Impressionante VIDEO sur Mars Exploration Rover (réalisé par la Nasa) - Partie 2
Deux de ces stations, distantes de 120° à la surface de la terre, ont été utilisées pour suivre simultanément :
- chaque vaisseau lancé vers Mars,
- un quasar situé dans une direction angulaire proche de chaque vaisseau.
La technique DDOR permet de déterminer très précisément la position du vaisseau par parallaxe d’après :
- la position du quasar, qui est connue à quelques milliardièmes de degrés près,
- la position des deux antennes réceptrices, en évaluant la vitesse de rotation de la Terre à 0,2 millisecondes près, ses variations, l’influence de la tectonique des plaques, et même en faisant appel à une modélisation du comportement du noyau de fer liquide de la Terre,
- la distance angulaire entre le signal du quasar et celle du vaisseau.
Atterrissage sur Mars [modifier]
La phase de l’atterrissage sur Mars a duré 6 minutes, après 6 mois passés dans le vide de l’espace.
Les principales étapes sont les suivantes :
- Traversée de l’atmosphère martienne : la prise de contact s’est faite à plus de 19 000 km/h. La traversée a provoqué une décélération de 7 g, correspondant à un ralentissement de plus de 4 000 km/h par minute. Le bouclier thermique a été porté à une température de 1 500 °C.
- Déploiement du parachute au bout de 4 minutes, à une vitesse de 1 600 km/h et à 10 km au-dessus du sol martien.
- Largage du bouclier thermique, 20 secondes plus tard.
- Sortie de l’atterrisseur depuis le module de descente, 10 secondes plus tard, le long d’un câble de 20 m, à 6 km d’altitude. Ce dispositif permet de placer les airbags hors de portée des rétrofusées, et d’éviter que leur allumage ne les fasse éclater. De plus, ce système pendulaire réduit le risque d’un embalement de l’atterrisseur dans le parachute causé par des turbulences de l’atmosphère martienne.
- À 2 500 m du sol, évaluation de la vitesse de chute par le radar d’approche, pour déterminer la durée de fonctionnement des rétrofusées, ainsi que la vitesse horizontale et de la direction, pour déterminer les fusées à actionner.
- Gonflement des airbags.
- À 200 m du sol, allumage des rétrofusées pour amener la vitesse verticale à zéro.
- À 12 m du sol, coupure du câble et chute de l’atterrisseur pendant 3 secondes.
- Contact avec le sol martien provoquant une décélération de 3 g, avec un amortissement par les airbags, et rebond à 10 m de haut.
- Rebonds pendant une minute, jusqu’à l’immobilisation finale.
Mission sur Mars [modifier]
Objectifs de durée et de distance, et difficultés rencontrées [modifier]
Les objectifs fixés aux constructeurs des rovers étaient les suivants :
- durée de fonctionnement de 90 jours à la surface de Mars.
- distance à parcourir de 600 m.
Ces objectifs ont été atteints par le robot Spirit le 5 avril 2004, correspondant au jour Sol 91, depuis son atterrissage sur Mars. Malgré une immobilisation initiale de 2 semaines causée par un problème informatique, et un problème sur l’une de ses roues ralentissant sa progression, le faible taux de problèmes techniques observés laisse espérer que le rover sera actif bien au-delà de sa durée prévue de 90 jours.
Le 3 janvier 2005, l’équipe de la mission a pu fêter le 1er anniversaire de Spirit à la surface de Mars. À cette date, Spirit a cheminé sur plus de 3 000 m à l’intérieur du cratère Gusev. Le robot, toujours en activité comme son frère jumeau Opportunity, a réussi à passer le cap de l’hiver martien. Au total, les deux robots ont pris à cette date plus de 50 000 clichés de Mars.
