Première année de la mission martienne Insight: des résultats scientifiques surprenants

Publié par Redbran le 28/02/2020 à 14:00
Source: CNES IPGP
Une nouvelle compréhension de Mars apparaît à la lumière de la première année de la mission InSight de la NASA. Les résultats décrits dans un ensemble de six articles révèlent une planète vivante qui est le théâtre de séismes, de tourbillons de poussière et d'étranges impulsions magnétiques.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) montrant le sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage peut également être une méthode statistique d'analyse d'une...) de la proche surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) du site d'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes suivant...) d'InSight par trois techniques différentes: résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques (électriques, mécaniques...) sont sensibles à...) du berceau de support du sismomètre, ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie...) générées par les tentatives d'enfouissement du pénétrateur HP3 dans le sol, et enfin déformation de la surface par les tourbillons de poussière (© IPGP/Nicolas Sarter).

Cinq de ces articles sont publiés dans Nature Geoscience. Le sixième, publié dans la revue Nature Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications,...), décrit le site d'atterrissage de la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in...) InSight, un cratère ( Pour le cratère d'origine volcanique, voir Cratère volcanique Pour le cratère d'origine météoritique, voir Cratère d'impact Pour le cratère formé à la suite d'un effondrement d'origine souterrainne...) peu profond situé dans la plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes relativement faibles. Elle se...) d'Elysium (surnommé "Homestead Hollow").

InSight est la première mission consacrée à l'étude de la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou...) de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique, c'est-à-dire sous une...) Mars. Entre autres outils scientifiques, elle comprend un sismomètre pour détecter les "séismes martiens", des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…. On...) de mesure du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les...) et de la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.), un magnétomètre (Un magnétomètre est un appareil qui sert à mesurer l'aimantation d'un système. Il en existe différents types, basés sur des principes physiques différents. Les principaux...) et une sonde de mesure du flux de chaleur (Le flux de chaleur est une transmission de chaleur (ou énergie thermique) à travers un corps. Le flux de chaleur s'exprime en W/m2.) interne pour prendre la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et...) de la planète.

Alors que l'équipe manœuvrait pour positionner la sonde de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) comme prévu à la surface de Mars, le sismomètre ultra-sensible a permis aux scientifiques de détecter de nombreux évènements sismiques à des centaines, voire des milliers de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par...) de distance.

Les ondes sismiques sont sensibles aux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) qu'elles traversent, offrant ainsi aux scientifiques un moyen d'étudier la composition de la structure interne de la planète. Mars peut aider l'équipe à mieux comprendre la formation de toutes les planètes rocheuses, y compris la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...) et sa Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance...).

En sous-sol

Les tremblements de Mars s'avèrent plus fréquents, mais aussi de plus faible intensité, que prévu par les modèles théoriques. SEIS a enregistré plus de 400 évènements sismiques à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...), probablement liés pour la plupart d'entre eux à des microséismes (et non au bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) de mesure généré par l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une dimension...), notamment le vent). Le plus fort séisme enregistré était proche de la magnitude 4, pas tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait assez puissant pour atteindre le manteau inférieur et le noyau. L'étude de la structure interne de la planète, "c'est la partie la plus savoureuse", selon Bruce Banerdt, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés...) principal au JPL.

Les scientifiques en veulent plus: ils ont dû attendre des mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) après l'atterrissage d'InSight en novembre 2018 avant d'enregistrer le premier événement sismique. L'atterrisseur (Un atterrisseur (lander en anglais) désigne en dans le domaine de l'astronautique un engin spatial embarqué dans un véhicule spatial destiné à se poser sur la surface d'un astre (ou d'un...) s'est probablement posé sur Mars à une période relativement calme, puisque fin 2019, l'instrument SEIS détectait environ deux signaux sismiques par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale)...). L'équipe attend avec impatience "the big one".

