Mercure n'est l'idée de personne d'un grand événement cosmique. La plus petite planète du système solaire mesure seulement 3 023 milles de diamètre, soit à peine 3,6 % des 88 846 milles de diamètre de Jupiter, la plus grande du système solaire. Titan, la lune de Saturne, et Ganymede, celle de Jupiter, ont toutes deux des diamètres supérieurs à celui de Mercure.

Et selon une nouvelle étude publiée dans Geophysical Research Letters, Mercure a réellement fait des efforts pour devenir aussi petite qu'elle l'est, passant une partie des derniers 4,5 milliards d'années à rétrécir, et ce de manière bien plus significative que ne le pensaient autrefois les planétologues. C'est important. Comprendre l'histoire de Mercure fournit des indices sur la formation de tous les mondes rocheux comme la lune et Mars. Et ce qui se passe dans notre système solaire se produit sûrement dans des systèmes bien plus lointains dans l'espace.

Les conclusions proviennent des données recueillies par la sonde spatiale MESSENGER de la NASA, dont le nom est issu de l'acronyme pour le moins maladroit « MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging ». MESSENGER a été lancée en août 2004, a atteint Mercure en mars 2011 et a effectué 4 105 orbites autour de la planète avant de manquer de carburant et de s'écraser sur la surface le 30 avril 2015. Pendant ces un peu plus de quatre années de service, MESSENGER a abattu un travail considérable en étudiant Mercure avec sept instruments scientifiques différents.

Ces instruments comprenaient notamment son altimètre laser pour Mercure, un outil de télémétrie capable de mesurer les caractéristiques de surface à un mètre près, ainsi qu'un système d'imagerie double utilisant deux caméras pour cartographier la surface en grand angle et en angle étroit, en noir et blanc et en couleur. Les scientifiques savent depuis longtemps que Mercure diminue régulièrement de taille depuis sa naissance. La planète s'est formée lorsque la poussière, le gaz, les roches et les astéroïdes restés après la formation du soleil se sont télescopés et rassemblés pour former un corps distinct, générant au passage d'énormes quantités de chaleur.

Au fil des éons, une grande partie de cette chaleur s'est dissipée, provoquant la contraction de Mercure selon une estimation initiale des astronomes comprise entre 2,5 et 10 milles de diamètre. Pour confirmer cette conclusion, les scientifiques de la mission MESSENGER ont utilisé l'altimètre laser et le double imageur de la sonde afin de balayer la planète à la recherche de structures de raccourcissement, qui sont des déformations de la surface composées de rides, de crêtes et de ce que l'on appelle des escarpements lobés.

Ces escarpements sont des structures semblables à des falaises qui se formèrent lorsque la croûte pousse la roche vers le haut le long d'une faille. Les structures de raccourcissement se développent lorsqu'une planète se contracte; plus le nombre de ces caractéristiques de surface est élevé, plus le rétrécissement planétaire a été important. MESSENGER a fait de son mieux pour cartographier ces structures sur l'ensemble de la planète, mais deux difficultés ont compliqué la tâche.

Pour commencer, le plus puissant de ses deux systèmes d'imagerie, l'altimètre laser, ne pouvait fonctionner efficacement que si le vaisseau spatial se trouvait à moins de 930 milles de la planète, une proximité qu'il n'atteignait que lorsqu'il survolait la région polaire nord de Mercure lors de ses orbites elliptiques inclinées, tandis qu'à d'autres moments il se situait jusqu'à 9 500 milles de distance. Le système de double imagerie pouvait observer la surface lors de ces approches plus lointaines, mais il ne produisait pas les images tridimensionnelles détaillées de l'altimètre laser.

Vient ensuite l'état de la surface de Mercure elle-même. Les structures de raccourcissement se sont formées tôt dans l'histoire de la planète, et au cours des éons suivants, Mercure a été continuellement pilonnée par des astéroïdes entrants, creusant des cratères et éparpillant des débris qui ont masqué les cicatrices révélatrices de la contraction planétaire. Il est possible de lire à travers ces débris en traçant les structures de raccourcissement jusqu'à ce qu'elles soient recouvertes par des cratères ou des roches, et en estimant leur trajectoire et leur portée.

Cependant, cela nécessite des cartes tridimensionnelles à l'échelle de toute la planète, ce que MESSENGER n'a pas fourni. Il existait toutefois un moyen d'en créer. Avec la coopération de la NASA, gardienne des images de MESSENGER, une équipe dirigée par Gaku Nishiyama, planétologue au Centre allemand de recherche aérospatiale (DLR), a extrait des photographies bidimensionnelles prises par le système de double imagerie et les a combinées de manière à ce que chaque zone étudiée soit capturée deux fois, à chaque fois sous des angles légèrement différents.

À l'aide de cette carte de terrain détaillée, Nishiyama et ses collègues ont pu étudier l'ensemble de Mercure avec une résolution jamais atteinte auparavant. Cela a aidé l'équipe à déduire l'emplacement et l'étendue des structures de raccourcissement qui étaient autrement masquées au fil du temps, ce qui les a amenés à conclure que les calculs précédents sur le rétrécissement historique de Mercure constituaient des sous-estimations. Ce facteur de 30 % représente environ 4,5 milles de contraction supplémentaire par rapport aux calculs antérieurs.

Cette valeur reste modeste même à l'échelle d'un monde aussi discret que Mercure, mais elle n'en demeure pas moins significative. Un rétrécissement accru oblige les planétologues à repenser ce qu'ils croyaient savoir de la composition chimique et de la température du noyau de Mercure, suggérant une teneur en soufre ou en silicium plus faible que prévu, ce qui entraîne un refroidissement plus rapide et une contraction plus prononcée. Cela pourrait également indiquer que le noyau de Mercure a débuté plus chaud qu'on ne le soupçonnait, entraînant un changement de volume plus spectaculaire lors de son refroidissement final.

Ce que Nishiyama et ses collègues ont découvert au sujet du refroidissement et du rétrécissement de Mercure pourrait avoir des implications pour l'étude d'autres mondes rocheux comme la lune et Mars. La lune présente davantage de cratères et de reliefs accidentés que Mercure, ce qui rend d'autant plus crucial d'interpréter les structures de raccourcissement ayant survécu afin d'estimer le rétrécissement lunaire potentiel et de déterminer si les phénomènes observés sur Mercure se sont également produits sur la lune et peut-être sur Mars.

Si tel est le cas, affirme Nishiyama, les trois mondes continuent probablement de se contracter à mesure que la chaleur s'échappe de leur intérieur vers l'espace. Entre-temps, Mercure fera bientôt l'objet d'un examen plus approfondi. En 2018, les agences spatiales européenne et japonaise ont lancé la sonde BepiColombo pour un voyage de huit ans vers Mercure. Le vaisseau arrivera en décembre et commencera ses opérations scientifiques en avril 2027.

BepiColombo dispose d'un altimètre laser nettement plus puissant que celui de MESSENGER, capable de détecter des changements de surface aussi minimes que 20 centimètres. Le vaisseau spatial évoluera également sur une orbite moins excentrique que celle de MESSENGER, plaçant ainsi une plus grande portion de la surface de Mercure dans sa ligne de mire.