De gros impacts captés par un sismographe sur Mars

Jeudi, la NASA a annoncé que l’atterrisseur InSight perdait continuellement de la puissance après que la poussière ait recouvert ses panneaux solaires. L’agence s’attend à ce qu’elle perde probablement le contact avec l’atterrisseur dans les deux prochains mois. Mais il sort avec style, car son sismomètre embarqué a capté les impacts les plus importants que nous ayons observés depuis que nous avons mis une caméra haute résolution en orbite autour de la planète rouge.

Non seulement les données sismiques nous en disent long sur la structure de la croûte de Mars, mais elles ont validé une technique utilisée pour extraire des informations de position à partir d’un seul sismomètre. Cette technique indique qu’environ la moitié de l’énergie sismique captée par InSight provient d’un seul endroit sur Mars.

Événements percutants

Les caméras du Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) observent Mars depuis 16 ans. Avant 2021, ils n’avaient observé aucun impact ayant formé un cratère de plus de 130 mètres de diamètre. En 2021, il en a repéré deux. L’un d’eux n’était pas particulièrement utile. L’imagerie MRO n’a pas capturé exactement quand l’impact s’est produit, et il était suffisamment éloigné du site de l’atterrisseur InSight pour que des ondes sismiques directes traversent le noyau de la planète, ce qui signifie que seule l’énergie sismique indirecte a atteint les instruments d’InSight.

L’impact lui-même a eu lieu sur un terrain un peu compliqué, la météorite frappant une pente. Cela a rendu les détails de l’impact difficiles à interpréter.

Rien de tout cela n’était vrai pour l’impact appelé S1094b, qui a eu lieu sur un plan plat. Liliya Posiolova, qui travaille pour Malin Space Science Systems et aide à gérer le MRO, a déclaré qu’une caméra météo basse résolution sur le vaisseau spatial a imagé la région à environ 24 heures d’intervalle. De plus, le cratère d’impact et les débris étaient suffisamment évidents pour que même cette caméra relativement limitée puisse l’identifier comme s’étant produit le 24 décembre 2021.

Cette fenêtre temporelle étroite l’associe clairement à un événement sismique capté par le sismomètre d’InSight. L’impact était également suffisamment proche pour que les ondes sismiques puissent se rendre directement à l’atterrisseur.

L’impact lui-même est intéressant, avec un cratère central de plus de 130 mètres de diamètre et de larges rayons de débris qui s’en éloignent. Les parois du cratère indiquent que l’impacteur est arrivé à un angle considérable. Le nombre inhabituel de cratères plus petits dans la zone immédiate suggère qu’il y a eu une petite explosion d’air avant l’impact, qui a généré une partie de l’énergie sismique captée par InSight. Il y a aussi beaucoup de matériaux brillants dispersés par l’impact, qu’Ingrid Daubar de l’Université Brown a décrit comme « des morceaux de glace de la taille d’un rocher ». C’est le plus proche de l’équateur que nous ayons détecté des dépôts de glace comme celui-ci.

Ce sont les premiers événements sismiques suffisamment importants pour que les ondes de surface apparaissent dans les données d’InSight. En mesurant la dispersion de ces ondes au cours de leur déplacement, les chercheurs ont pu déduire les propriétés de la croûte martienne dans leur direction de déplacement. Et cela indiquait qu’une grande partie du voyage avait eu lieu à travers la croûte qui était plus dense que celle sur le site de l’atterrisseur. Si ce type de différence locale est répandu dans la croûte martienne, cela aura des implications importantes pour l’évolution géologique de Mars.

Où était-ce?

Sur Terre, nous pouvons généralement identifier où se produisent les événements sismiques en utilisant plusieurs sismographes pour trianguler la source. Sur Mars, il n’y a qu’un seul sismographe pour toute la planète. Les chercheurs ont développé des moyens d’estimer l’emplacement uniquement sur la base des données InSight, en s’appuyant sur les différences entre l’heure d’arrivée des différentes classes d’ondes. Mais, sans aucune autre indication de l’endroit où l’événement a eu lieu, il n’y avait aucun moyen de valider ces estimations.

Le fait de savoir que ces deux impacts ont généré des événements a permis une comparaison directe entre les estimations et la localisation de l’impact. Et il s’avère que les estimations sont assez bonnes. Un événement a été estimé à 3 530 ± 360 km, et il s’est avéré être à 3 460 km de l’atterrisseur, soit une différence de seulement 70 km. Le second était à 7 591 ± 1 240 km, et cette estimation n’était décalée que de 130 km. Dans les deux cas, l’erreur réelle était bien inférieure à l’erreur estimée.

Ces mesures nous donnent une confiance accrue dans un autre élément de données publié aujourd’hui qui repose sur les informations de position d’autres événements sismiques. Des travaux antérieurs ont indiqué qu’une classe d’événements sismiques détectés par InSight provenait d’une région nommée Cerberus Fossae. Les nouveaux travaux suggèrent que le reste des événements, connus sous le nom de tremblements de terre à haute fréquence, sont le produit d’une activité sismique près de la surface de Mars et proviennent également de Cerberus Fossae.

C’est quelque peu surprenant, étant donné qu’il existe d’autres caractéristiques qui suggèrent une activité de surface récente à proximité. Mais les chercheurs soutiennent que les tremblements de terre à basse fréquence pourraient être le signe d’une mare chaude de matière, peut-être laissée par le magma récent, sous la zone où se produisent les événements à haute fréquence. Au total, l’équipe estime que les deux classes d’événements combinées représentent environ la moitié de l’énergie sismique libérée sur l’ensemble de la planète.

Près de la fin

Il ne fait aucun doute que les données d’InSight occuperont les chercheurs pendant des années. Mais InSight approche de sa fin de vie. Bruce Banerdt, un responsable d’InSight au Jet Propulsion Lab, a déclaré que les panneaux solaires de l’atterrisseur avaient accumulé beaucoup de poussière, et que cela s’était récemment aggravé, les obligeant à passer de 400 wattheures par jour solaire sur Mars à 300 Wh. par sol. À ce niveau, il y a un épuisement constant des batteries et seulement assez d’énergie pour faire fonctionner le sismographe un jour sur quatre.

On s’attend à ce que la perte d’énergie coupe les communications dans les deux prochains mois. Et ce sera la fin d’InSight ; cependant, certains de ses efforts de développement de matériel se poursuivront et il existe déjà des plans pour de futurs atterrisseurs avec des sismographes.

Science, 2022. DOI : 10.1126/science.add8574 et articles qui y sont liés.
Nature Astronomy, 2022. DOI : 10.1038/s41550-022-01803-y (À propos des DOI).