Mars ne présente pas de tectonique des plaques (La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection...) comme la Terre, mais elle a des régions volcaniques actives qui peuvent générer des secousses. Deux séismes ont été associés à l'une d'elles, connue sous le nom de "Cerberus Fossae", où les scientifiques avaient déjà remarqué, sur les images très haute résolution de Mars Reconnaissance Orbiter (Mars Reconnaissance Orbiter (sigle : MRO) est une sonde spatiale américaine actuellement en orbite autour de Mars. Son lancement, initialement prévu par la NASA le...), des blocs de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux,...) ayant pu être ébranlés par des séismes et précipités le long des abrupts. Dans cette région, d'anciennes inondations ont creusé des canaux de près de 1 300 kilomètres de long. Des coulées de lave (La lave est une roche en fusion, plus ou moins fluide, émise par un volcan lors d’une éruption. La lave est issue d'un magma, réserve de roche en fusion située dans l’épaisseur des couches rocheuses solides...) s'y sont infiltrées au cours des 10 derniers millions d'années, un clin d'œil à l'échelle des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) géologiques.

Certaines de ces coulées de lave relativement récentes montrent des signes de fractures dues à des séismes il y a moins de 2 millions d'années. "C'est simplement le plus jeune élément tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des...) de la planète", explique Matt Golombek, géologue-planétologue au JPL/NASA. Nous sommes très heureux, mais pas surpris, de trouver des preuves de séismes dans la région !"

Vous pouvez écouter les grondements de ces deux séismes, enregistrés par SEIS et recensés comme les événements 173a (22 mai 2019) et 235b (25 juillet 2019), ici.

À la surface

Il y a des milliards d'années, Mars avait un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une...). Celui-ci a disparu, mais laissé des témoignages, à savoir, d'anciennes roches magnétisées situées aujourd'hui entre une soixantaine de mètres et plusieurs kilomètres de profondeur. InSight est équipé d'un magnétomètre – le premier sur Mars – à des fins de détection à la surface.

L'instrument a révélé un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique à Homestead Hollow dix fois supérieur à ce qui avait été prévu sur la base des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) satellite (Satellite peut faire référence à :) et des valeurs moyennes calculées sur quelques centaines de kilomètres alors que les mesures d'InSight portent sur une zone beaucoup plus locale.

Comme la plupart des roches à proximité d'InSight sont trop jeunes pour avoir été magnétisées par l'ancien champ de la planète, "ce magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges électriques en...) doit provenir de roches souterraines", a déclaré Catherine Johnson, planétologue à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Colombie-Britannique et au Planetary Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient...) Institute. "Nous combinons ces données avec nos connaissances en sismologie et en géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole », « raison »), est la science qui...) pour tenter de comprendre les couches magnétisées situées au-dessous de l'atterrisseur. Quelle force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) devraient-elles avoir pour que nous puissions détecter ce champ, et à quelle profondeur ?"

InSight a également détecté de mystérieuses impulsions magnétiques, généralement vers minuit. Ces impulsions pourraient provenir d'interactions de plusieurs éléments à la surface de Mars – que les scientifiques n'étaient pas sûrs de pouvoir déceler – plutôt que du sous-sol.

Côté vent

Les capteurs météorologiques d'InSight ont détecté des centaines de turbulences ou, lorsqu'elles soulèvent du sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est...) et deviennent visibles, des tourbillons de poussière (dust devils en anglais). "Ce site présente plus de turbulences que les autres sites où des capteurs météorologiques ont été déployés sur Mars", explique Aymeric Spiga, scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) à l'université de la Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège...) à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au...), spécialisé dans l'étude de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). InSight mesure presque en continu la vitesse (On distingue :) et la direction des vents et la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) atmosphérique, livrant plus de données que les précédentes missions.

Malgré toute cette activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) et la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...) des images, les caméras d'InSight n'ont pas encore vu de tourbillons de poussière, même si leur trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers des...) a été observés certains jours après leur passage, mais SEIS peut sentir les turbulences générées à la surface et la déformation de cette dernière. "Ces dust devils sont parfaits pour l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) sismique de la sub-surface," selon Philippe Lognonné de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) du globe de Paris (IPGP), chercheur principal responsable de SEIS et professeur à l'Université de Paris (L’Université de Paris était l’une des plus importantes et des plus anciennes universités médiévales. Apparue au XIIe siècle, elle est...).

