Mission InSight : Mars dévoilé


Mission InSight : Mars dévoilé

Vue d’artiste de la structure interne de Mars. Crédit photo : © IPGP / David Ducros

L’équipe internationale de la mission InSight de la NASA a utilisé les informations d’une dizaine de séismes que le sismomètre Very Broad Band SEIS, développé en France, a découvert sur Mars, pour révéler la structure interne de Mars. Les trois articles publiés dans le magazine le 23 juillet 2021 la science, auquel participent de nombreux co-auteurs d’institutions et de laboratoires français, dont le CNRS, l’Institut de Physique du Globe de Paris et l’Université de Paris, et sont notamment soutenus par l’agence spatiale française CNES et l’agence nationale de la recherche française ANR Times une estimation de la taille du noyau de la planète, de l’épaisseur de sa croûte et de la structure de son manteau, basée sur l’analyse des ondes sismiques réfléchies et modifiées par des interfaces à l’intérieur de son intérieur. Cela en fait la première exploration sismique de la structure interne d’une planète terrestre autre que la Terre, et une étape importante dans la compréhension de la formation et de l’évolution thermique de Mars.

Avant la mission InSight de la NASA, la structure interne de Mars était mal comprise. Les modèles étaient basés uniquement sur des données collectées à partir de satellites en orbite et sur l’analyse de météorites martiennes tombées sur Terre. Sur la des seules données gravitationnelles et topographiques, l’épaisseur de la croûte a été estimée à 30 à 100 km. Le moment d’inertie et la densité de la planète indiquaient un noyau d’un rayon de 1 400 à 2 000 km. Cependant, la structure interne détaillée de Mars et la profondeur des limites entre la croûte, le manteau et le noyau étaient complètement inconnues.

Avec l’utilisation réussie de l’expérience SEIS à la surface de Mars début 2019, les scientifiques de la mission, dont les 18 co-auteurs français participants qui sont impliqués dans un grand nombre d’institutions et de laboratoires français, ont rejoint l’université avec leurs collègues de l’ETH de Zurich Cologne et du Jet Propulsion Laboratory de Pasadena ont collecté et analysé des données sismiques sur une martienne (presque deux années terrestres).

Il convient de noter que plusieurs stations sont généralement nécessaires pour déterminer simultanément un modèle structurel, l’heure (d’arrivée) d’un séisme et sa distance. Cependant, les scientifiques n’ont qu’une seule station sur Mars, InSight. Par conséquent, il était nécessaire de rechercher dans les enregistrements sismiques les caractéristiques des ondes qui avaient interagi de diverses manières avec les structures internes de Mars, et de les identifier et de les valider. Ces nouvelles mesures, combinées à une modélisation minéralogique et thermique de la structure interne de la planète, ont permis de s’affranchir de la limitation d’une seule station. Cette méthode annonce une nouvelle ère pour la sismologie planétaire.

Une station, plusieurs découvertes

Une autre difficulté sur Mars est sa faible sismicité et le bruit sismique généré par son atmosphère. Sur terre, les séismes sont beaucoup plus forts, tandis que les sismomètres sont plus efficacement placés dans des voûtes ou sous terre, ce qui permet d’avoir une image précise de l’intérieur de la planète. Pour cette raison, les données nécessitaient une attention particulière. « Mais bien que les tremblements de terre sur Mars aient une magnitude relativement faible inférieure à 3,5, la très haute sensibilité du capteur VBB en combinaison avec le très faible bruit à la tombée de la nuit nous a permis de faire des découvertes que nous n’avions qu’avec des tremblements de terre il y a deux ans d’une magnitude de plus plus de 4 », explique Philippe Lognonné, professeur à l’Université de Paris et chercheur principal pour l’instrument SEIS à l’IPGP.

Chaque jour, les données traitées par le CNES, l’IPGP et le CNRS et transmises aux scientifiques étaient soigneusement nettoyées des bruits ambiants (vent et déformations dues aux changements rapides de température). L’équipe internationale Mars Quake Service Team (MQS) a enregistré les événements sismiques quotidiennement : plus de 600 ont été répertoriés, dont plus de 60 ont été causés par des tremblements de terre relativement éloignés.

