Une étude, dont les résultats intitulés «Strong water isotopic anomalies in the martian atmosphere: Probing current and ancient reservoirs» ont été publiés dans la revue Science, a permis de révéler que la planète Mars était dotée, il y a quelque quatre milliards d'années, d'un océan primitif de volume supérieur à celui de l'Océan Arctique, recouvrant, proportionnellement, une surface bien plus étendue que celle de l'Océan Atlantique sur Terre.

Plus précisément, la jeune planète Mars aurait théoriquement renfermé «suffisamment d'eau liquide pour que l'intégralité de sa surface en soit couverte, sur une hauteur d’environ 140 mètres», mais il est toutefois probable que «l'eau liquide se soit constituée en un océan couvrant près de la moitié de l'hémisphère nord de la planète» de sorte qu'en certaines régions, «la profondeur de cet océan pouvait dépasser 1,6 kilomètre».

Cette estimation 'solide' de la quantité d'eau jadis présente sur Mars, a été déduite de celle perdue dans l'espace, grâce aux «observations détaillées de deux isotopes de l'eau présents dans l'atmosphère martienne»: H2O et HDO, présent à l'état naturel, «qui diffère de la molécule d'eau classique H2O par la figuration d'un atome de deutérium, plus lourd que l'hydrogène, en lieu et place de l'un des deux atomes d'hydrogène».

Comme la forme deutérée «est caractérisée par une masse supérieure à celle de la molécule d'eau classique», sa tendance à l'évaporation est moindre. Il en résulte que «le taux d'échappement de l'eau de la planète peut se mesurer au rapport HDO / H2O qui caractérise l'eau restante».

C'est au moyen du Très Grand Télescope de l'ESO au Chili, d'instruments installés à l'Observatoire W.M. Keck et du Télescope Infrarouge de la NASA à Hawaï que les signatures chimiques des deux isotopes de l'eau ont pu être distinguées.

La cartographie de la distribution de H2O et de HDO, «à différentes reprises au cours de six années terrestres (qui correspondent à environ trois années martiennes), a mis en évidence «l'existence de variations saisonnières ainsi que de microclimats, bien que Mars s'apparente davantage aujourd'hui à un désert».

De plus, l'étude montre «que la quantité d'eau lourde présente dans l'atmosphère située à proximité des régions polaires a augmenté d'un facteur 7 en comparaison de l'eau des océans terrestres», ce qui entraîne «que l'eau des calottes polaires martiennes s'est enrichie d'un facteur 8». Ainsi, «le taux d'enrichissement à partir de ces cartes implique que Mars a perdu un volume d'eau 6,5 fois plus important que celui actuellement stocké au sein des calottes polaires».

Le volume de l'océan primitif martien, «très certainement supérieur à 20 millions de kilomètres cubes», suggère qu'il est fort probable que la planète Mars «soit demeurée humide, et donc habitable, durant une période plus longue qu'estimée auparavant».

Comme «il est possible que Mars ait renfermé une quantité d'eau bien plus importante encore, dont une partie subsisterait sous la surface», les nouvelles cartes qui «révèlent l'existence de microclimats et de variations de quantités d'eau atmosphérique au fil du temps» pourraient «s'avérer utiles dans la recherche d'eau souterraine».