Le noyau

InSight a deux antennes radio: l'une pour échanger des informations régulièrement avec la Terre, et l'autre plus puissante, pour mesurer les oscillations de l'axe de rotation de Mars. Cet instrument RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) qui émet en bande X (Dans les télécommunications radio, la bande X est une plage de fréquences aux alentours de 8 GHz. Elle est attribuée a l'armée. On la retrouve également dans certains radars météorologiques mais la forte atténuation par les...), pourra éventuellement révéler si le noyau de la planète est solide ou liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement...). Un noyau solide ferait osciller Mars dans une moindre mesure qu'un noyau liquide.

Cette première année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) de mesures n'est qu'un début. Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) d'une année martienne complète, soit deux années terrestres, devraient permettre aux scientifiques de se forger une idée plus précise des oscillations de la planète (ampleur, vitesse, ...).

Spectrogrammes et formes d'ondes du premier séisme jamais enregistré sur Mars au cours du sol 128 (7 avril 2019) par les capteurs courte période (SP, en haut) et les capteurs très large bande (VBB, en bas) du sismomètre SEIS. Pour pouvoir être audible par l'oreille humaine, le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les...) a subi une sonification. De gauche à droite, il est possible d'entendre les vents qui balayent le site d'atterrissage, le séisme lui-même, et enfin les mouvements du bras robotique (NASA/JPL-Caltech/CNES/IPGP/Imperial College London).

À propos d'InSight et de SEIS

Le JPL/NASA gère la mission InSight pour le compte de la Direction des missions scientifiques de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial des États-Unis...). InSight fait partie du programme Discovery (Le programme Discovery, lancé par la NASA comprend une séries de missions spatiales peu onéreuses et très ciblées. Il s'inscrit dans une optique de missions spatiales « plus rapide, moins...) de la NASA, géré par le Marshall Space Flight Center (MSFC), établissement de la NASA à Huntsville, Alabama. Lockheed Martin (Lockheed Martin est une des principales entreprises américaines de défense et de sécurité. Comme ses principaux concurrents, elle...) Space à Denver a construit la sonde InSight, y compris son étage de croisière et son atterrisseur, et soutient l'exploitation de l'engin spatial pour la mission.

Le CNES est le maître d'œuvre de SEIS et l'IPGP (Institut de physique du globe de Paris/CNRS/Université de Paris/Université de la Réunion/IGN) en assure la responsabilité scientifique. Le CNES finance les contributions françaises, coordonne le consortium international (*) et a été responsable de l'intégration, des tests et de la fourniture de l'instrument complet à la NASA. L'IPGP a conçu les capteurs VBB (Very Broad Band pour très large bande passante) puis les a testés avant leur livraison au CNES. Plusieurs laboratoires du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...) dont le LMD (CNRS/ENS Paris/Ecole polytechnique/Sorbonne Université), le LPG (CNRS/Université de Nantes/Université d'Angers), l'IRAP (CNRS/Université de Toulouse/CNES), le LGL-TPE (CNRS/Ecole normale supérieure de Lyon/Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et...) Lyon 1), l'IMPMC (Sorbonne Université/Museum national d'Histoire naturelle/CNRS) et LAGRANGE (CNRS/Université Côte d'Azur/Observatoire de la Côte d'Azur) participent avec l'IPGP et l'ISAE-SUPAERO aux analyses des données de la mission InSight. Ces analyses sont soutenues par le CNES et l'Agence Nationale de la Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) (projet MAGIS).

Note :
(*) en collaboration avec SODERN pour la réalisation des VBB, le JPL, l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETHZ, Suisse), l'Institut Max Planck (Max Planck (né Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 à Kiel, Allemagne - 4 octobre 1947 à Göttingen, Allemagne)...) de Recherche du Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis...) (MPS, Göttingen, Allemagne), l'Imperial College de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la ville est aujourd'hui devenue un centre...) et l'université d'Oxford ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni,...) les sous-systèmes de SEIS et participent à l'exploitation scientifique de SEIS.


En savoir plus sur les publications InSight-SEIS: ICI
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