La principale difficulté pour passer la phase hivernale fut le maintien des ressources en électricité, malgré la baisse de l’intensité des rayons du soleil, et la présence de poussières à la surface des capteurs solaires. L’énergie disponible pour Spirit est ainsi passée de 900 Watt-heure par jour à 400 Wh/j. Opportunity est descendu à 500 Wh/j, mais il est revenu à 900 Wh/j à une vitesse surprenante. Ce retour de la puissance électrique est lié à une situation géographique plus favorable pour l’ensoleillement, mais aussi à un dépoussiérage des panneaux solaires selon un mécanisme mal compris. Le nettoyage des panneaux solaires semble s’être déroulé pendant la nuit martienne, en raison d’une augmentation de 5 % de la puissance disponible à quatre reprises durant les 6 derniers mois. Les hypothèses pour expliquer ce dépoussiérage font appel au vent, au gel, et au fait que Opportunity est resté en position inclinée durant une longue période au cours de son exploration des parois du cratère Endurance.
Spirit a également été confronté à un dysfonctionnement de sa roue avant droite. À partir de juin 2004, celle-ci a présenté une résistance interne accrue, qui a provoqué une consommation d’énergie de plus en plus importante de son moteur. Après voir tenté de redistribuer du lubrifiant vers cette roue, la stratégie adoptée a consisté à faire progresser Spirit en marche arrière, et à n’utiliser le moteur de cette roue qu’en cas de besoin.
Fin octobre 2004, Spirit a rencontré par intermittence des problèmes d’orientation des roues dans la direction voulue. Il semble que cette anomalie soit liée au vérin d’orientation des roues.
En avril 2005, la NASA a constaté que les capteurs du spectromètre APXS ont été intervertis durant l'assemblage des deux robots, sans qu'il y eu interversion des données de calibrage de ces deux appareils. Les données obtenues par les spectromètres ont dû être corrigées pour être recalibrées. Selon la NASA, l'erreur causée par l'inversion serait inférieure aux incertitudes de mesure, et aucune conclusion scientifique n'est remise en cause.
Le 26 avril 2005, alors qu'il progressait en direction du cratère Érébus, Opportunity s'est retrouvé enlisé à 200 m de ce dernier, dans un monticule de sable, avec ses six roues enfouies à 80 % dans un matériau sombre très fin, ayant la consistance du talc et déposé par les vents. Le monticule ne faisait que 30 cm de haut, et il ne présentait pas de particularité par rapport aux autres ondulations parcourant la plaine. Les techniciens du Jet Propulsion Laboratory ont dû manœuvrer durant cinq semaines pour faire reculer Opportunity centimètre après centimètre. Le 4 juin 2005, la roue avant droite (dans le sens du déplacement), a fini par mordre l'assise se trouvant sous la couche de poussière. La progression a pu s'accélérer pour que les autres roues reprennent contact avec un terrain solide et stable, permettant à Opportunity de se dégager.
Programme du robot Spirit [modifier]
Le module d’atterrissage du robot Spirit s’est posé le 3 janvier 2004 dans le cratère Gusev, une cavité de 145 km de diamètre, située à 15° au sud de l’équateur. Le nom de ce cratère vient de Matvel Gusev, un astronome russe du 19e siècle. La température à la surface du cratère Gusev varie entre 0° et -100°.
Ce site a été choisi en raison du caractère plat du terrain, mais surtout parce qu’il a pu abriter un ancien lac, relié par la vallée Ma’adim à un lac de vastes dimensions situé plus au sud. Après l’impact d’une météorite de grande taille, il y a plusieurs milliards d’années, le cratère ainsi formé a pu être inondé par de l’eau apportée par la vallée Ma’adim. Les sédiments et les minéraux qui ont pu se former, se seraient accumulés au fond du cratère, avant que l’eau ne s’échappe du cratère ou ne s’évapore.
L’espoir d’étudier d’abondantes traces d’une sédimentation lacustre a été déçu, car Spirit a détecté essentiellement du basalte. Les sédiments lacustres qui existeraient éventuellement dans ce cratère ont apparemment été enterrés sous des laves.
Contrairement au site d’atterrissage d’Opportunity, celui de Spirit ne montrait pas d’affleurement rocheux permettant de conduire des études sur la nature du sous-sol. L’observation a surtout montré des rochers d’origine volcanique et du sable apporté par le vent.
Le rover Spirit a donc été dirigé vers le cratère d'impact Bonneville, de 192 m de diamètre, dans l’espoir que celui-ci serait suffisamment profond pour mettre à jour des affleurements de roches.
