Impressionante VIDEO sur Mars Exploration Rover (réalisé par la Nasa) - Partie 3
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.
Roches avec une structure stratifiée [modifier]
Les roches observées au bord du cratère Eagle où s’est posé le rover Opportunity, se présentent presque dans la position d’une coupe verticale, ce qui favorise l’analyse de leur origine.
Ces roches présentent de fines lamelles de roches stratifiées. À l’observation à la caméra microscope, certaines d’entre elles présentent des crêtes sinueuses, en forme de « sourires ».
Dans l’image ci-contre, la structure en strates du rocher est clairement visible, de même que les sphérules ou « myrtilles » à la surface et dans la roche.
Les sphérules (voir ci-après) ne présentent pas de concentration particulière dans l’une ou l’autre de ces strates. Elles semblent se détacher de ces strates pour rouler sur le sol après la désagrégation de ces lamelles.
L’apparition de ces strates peut venir de l’action combinée de l’eau et du vent, dans le cadre de l’hypothèse d’une origine sédimentaire de ces couches qui se seraient formées en milieu lacustre.
Microcavités dans les rochers [modifier]
La caméra microscope du rover Opportunity a permis d’observer des microcavités de quelques millimètres de long à la surface des rochers El Capitan et Guadalupe. La présence de ces petites cavités en forme d’aiguilles serait due au scénario suivant :
- Le matériau initial serait une argile imbibée d’eau, sachant que le plateau de Meridiani Planum où Opportunity s’est posée date d’il y a plus de 3,8 milliards d’années.
- Une phase d’évaporation entraîne l’apparition de cristaux, qui peuvent avoir été composés de sulfates de fer, de calcium, ou de magnésium, dont la présence a été relevée par les spectroscopes des rovers.
- Ces cristaux croissent en repoussant l’argile qui les entoure, et en prenant la forme d’aiguilles.
- Une phase de dissolution entraîne la disparition des cristaux, qui laissent en place les cavités qu’ils ont creusées, qui sont nommées sur les roches terrestres des pseudomorphoses.
- Après la formation de ces pseudomorphoses, des sphérules se sont formées dans les cavités laissées libres par les cristaux. La présence de myrtilles dans les microcavités est un argument en faveur de l’origine par concrétion des sphérules.
Les « myrtilles » : des sphérules riches en hématite [modifier]
Le 9 février 2004, la NASA a annoncé[3] l’observation par la caméra microscope du rover Opportunity de petites sphères de 2 à 3 mm de diamètre de couleur grise, sur le sable du sol martien et à la surface du rocher Stone Mountain. Ces sphérules ont été baptisées de façon imagée par la NASA du surnom de myrtilles.
L’origine de ces myrtilles a engendré plusieurs hypothèses :
- de la roche fondue pulvérisée en l’air par un volcan. Ce scénario a été éliminé parce que la répartition des myrtilles a été jugée trop uniforme.
- des tectites, formées lors d’un impact de météorite qui aurait projeté des billes de roche fondue. Cette hypothèse n’a pas été retenue en raison du nombre trop important de sphérules dans les strates rocheuses.
- des concrétions formées par le dépôt de minéraux lors du passage de l’eau dans la roche.
- des concrétions sédimentaires formées en milieu lacustre.
- des concrétions d’origine bactérienne ou même des fossiles. Cette hypothèse ne peut pas être testée directement, car les rovers ne sont pas équipés d’instruments permettant de mesurer la présence de minéraux carbonatés ou de matières organiques.
Roches avec des structures polygonales [modifier]
L’image en fausses couleurs ci-contre a été prise par Opportunity et elle représente une roche avec des structures polygonales à sa surface. Ce rocher a été surnommé Escher, et il se trouve sur les pentes du sud-ouest du cratère Endurance. D’autres rochers voisins, au fond de ce cratère, présentent également ces structures polygonales.
Ces roches présentent une surface plate montrant des réseaux des fissures divisant la partie supérieure en polygones. Leur apparence est quelque peu semblable à l’aspect de la boue craquelée après que l’eau ait séché par le haut.
Dans le secteur d’exploration d'Opportunity, il a établi au cours des 6 premiers mois d’étude que son secteur d’exploration était humide il y a longtemps. Puis cette zone a séché, et enfin, elle a été érodée pour former une large plaine.
Les scientifiques pensent que les fissures de la roche, qui divisent la surface en polygones, ont pu avoir été constituées par un de plusieurs processus :
- Elles ont pu avoir été provoquées par l’impact qui a créé le cratère Endurance.
- Elles pourraient s’être formées lorsque le reste de l’eau présente lors de la formation de roche, a séché vers le haut.
- Les fissures ont pu se développer beaucoup plus tard après que la roche ait été formée. Lors de la création du cratère, l’impact a pu dégager la roche en la ramenant à la surface. Elle serait alors devenue de nouveau humide, puis elle aurait séché par le haut, ce qui aurait entraîné l’apparition de ces fissures polygonales.
Les résultats récents obtenues sont favorables à cette dernière hypothèse de roches qui seraient devenues humides une deuxième fois, après qu’un impact ait excavé ce cratère de la taille d’un stade.
Le spectromètre Alpha Particle Rayons X (APXS) d'Opportunity a permet de faire une étude comparative de la surface des roches selon leur emplacemen