Des recherches pionnières jettent un nouvel éclairage sur les origines et la composition de la planète Mars

La recherche, dirigée par l’Université de Bristol et publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences des États-Unis, révèle les toutes premières détections d’ondes sonores voyageant dans le noyau martien. Les mesures de cette énergie acoustique, appelées ondes sismiques, indiquent que son noyau liquide est légèrement plus dense et plus petit qu’on ne le pensait auparavant, et comprend un mélange de fer et de nombreux autres éléments.

Les résultats sont d’autant plus remarquables que la mission de recherche n’était initialement prévue que pour un peu plus d’une année martienne (deux années terrestres). Malgré les tempêtes martiennes accélérant l’accumulation de poussière et réduisant la puissance de l’atterrisseur NASA InSight Mars, la NASA a prolongé son séjour, de sorte que les données géophysiques, y compris les signaux de tremblements de terre, ont continué à être recueillies jusqu’à la fin de l’année dernière.

L’auteur principal, le Dr Jessica Irving, maître de conférences en sciences de la Terre à l’Université de Bristol, a déclaré: “Le temps supplémentaire de la mission a certainement porté ses fruits. Nous avons fait les toutes premières observations d’ondes sismiques traversant le noyau de Mars. Deux signaux sismiques, l’un d’un tremblement de terre très lointain et l’autre d’un impact de météorite sur la face cachée de la planète, nous ont permis de sonder le noyau martien avec des ondes sismiques. Nous avons effectivement écouté l’énergie voyageant à travers le cœur d’une autre planète, et maintenant nous l’avons entendu.

“Ces premières mesures des propriétés élastiques du noyau de Mars nous ont aidés à étudier sa composition. Plutôt que d’être juste une boule de fer, il contient également une grande quantité de soufre, ainsi que d’autres éléments dont une petite quantité d’hydrogène.”

L’équipe de chercheurs a utilisé les données de l’atterrisseur InSight de la NASA, un vaisseau spatial robotisé conçu pour sonder l’intérieur de Mars, pour comparer les ondes sismiques traversant le noyau de la planète avec celles qui transitent par les régions moins profondes de Mars, et modélisé les propriétés de son intérieur.

L’atterrisseur InSight a déployé un sismomètre à large bande sur la surface martienne en 2018, permettant la détection d’événements sismiques, y compris les tremblements de terre et les impacts de météorites. L’équipe multidisciplinaire de scientifiques, comprenant des sismologues, des géodynamiciens et des physiciens des minéraux, a utilisé les observations de deux événements sismiques situés dans l’hémisphère opposé au sismomètre pour mesurer les temps de parcours des ondes sismiques qui ont traversé le noyau par rapport aux ondes sismiques qui sont restées dans le manteau.

Le Dr Irving a déclaré: “Les événements dits” farside “, c’est-à-dire ceux qui se trouvent du côté opposé de la planète à InSight, sont intrinsèquement plus difficiles à détecter car une grande quantité d’énergie est perdue ou détournée lorsque les ondes traversent la planète. Nous avions besoin à la fois de la chance et de l’habileté pour trouver, puis utiliser, ces événements. Nous n’avons détecté aucun événement lointain au cours de la première année martienne d’opérations. Si la mission s’était terminée alors, cette recherche n’aurait pas pu avoir lieu.

“Le tremblement de terre du sol 976 a été l’événement le plus éloigné trouvé au cours de la mission. Le deuxième événement de la face cachée, S1000a – le premier événement détecté le jour 1 000 des opérations – a été particulièrement utile car il s’est avéré être un impact de météorite que nous avons tous entendu. le chemin à travers la planète, nous savions donc d’où venaient les signaux sismiques. Ces événements sont survenus après que le Marsquake Service (MQS) ait perfectionné ses compétences sur des centaines de jours de données martiennes ; il a ensuite fallu beaucoup d’expertise sismologique à travers l’Insight Équipe pour démêler les signaux des sismogrammes complexes enregistrés par l’atterrisseur.”

Les auteurs ont utilisé ces mesures pour construire des modèles décrivant les propriétés physiques du noyau, y compris sa taille et sa vitesse d’onde élastique. Les résultats suggèrent que le noyau de Mars est légèrement plus dense et plus petit que les estimations précédentes, avec un rayon d’environ 1 780 à 1 810 km. Ces résultats sont cohérents avec le noyau ayant une fraction relativement élevée d’éléments légers alliés au fer, y compris du soufre abondant et de plus petites quantités d’oxygène, de carbone et d’hydrogène.

Le co-auteur Ved Lekic, professeur agrégé de géologie à l’Université du Maryland College Park, aux États-Unis, a déclaré: “Détecter et comprendre les ondes qui traversent le cœur même d’une autre planète est un défi incroyablement difficile, reflétant des décennies d’efforts de centaines de scientifiques. et des ingénieurs de plusieurs pays. Nous avons non seulement dû utiliser des techniques d’analyse sismique sophistiquées, mais également déployer des connaissances sur la façon dont les pressions et les températures élevées affectent les propriétés des alliages métalliques, en tirant parti de l’expertise de l’équipe InSight.

Le Dr Irving a ajouté: “Les nouveaux résultats sont importants pour comprendre en quoi la formation et l’évolution de Mars diffèrent de celles de la Terre. De nouvelles théories sur les conditions de formation et les éléments constitutifs de la planète rouge devront pouvoir correspondre aux propriétés physiques du noyau révélées par cette nouvelle étude.”

Le Dr Jessica Irving et le co-auteur Dr Anna Horleston, sismologue de l’Université de Bristol, ont été soutenus par un financement de l’Agence spatiale britannique.