En cours de route, Spirit a été stoppé au milieu de la dépression Laguna Hollow afin de creuser le sable avec l’une de ses roues en rotation alors que les autres roues étaient bloquées. L’objectif de la manœuvre était de déterrer une hypothétique croûte dont la présence aurait été l’indice d’une eau stagnante dans le passé. Malheureusement, cet espoir a été déçu.
L’examen du cratère d'impact Bonneville a montré que celui-ci n’était pas assez profond pour laisser apparaître des affleurements rocheux. L’impact n’a pas été suffisant pour que les éjectas proviennent d’une sous couche volcanique. Le rover Spirit a donc été dirigé vers les collines Columbia, à 2,3 km de distance, toujours dans l’espoir de trouver des affleurements rocheux.
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Programme du robot Opportunity [modifier]
L’engin spatial transportant le rover Opportunity s’est posé le 24 janvier 2004 sur Meridiani Planum. Le nom de Meridiani vient de la proximité de cette zone avec le méridien « zéro » de Mars, alors que Planum signifie « plaine ». Ce plateau a été retenu comme site d’atterrissage, en raison de la platitude du terrain, mais aussi parce qu’il avait été repéré comme un des trois secteurs de Mars riches en un minerai appelé l’hématite grise. Or, sur Terre, ce minerai peut se former en présence d’eau liquide, bien qu’il existe d’autres mécanismes de formation. L’objectif de la mission est de chercher des indices d’une formation de l’hématite par voie sédimentaire, ou par des dépôts formés à la suite d’une activité hydrothermale.
La zone d’atterrissage ciblée pour Opportunity était une ellipse de 81,5 km de long et de 11,5 km de large.
Par un coup de chance extraordinaire, l’atterrissage a eu lieu au centre d’un cratère d'impact de 22 m de diamètre, nommé par la suite Eagle, dont les bords présentent des affleurements de roches. Cette disposition des lieux a permis de conduire rapidement des études sur la nature et l’histoire du sous-sol rocheux, et de démontrer l’existence dans le passé d’une mer salée sur ce site.
Les images suivantes montrent des vues significatives du paysage du rover Opportunity au fil des jours.
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Le rover Opportunity a ensuite quitté le cratère Eagle, pour atteindre le cratère Endurance situé à 750 m.
Opportunity, atteint ensuite le cratère Victoria, après une randonnée de plus de 9 kilomètres à travers la pleine Méridienne. Avec ses 800 mètres de diamètre, ce cratère est le plus grand jamais approché par le rover. C'est aussi le plus prometteur, avec ses hautes parois de roches affleurantes qui devraient livrer de nouveaux indices géologiques sur le passé de la planète Rouge.
Polémique sur les images du robot Spirit [modifier]
Pour certaines personnes, les photos présentées comme prises par le robot Spirit sur Mars, seraient en fait des montages de photos de la terre. En effet, sur certaines présentations le ciel est bleu, sur d’autres, des morceaux du robot qui étaient bleu vif pris en photo sur terre, sont rouges sur les photos de mars.[1]
Ce genre de rumeurs n'est pas nouveau, ainsi certaines personnes nient que l'Homme ait jamais posé le pied sur la Lune. Mais des observatoires français utilisent régulièrement des réflecteurs à coin au quartz laissés par ces missions pour mesurer au laser la distance Terre-Lune. [2]
La différence de couleurs des clichés des sondes MER est explicable : il faut savoir que les équipements de photographie numérique embarqués sur les sondes de la NASA et de l’ESA prennent des clichés en niveaux de luminosité au travers de filtres. Les sondes MER sont en partie équipées de plusieurs filtres décalés dans l’infrarouge. Les images finales sont reconstituées par synthèse additive de 3 différents clichés filtrés, pris comme composantes RVB de l’image finale. L’imagerie en fausses couleurs est une technique pour représenter ce qui n’est pas visible ordinairement (généralement un déplacement spectral). La plupart des clichés de télescopes (comme ceux d’Hubble), ou des caméras infrarouges utilisent ce procédé. Si nous voyons ces zones du spectre non visibles, c’est qu’il s’agit par définition de fausses couleurs. [3&4]
La NASA a par ailleurs publié, fin janvier 2004, un article sur la coloration des images des sondes MER. [5]
Par ailleurs, les cadrans solaires placés sur les rovers portent des carrés de peinture servant à l'étalonnage des couleurs des photographies (voir ci-contre).
