Une illustration d’artiste de l’atterrisseur InSight sur Mars. InSight, abréviation de Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport, est conçu pour donner à la planète rouge son premier contrôle approfondi depuis sa formation il y a 4,5 milliards d’années. La mission recherche l’activité tectonique et les impacts de météorites, étudie la quantité de chaleur qui circule encore à travers la planète et suit l’oscillation de Mars en orbite autour du soleil. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les données sismiques recueillies dans Elysium Planitia, la deuxième plus grande région volcanique sur Mars, suggèrent la présence d’une couche sédimentaire peu profonde prise en sandwich entre des coulées de lave sous la surface de la planète. Ces résultats ont été obtenus dans le cadre de Nasala mission InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), à laquelle collaborent plusieurs partenaires de recherche internationaux, dont l’Université de Cologne. L’article « La structure peu profonde de Mars sur le site d’atterrissage d’InSight à partir de l’inversion des vibrations ambiantes » a été publié dans Communication Nature le 23 novembre 2021.
Le géophysicien Dr. Cédric Schmelzbach de l’ETH Zurich et ses collègues, y compris les spécialistes des tremblements de terre Dr. Brigitte Knapmeyer-Endrun et le chercheur doctorant Sebastian Carrasco (MSc) de l’Observatoire sismique de l’Université de Cologne à Bensberg, ont utilisé des données sismiques pour analyser la composition de l’Elysium Planitia Région. Les auteurs ont examiné le sous-sol peu profond jusqu’à environ 200 mètres de profondeur. Juste sous la surface, ils ont découvert une couche de régolithe à dominante sableuse d’environ trois mètres d’épaisseur au-dessus d’une couche de 15 mètres d’éjecta en blocs grossiers – des blocs rocheux qui ont été éjectés après un impact de météorite et sont retombés à la surface.
Vue d’artiste : L’atterrisseur InSight est situé à Homestead Hollow, un petit cratère d’impact. Le sismomètre SEIS qui a été utilisé dans cette étude est l’hémisphère de couleur claire au sol devant l’atterrisseur. Le sol sous-jacent est constitué d’une couche de régolithe sableux surmontant des couches alternées de sédiments (couleurs jaune orangé) et de roches basaltiques, c’est-à-dire d’anciennes coulées de lave (couleurs brunes). Crédit : Géraldine Zenhäusern / ETH Zürich
Sous ces couches supérieures, ils ont identifié environ 150 mètres de roches basaltiques, c’est-à-dire des coulées de lave refroidies et solidifiées, ce qui était en grande partie conforme à la structure souterraine attendue. Cependant, entre ces coulées de lave, commençant à une profondeur d’environ 30 mètres, les auteurs ont identifié une couche supplémentaire de 30 à 40 mètres d’épaisseur avec une faible vitesse sismique, suggérant qu’elle contient des matériaux sédimentaires faibles par rapport aux couches de basalte plus fortes.
Pour dater les coulées de lave moins profondes, les auteurs ont utilisé les décomptes de cratères de la littérature existante. Les connaissances établies sur le taux d’impact des météorites permettent aux géologues de dater les roches : les surfaces avec de nombreux cratères d’impact de météorites sont plus anciennes que celles avec moins de cratères. De plus, des cratères de plus grand diamètre s’étendent dans la couche inférieure, permettant aux scientifiques de dater la roche profonde, tandis que les plus petits leur permettent de dater les couches rocheuses moins profondes.
Ils ont découvert que les coulées de lave moins profondes ont environ 1,7 milliard d’années et se sont formées au cours de la période amazonienne – une ère géologique sur Mars caractérisée par de faibles taux d’impacts de météorites et d’astéroïdes et par des conditions froides et hyper-arides, qui ont commencé il y a environ 3 milliards d’années. . En revanche, la couche de basalte plus profonde sous les sédiments s’est formée beaucoup plus tôt, il y a environ 3,6 milliards d’années au cours de la période hespérienne, caractérisée par une activité volcanique généralisée.
Les auteurs proposent que la couche intermédiaire à faibles vitesses volcaniques pourrait être composée de dépôts sédimentaires pris en sandwich entre les basaltes hespériens et amazoniens, ou au sein des basaltes amazoniens eux-mêmes. Ces résultats offrent la première opportunité de comparer les mesures sismiques de vérité au sol du sous-sol peu profond aux prédictions antérieures basées sur la cartographie géologique orbitale. Avant l’atterrissage, le Dr Knapmeyer-Endrun avait déjà développé des modèles de la structure de vitesse du sous-sol peu profond sur le site d’atterrissage d’InSight sur la base d’analogues terrestres. Les mesures réelles indiquent maintenant une stratification supplémentaire ainsi que des roches plus poreuses en général.
«Bien que les résultats aident à mieux comprendre les processus géologiques dans Elysium Planitia, la comparaison avec les modèles de pré-atterrissage est également précieuse pour les futures missions au sol, car elle peut aider à affiner les prévisions», a fait remarquer Knapmeyer-Endrun. La connaissance des propriétés du sous-sol peu profond est nécessaire pour évaluer, par exemple, sa capacité de charge et sa facilité de circulation pour les rovers. En outre, des détails sur la stratification dans le sous-sol peu profond aident à comprendre où il pourrait encore contenir de l’eau souterraine ou de la glace. Dans le cadre de sa recherche doctorale à l’Université de Cologne, Sebastian Carrasco continuera d’analyser l’effet de la structure peu profonde d’Elysium Planitia sur les enregistrements de séismes.
L’atterrisseur InSight est arrivé sur Mars le 26 novembre 2018, atterrissant dans la région d’Elysium Planitia. Mars a été la cible de nombreuses missions scientifiques planétaires, mais la mission InSight est la première à mesurer spécifiquement le sous-sol à l’aide de méthodes sismiques.
Référence : « La structure peu profonde de Mars sur le site d’atterrissage d’InSight à partir de l’inversion des vibrations ambiantes » par M. Hobiger, M. Hallo, C. Schmelzbach, SC Stähler, D. Fäh, D. Giardini, M. Golombek, J. Clinton , N. Dahmen, G. Zenhäusern, B. Knapmeyer-Endrun, S. Carrasco, C. Charalambous, K. Hurst, S. Kedar et WB Banerdt, 23 novembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-26957-7
Laboratoire de propulsion à réaction (JPL) gère InSight pour la Direction des missions scientifiques de la NASA. InSight fait partie du programme Discovery de la NASA, géré par le Marshall Space Flight Center de l’agence à Huntsville, en Alabama. Lockheed Martin Space à Denver a construit le vaisseau spatial InSight, y compris son étage de croisière et son atterrisseur, et soutient les opérations du vaisseau spatial pour la mission. Plusieurs partenaires européens, dont le Centre national d’études spatiales (CNES) et le Centre aérospatial allemand (DLR), soutiennent la mission InSight. Le CNES a fourni l’instrument Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) à la NASA, avec l’investigateur principal à l’IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris). Des contributions importantes pour SEIS sont venues de l’IPGP ; l’Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire (MPS) en Allemagne ; l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich) en Suisse ; collège impérial de Londres et l’Université d’Oxford au Royaume-Uni ; et JPL.