Une dizaine d’entre eux contiennent des informations sur la structure profonde de la planète : « Les ondes sismiques directes d’un tremblement de terre sont un peu comme le son de nos voix dans les montagnes : elles créent des échos. Et ce sont ces échos qui se réfléchissaient depuis le noyau, ou à l’interface croûte-manteau ou encore la surface martienne, que nous recherchions dans les signaux, grâce à leur similitude avec les ondes directes », explique Lognonné.

Une croûte altérée, un manteau exposé et un gros noyau liquide

En comparant le comportement des ondes sismiques qui ont traversé la croûte avant d’atteindre la station InSight, plusieurs discontinuités ont été identifiées dans la croûte : la première, observée à une profondeur d’environ 10 km, marque la frontière entre une structure fortement modifiée, celles issues de la circulation des fluides il y a très longtemps et une croûte qui n’a que peu changé. Une deuxième discontinuité à environ 20 km de profondeur et une troisième, moins prononcée, à environ 35 km de distance renseignent sur la stratification de la croûte sous InSight : « Pour identifier ces discontinuités, nous avons utilisé toutes les dernières méthodes d’analyse, à la fois avec des séismes d’origine tectonique et avec des vibrations provoquées par l’environnement (bruit sismique) », précise Benoit Tauzin, Maître de Conférences à l’Université de Lyon et chercheur au LGL-TPE.

Dans le manteau, les scientifiques ont analysé les différences de temps de transit des ondes générées directement lors du séisme et celles des ondes générées lorsque ces ondes directes étaient réfléchies par la surface. Ces différences ont permis de déterminer la structure du manteau supérieur et en particulier la variation des vitesses sismiques avec la profondeur avec une seule station. Cependant, ces fluctuations de sont liées à la température. « Cela signifie que nous pouvons estimer le flux thermique de Mars, qui est probablement trois à cinq fois inférieur à celui de la Terre, et limiter la composition de la croûte martienne, qui contiendrait plus de la moitié des éléments radioactifs générateurs de chaleur. , ceux de la planète », ajoute Henri Samuel, chercheur CNRS à l’IPGP.

Enfin, dans la troisième étude, les scientifiques ont recherché des ondes réfléchies par la surface du noyau martien, dont la mesure du rayon était l’une des réalisations les plus importantes de la mission InSight. « Pour cela, explique Mélanie Drilleau, ingénieure de recherche à l’ISAE-SUPAERO, nous avons testé plusieurs milliers de modèles coques et carottes par rapport aux phases et signaux observés. Malgré les faibles amplitudes des signaux associés aux ondes réfléchies (ondes dites ScS), un excès d’énergie a été observé pour les noyaux d’un rayon compris entre 1 790 km et 1 870 km. Une taille aussi importante implique la présence d’éléments légers dans le noyau liquide et a des conséquences importantes sur la minéralogie du manteau à l’interface manteau/noyau.

Objectifs atteints, de nouvelles questions se posent

Plus de deux ans de surveillance sismique ont produit le tout premier modèle de la structure interne de Mars jusqu’au cœur. Mars rejoint le club sélectionné des planètes terrestres et des lunes avec la terre et la , dont les structures profondes ont été étudiées par les sismologues. Et, comme c’est si souvent le cas lors de l’exploration des planètes, de nouvelles questions se posent : le changement dans les 10 premiers kilomètres de la croûte est-il général ou limité à la zone d’atterrissage d’InSight ? Quel impact auront ces premiers modèles sur les théories sur la formation et l’évolution thermique de Mars, en particulier au cours des 500 premiers millions d’années, lorsque Mars avait de l’eau liquide à sa surface et une intense activité volcanique ?

Avec l’extension de deux ans de la mission InSight et la puissance supplémentaire générée après que JPL a réussi à nettoyer ses panneaux solaires, de nouvelles données devraient consolider et améliorer encore ces modèles.


Les scientifiques déterminent l’épaisseur de la croûte martienne


Plus d’information:
B. Knapmeyer-Endrun à l’Université de Cologne à Bergisch Gladbach, Allemagne, entre autres, « Épaisseur et structure de la croûte martienne à partir des données sismiques InSight », la science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abf8966

SC Stähler et al., « Détection sismique du noyau martien », la science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abi7730

A. Khan et al., « Structure du manteau supérieur de Mars à partir des données sismiques InSight », la science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abf2966

S. Cottaar et al., « L’intérieur de Mars se révèle », la science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abj8914

Citation: InSight Mission: Mars Unveiled (2021, 22 juillet), consulté le 22 juillet 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-07-insight-mission-mars-unveiled.html

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