Présence prolongée d'eau à la surface de Mars dans le passé [modifier]
État des connaissances sur l'eau de Mars avant la mission MER [modifier]
Contrairement aux affirmations de certains médias, les rovers Spirit et Opportunity n'ont pas pour objectif de démontrer l'existence de l'eau sur Mars. En fait, celle-ci a été confirmée dès 1964 par des études spectrales. L’existence actuelle et passée d’eau sur Mars a été confirmée par les observations conduites par les sondes martiennes à partir de Mariner 9.
L’objectif de la mission est de détecter les indices d’une présence passée de l’eau prolongée (et non temporaire), dans des conditions qui auraient permis de favoriser l’apparition de la vie.
Les connaissances actuelles sur l’eau de Mars peuvent être résumées comme suit :
- La présence d’eau liquide à la surface de Mars, dans les conditions actuelles, est impossible en raison de la température (voir le graphique ci-contre), qui est en moyenne de -50° (contre +14° pour la Terre), et de la pression atmosphérique qui est également trop faible (6 hPa contre 1013 hPa sur Terre).
- La présence d’eau sous forme de glace hydrique est possible si la température est suffisamment basse. En effet, pour une température de 0°, dans les conditions de faibles pressions mesurées, la glace se transforme en gaz par sublimation. En revanche, la glace hydrique peut être présente dans le sous-sol et près des pôles.
- L’eau est présente dans l’atmosphère martienne à la teneur très faible de 0,03 % (contre 95,3% de CO2, et des traces d’azote et d’argon). S’il était possible qu’elle se condense, elle donnerait une couche de glace sur toute la surface de Mars de 12 micromètres d’épaisseur.
- L’eau serait présente dans le sous-sol, sous forme de sol gelé en permanence : le pergélisol ou permafrost. Aux latitudes supérieures à 40°, le pergélisol serait stable, alors qu’à proximité de l’équateur, l’eau aurait tendance à se sublimer. L’épaisseur du pergélisol serait de 1 à 3 km en zone équatoriale, contre 3 à 7 km vers les latitudes moyennes et hautes. Si le pergélisol venait à fondre, il couvrirait la totalité de la planète Mars d’une épaisseur d’eau de 400 m, selon certains calculs. L’orbiteur de la mission européenne Mars Express est équipé d’un radar qui devrait apporter des informations sur la présence d’eau dans le sous-sol de Mars.
- Des cratères présentent des nappes d’éjectas à structure lobée en forme de pétales de fleurs (voir photo ci-contre), qui se terminent brutalement, au lieu de voir leur épaisseur diminuer progressivement. Par comparaison, les impacts de météorites à la surface de la Lune, dépourvue d’eau, donnent des éjectas à structure radiale. Ces structures lobées des éjectas montrent que ces nappes se sont mises en place sous forme de coulées boueuses. Elles auraient été provoquées par une augmentation de la température lors de l’impact météoritique, qui a fait fondre la glace. Il en aurait résulté un éjecta boueux, riche en eau, qui a coulé à la surface. Ces cratères à éjectas lobés ont été révélés par la sonde Mariner 9 en 1971.
- De nombreux indices morphogéologiques laissent supposer la présence d’un sous-sol gelé, qui peut se liquéfier et couler dans certaines circonstances, bien que l’origine de ces formations (H2O ou CO2, écoulement humide ou sec) fasse débat :
- Structures récentes comme des rigoles et des ravines sur des parois de cratères ou de vallées (voir photo ci-contre), ou bien des glaciers rocheux. Comme ces structures ne sont pas interrompues par des cratères d’impact, leur âge est estimé comme inférieur à 1 millions d’années, ce qui en fait des formations récentes.
