Qu’est-ce qui se cache dans la planète rouge ? Bien qu’elle ne soit qu’un dixième de la masse de la Terre, Mars semble avoir été autrefois habitable comme notre propre monde, ce qui amène les scientifiques à se demander si une telle similitude touche le cœur des deux planètes. Dans ses entrailles, Mars est-elle toujours un miroir rétréci de la Terre, ou la ressemblance interplanétaire n’est-elle qu’à la profondeur de la croûte ?
Des indices alléchants ont été glanés à partir des données gravitationnelles fournies par les missions passées. Mais maintenant, l’intérieur de Mars a été révélé comme jamais auparavant, grâce à des mesures sans précédent de l’atterrisseur InSight de la NASA. Peu de temps après avoir atteint la surface martienne fin 2018, InSight surveille les ondes sismiques qui se propagent à travers la planète et utilise les réflexions en écho de ces « marsquakes » pour cartographier le sous-sol. Seules la Terre et sa lune ont déjà été soumises à un examen aussi approfondi. Les résultats montrent un monde à la fois semblable et différent du nôtre et offrent un deuxième point de données passionnant dans un vaste univers d’orbes rocheux. « InSight est un peu comme le premier télescope à observer l’intérieur de la planète », explique Michael Meyer, scientifique en chef du programme d’exploration de Mars de la NASA au siège de l’agence.
InSight (Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) n’est pas votre mission typique sur Mars. Alors que d’autres, tels que le Perseverance récemment débarqué, ont été envoyés vers des destinations scientifiquement riches qui ont peut-être autrefois soutenu la vie, la zone d’atterrissage d’InSight à Elysium Planitia était résolument banale, décrite par certains comme un « parking ». Plat et lisse, presque sans relief, à l’exception des roches éparses et des cratères d’impact, le site était l’endroit idéal pour que l’atterrisseur stationnaire étudie l’intérieur martien. L’instrument d’expérience sismique pour la structure intérieure (SEIS), fourni par l’agence spatiale française et placé doucement à la surface par le bras robotique d’InSight en décembre 2018, était enfermé dans un bouclier en forme de dôme, lui permettant de détecter les ondes se déplaçant à travers Mars sans interférence du vent ou tempête de sable. tempêtes. SEIS “peut voir des mouvements de l’ordre de vibrations de taille atomique”, explique Andrew Lazarewicz du Massachusetts Institute of Technology, qui a participé à une tentative de 1976 de détecter les ondes sismiques avec un sismomètre sur l’atterrisseur Viking 2 de la NASA.
Dans une série d’articles publiés aujourd’hui dans la revue Science, les chercheurs décrivent comment ils ont utilisé cet instrument pour tracer les ondes sismiques causées par des dizaines de tremblements de terre détectés à travers l’intérieur martien. Ces événements ont peut-être été causés par des météorites frappant la surface de la planète ou même par des mouvements de magma (certains ont été localisés à proximité de Cerberus Fossae, une formation géologique présentant des signes d’activité volcanique récente). À moins de magnitude 4 sur l’échelle de magnitude du moment, tous ces tremblements de terre étaient si petits qu’ils seraient à peine perceptibles sur Terre. Mais SEIS les a enregistrés clairement, permettant aux chercheurs de suivre leurs réverbérations à l’intérieur de Mars, jusqu’à son noyau, révélant ce qui se passait à l’intérieur.
Simon Stähler de l’Institut de géophysique de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich et ses collègues ont mesuré les réflexions des ondes sur le noyau pour calculer sa taille et sa composition en vrac. Ils ont découvert qu’il fait probablement 1 830 kilomètres de rayon, plusieurs centaines de kilomètres de plus que prévu. Et la force des ondes réfléchies suggérait qu’elles rebondissaient sur un noyau principalement composé de fer et de nickel en fusion. La taille du noyau était une « surprise », dit Stähler. “Les gens pensaient que cela devait être de l’ordre de 1 500 ou 1 600 kilomètres”, sur la base du fait que, kilogramme pour kilogramme, Mars est un peu moins dense que la Terre, et le noyau devrait être principalement du fer et du nickel, ce qui est plus lourd que la roche. Au lieu de cela, les résultats montrent que le rapport du rayon du noyau de Mars à son rayon planétaire est similaire à celui de la Terre, ce qui signifie de manière contre-intuitive que le noyau martien de densité relativement faible doit être enrichi d’autres éléments, tels que le soufre et l’oxygène, qui sont comparativement moins abondants. au cœur de notre planète. Pourquoi le noyau de Mars aurait une composition différente de la nôtre n’est pas clair. “Si vous supposez que Mars a été faite des mêmes blocs de construction que la Terre, alors ce n’est pas si facile à expliquer”, dit Stähler.
