Accueil High-Tech Dans une première historique, le vaisseau spatial de la NASA cartographie ce qui se cache sous la surface de Mars

Dans une première historique, le vaisseau spatial de la NASA cartographie ce qui se cache sous la surface de Mars

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Lorsque Galilée a observé la planète Mars avec un télescope il y a plus de 400 ans, elle n’a été enregistrée que comme un orbe vierge, suspendu dans l’obscurité infinie. Au cours des quatre siècles qui ont suivi, les scientifiques ont tenté de combler les vides.

Peu de temps après Galilée, l’astronome néerlandais Christiaan Huygens est arrivé et a fait une découverte profonde sur Mars. En observant la planète en 1659, Huygens a remarqué une grande zone sombre sur son visage, ombragée en une tache en forme de cœur dans un croquis de la planète rouge. C’était la première fois que les humains observaient les caractéristiques de surface d’un autre monde.

Quelque 359 ans plus tard, en novembre 2018, la NASA a fait atterrir InSight sur la surface martienne à environ 3 000 milles à l’est de la tache, la huitième fois que l’agence spatiale avait placé un explorateur robotique sur la planète rouge. Sa mission, qui a été récemment prolongée jusqu’en 2022, est d’écouter les « marsquakes » et de comprendre ce qui se passe sous la surface de notre voisin cosmique.

Dans une série de trois études publiées jeudi dans la revue Science, une équipe mondiale de chercheurs décrit l’intérieur de Mars à l’aide de données obtenues par le sismomètre d’InSight, un instrument qui répond aux vibrations et au bruit sous la surface de Mars. En analysant une série de tremblements de terre, ressentis par InSight depuis 2019, les chercheurs ont pu révéler pour la première fois le fonctionnement interne d’une autre planète de notre système solaire – une percée pour la géoscience planétaire.

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L’oreille au sol

Le premier hochet planétaire détecté par le sismomètre d’InSight, connu sous le nom de SEIS, en 2019 était exactement comme ce premier dessin provisoire de Huygens. Il a révélé que Mars était plus active sur le plan sismique que la Lune, mais pas aussi active que la Terre, et a donné aux chercheurs un premier aperçu alléchant du type de données qu’InSight serait en mesure de collecter.

Vue en coupe de SEIS, un instrument en forme de dôme posé à la surface de Mars. La couche externe blanche protège l’instrument sensible de l’environnement, tandis que la couche interne de chaos organisé contient des pendules qui mesurent les vibrations et le bruit.

NASA/JPL-Caltech/CNES/IPGP

SEIS (photo de droite) est un instrument en forme de dôme qui a été déployé peu de temps après l’arrivée d’InSight sur Mars. Il repose sur le sol martien et, comme le dit la NASA, est comme le stéthoscope d’un médecin, écoutant le « pouls » de la planète. C’est une technologie extrêmement sensible, enregistrant les ondes sismiques qui grondent et vibrent à l’intérieur de la planète après un tremblement de terre.

Son dôme extérieur est un bouclier contre l’environnement martien, protégeant SEIS des vents et de la poussière qui pourraient affecter les mesures des vibrations internes. Le sismomètre lui-même est un appareil assez simple : il contient trois poids, suspendus comme un pendule, qui peuvent détecter des vibrations provenant de différentes directions, comme lorsqu’une onde sismique, générée par un tremblement de terre, les survole.

Des recherches antérieures ont montré que les tremblements de terre sont courants, mais ils ne sont pas très puissants. Seule une poignée de registres supérieurs à la magnitude 3 qui, sur Terre, pourrait ressembler à un léger grondement à quelques kilomètres de distance, mais n’est pas assez fort pour causer des dommages importants aux structures et aux bâtiments. La plupart proviennent de la couche supérieure de la croûte terrestre, mais les études ont sondé 10 qui provenaient plus profondément sous la surface.

C’est en écoutant les ondes générées par ces tremblements de terre que les chercheurs ont compris les entrailles de Mars. Les ondes sismiques qui se déplacent à l’intérieur de la planète sont modifiées par le matériau avec lequel elles entrent en contact, permettant à InSight de brosser un tableau de ce qui se passe dans le sol.

Ogres, oignons et autres planètes

L’anatomie d’une planète « différenciée » comme Mars est, pour emprunter à un film de 20 ans, tout comme un oignon (…ou un ogre). Il a des couches. Bien que les scientifiques aient rempli les blancs en ce qui concerne les caractéristiques de surface, l’atmosphère et la composition chimique du sol, ce qui se passe sous la surface reste un mystère.