- Structures anciennes comme des vallées de débâcle à fond plat et rectilignes, des effondrements de relief en forme d’écoulement, des sols polygonaux, des terrains chaotiques, des réseaux fluviatiles, des indices de présence de lacs ou d’océan...
- La trentaine de météorites martiennes identifiées montrent une faible présence d’eau, de l’ordre de 200 ppm, au sein de roches magmatiques. Deux de ces météorites martiennes suggèrent que de l’eau liquide a pu circuler dans ces roches magmatiques profondes.
- De grandes concentrations d’hématite grise ont été repérées près de l’équateur de Mars depuis 1998, par la sonde Mars Global Surveyor. Ce minerai peut être formé par l’activité volcanique, ou par l’action de l’eau. La sonde Spirit a été envoyée dans une zone riche en hématite pour trancher ces alternatives.
Présence d’hématite à la surface de Mars [modifier]
Détection d’hématite par la sonde Mars Global Surveyor [modifier]
L’hématite est un oxyde de fer dont la formule chimique est Fe2O3. La présence de ce minerai a été détectée par le spectromètre thermique TES de la sonde Mars Global Surveyor.
Une abondante présence d’hématite a été enregistrée dans une zone proche à la fois de l’équateur et du méridien zéro martien, nommée pour cette raison Terra Meridiani (latitude 2° sud, longitude 0° à 5° ouest).
L’hématite peut être comparée à de la rouille, mais sur Terra Meridiani, elle se présente sous forme d’hématite cristalline grise, susceptible d’avoir été créée en présence d’eau. Pour cette raison, le site d’atterrissage du rover Opportunity a donc été choisi dans cette région, sur le plateau de Meridiani Planum.
Origines possibles de l’hématite [modifier]
L’intérêt des planétologues pour l’hématite grise provient du lien entre la présence de ce minerai, et celle de l’eau liquide, bien que celle-ci ne soit pas forcément associée à la formation de cet oxyde de fer.
En effet, l’origine de l’hématite grise, sur Terre, fait l’objet des scénarios suivants :
- Formation de l’hématite en même temps que les roches environnantes :
- Minerai de fer rubané : une roche sédimentaire comportant 15 % de fer se forme dans de vastes étendues d’eau, sous l’action de l’oxygène dégagé par des microorganismes photosynthétiques. Sur Terre, ces sédiments peuvent héberger des fossiles de microorganismes.
- Hématite hydrothermale : l’eau chaude qui circule dans les fissures de la croûte permet la précipitation de nombreux minéraux riches en fer, dont l’hématite.
- Oxydation thermique : une activité volcanique entraîne l’oxydation thermique d’un oxyde de fer de formule Fe3O4, la magnétite. Ce scénario n’implique pas la présence d’eau liquide.
- Dépôt d’hématite sur des roches préexistantes :
- Lessivage : des hydroxydes de fer sont formés à la suite du lessivage de roches riches en fer par des eaux froides et acides, puis ils sont transportées par les liquides en circulation avant d’être redéposés sous forme notamment d’hématite lorsque l’acidité du fluide, ou d’autres paramètres, changent.
- Patine désertique : sur Terre, les roches des déserts peuvent être couvertes d’une patine sombre, de très faible épaisseur et d’une composition chimique indépendante de la pierre support, formée par des microorganismes capables d’oxyder le fer apporté par l’eau ou le vent.
- Hydrothermalisme : les fluides en circulation dans les fissures de la roche entraînent la précipitation de l’hématite sur des roches préexistantes.
Détection d’hématite par le rover Opportunity [modifier]
La NASA a annoncé le 2 mars 2004 que les instruments du robot Opportunity ont fourni d’excellents indices prouvant que le banc de roches près duquel l’atterrisseur s’est posé ait pu être submergé ou qu’il soit composé de minéraux s’étant formés dans l’eau. Les roches analysées sont riches en sulfures. Un sulfate de fer hydraté, la jarosite a été détecté. La morphologie des roches semble elle aussi signer l’action de l’eau. Cependant il ne s’agit pas encore de preuves absolues.
La présence d’hématite ((Fe2O3), considérée comme un indice de la présence passée de l’eau, est estimée grâce aux données du spectromètre infrarouge Mini-TES.
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