Starr, Audrey Vorburger et Shoshana Z. Weider, 20 juin 2023, Journal of Geophysical Research Planets.
DOI : 10.1029/2022JE007691