« Pour tout ce que nous savons sur Mars, la majeure partie est limitée au mètre supérieur », explique Gretchen Benedix, astrogéologue à l’université Curtin en Australie qui n’était pas affiliée à l’étude. « C’est comme regarder un cadeau et se concentrer sur l’emballage. »

Dans la suite de nouvelles études, les chercheurs ont sondé ces couches pour la première fois en étudiant les vagues qui ont secoué le SEIS d’InSight. « Cette nouvelle information, c’est comme ouvrir le cadeau pour jeter un coup d’œil », explique Benedix.

L’une des études, dirigée par Brigitte Knapmeyer-Endrun, géophysicienne à l’Université de Cologne, a utilisé les données pour étudier la couche supérieure de la planète, connue sous le nom de croûte.

La couche supérieure de la croûte, qui est composée de roches basaltiques provenant d’anciennes coulées de lave, semble avoir une épaisseur maximale d’environ 10 kilomètres (6,2 miles). Mais les données d’InSight ont révélé qu’une autre couche, environ le double de cette taille, se trouve juste en dessous. En dessous de cela, a déclaré Knapmeyer-Endrun dans un communiqué de presse, pourrait être l’endroit où le « manteau » commence – ce qui rendrait la croûte de Mars « étonnamment mince ».

Un « selfie » de l’atterrisseur InSight, pris à la surface de Mars.

NASA/JPL-Caltech

Mais l’équipe a également montré qu’il pourrait y avoir une troisième couche dans la croûte, prolongeant la profondeur jusqu’à environ 40 kilomètres.

Ensuite, il y a le noyau martien, qui a lui-même réservé quelques surprises.

Comme le montre l’image du haut, les tremblements de terre peuvent envoyer des vibrations jusqu’au cœur de la planète, où ils rebondissent et retournent vers SEIS. Ces signaux, tels que décrits dans une étude menée par Simon Stähler, géophysicien à l’ETH Zurich en Suisse, étaient relativement faibles mais ont permis d’estimer la taille du noyau de la planète. Et la taille compte ici.

La limite entre le manteau et le noyau semble se situer à moins de 1 000 milles sous la surface, ce qui est plus large que certaines études ne l’ont suggéré. La suggestion, selon un article d’accompagnement publié dans Science jeudi, est que le noyau fer-nickel est moins dense que prévu, mais qu’il est à l’état liquide comme l’ont soutenu d’autres études.

Pourquoi l’intérieur de Mars est-il important ?

Le retour de la sismologie sur Mars a été décrit par le géophysicien de l’Université du Texas Yosio Nakamura comme « une nouvelle aube » dans un commentaire de Nature Geoscience en 2020. La capacité à détecter les ondes sismiques aide à imposer des contraintes fondamentales sur la façon dont la planète a probablement évolué au fil du temps et, selon Benedix, « nous en dit long sur l’évolution thermique de cette planète ».

La chaleur émane du noyau d’une planète au cours de sa formation et de son évolution précoce et en comprenant la composition du noyau, les chercheurs peuvent émettre une hypothèse sur la façon dont Mars a pu se refroidir au fil du temps. La combinaison de cela avec d’autres données, obtenues par des engins spatiaux en orbite et des rovers de la NASA et de la Chine, ne nous aide pas seulement à comprendre Mars, elle révèle comment les planètes se forment, changent et se développent à travers le système solaire et potentiellement à l’extérieur.

InSight a également tenté de mesurer directement la température sous la surface de la planète rouge à l’aide d’une « taupe fouisseuse ». Mais très tôt, alors que la taupe tentait de creuser dans le sol fou de Mars, elle s’est coincée. Les tentatives héroïques des ingénieurs de la NASA pour libérer la taupe se sont avérées infructueuses et, en janvier, elle a été déclarée morte. Cependant, la mission d’InSight n’est pas terminée – il continuera à écouter les tremblements de terre jusqu’en 2022. Bien qu’il ne fournisse qu’une seule « oreille », pour ainsi dire, des observations répétées devraient permettre aux scientifiques d’affiner davantage leur compréhension de l’intérieur de Mars.

En moins de quatre siècles, nous sommes passés du croquis de Huygens d’une tache en forme de cœur sur le visage de Mars à la compréhension du cœur même de Mars lui-même. Que les blancs continuent d’être remplis.

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