En allant vers l’extérieur, Amir Khan de l’Institut de géophysique et ses collègues ont utilisé les ondes sismiques pour sonder le manteau de Mars, la région entre le noyau de la planète et la croûte de surface. Bien que la Terre ait une couche inférieure de manteau liquide isolant qui se trouve au-dessus de son noyau, il n’y a pas une telle caractéristique sur notre monde voisin. “Ce manteau inférieur n’existe pas sur Mars”, dit Khan. Au lieu de cela, au-dessus du noyau, le manteau inférieur de Mars ressemble au manteau supérieur de la Terre, qui cède alors la place à une couche supérieure, plus froide et plus cassante, appelée la lithosphère. L’étude montre que la lithosphère de Mars a une épaisseur d’environ 500 kilomètres, contre environ 250 kilomètres d’épaisseur pour la lithosphère de la Terre. Une lithosphère aussi épaisse, selon Khan, pourrait expliquer pourquoi Mars manque aujourd’hui de tectonique des plaques. Cette configuration surnaturelle de couches souterraines pourrait également expliquer comment la planète rouge a perdu sa chaleur car, contrairement à la Terre, il lui manque une couche de manteau liquide isolant au-dessus de son noyau.
En surface, Brigitte Knapmeyer-Endrun de l’université de Cologne en Allemagne et ses collègues ont mesuré l’épaisseur de la croûte martienne. Ils ont trouvé deux possibilités pour la croûte sous InSight : une interprétation des données suggère une croûte à deux couches comme celle de la Terre avec une épaisseur de 20 kilomètres. L’autre fait allusion à la présence de trois couches totalisant 39 kilomètres d’épaisseur. Pour l’ensemble de la planète, les chercheurs estiment une épaisseur de croûte allant jusqu’à 72 kilomètres, soit plusieurs dizaines de kilomètres de moins que prévu. Si elle est exacte, cette estimation pourrait être une fenêtre importante sur les différences fondamentales entre la formation initiale de la Terre et de Mars. “La plus grande partie de la croûte est très ancienne et date très tôt de la planète, alors que sur Terre, nous avons beaucoup de recyclage en raison de la tectonique des plaques”, explique Knapmeyer-Endrun.
Les résultats dans leur ensemble révèlent des différences intrigantes entre la Terre et Mars. « Ce qu’ils ont fait avec cet instrument unique est remarquable », déclare Lazarewicz. Bien qu’il s’agisse de mondes rocheux apparus à proximité relativement proche du soleil, ces deux planètes peuvent ne pas se former de la même manière. Ils auraient pu, disons, fusionner de différents mélanges de matériaux qui circulaient dans le disque de gaz et de poussière qui entourait le jeune soleil. De plus, si InSight parvient à sonder sismiquement le noyau interne de Mars au cours de sa mission, cela pourrait aider à résoudre le mystère de longue date de la façon dont la planète a perdu son champ magnétique protecteur, un événement qui se serait produit il y a peut-être quatre milliards d’années et qui pourrait ont permis aux vents solaires de balayer une grande partie de l’atmosphère mondiale.
Ce n’est qu’en 1889 que nous avons fait nos premières mesures d’ondes sismiques traversant le manteau terrestre, obtenant un aperçu de l’intérieur de notre propre monde. Aujourd’hui, plus d’un siècle plus tard, nous disposons de nos premières mesures comparatives pour une autre planète de l’univers, bien qu’elles ne soient peut-être qu’un aperçu de ce qui reste à venir alors que les scientifiques approfondissent les données d’InSight. « Maintenant que nous connaissons la taille du noyau et que nous en savons plus sur la croûte et le manteau, nous pouvons réinterpréter les événements que nous avons détectés jusqu’à présent à la lumière du modèle intérieur que nous avons maintenant », explique Stähler.
