Nous avons beaucoup appris sur l’intérieur de notre planète simplement en suivant comment l’énergie sismique libérée par les tremblements de terre se déplace ou se réfléchit sur les différentes couches présentes sous la surface de la Terre. Depuis plus d’une année martienne, nous avons un sismographe sur Mars dans l’espoir qu’il nous aide à comprendre l’intérieur de la planète rouge.

Mais Mars est relativement calme sismiquement, et nous n’avons qu’un seul sismographe au lieu d’un réseau entier. Pourtant, avec des enregistrements d’une poignée de tremblements de terre importants, nous avons maintenant une idée de ce à quoi ressemble l’intérieur de Mars. Et un ensemble de nouvelles études indique que c’est assez étrange, avec un gros noyau léger et une croûte étonnamment chaude.

C’est compliqué

L’étude de la structure d’une planète passe par la lecture des ondes sismiques, qui se divisent en deux catégories : cisaillement et compression (S et P, en jargon géologique). Selon l’emplacement du tremblement de terre (ou tremblement de terre), les vagues peuvent arriver directement. Mais beaucoup d’autres rebondissent sur la surface de la planète avant d’atteindre le récepteur, parfois plusieurs fois. Ainsi les ondes P seront suivies des ondes PP, et plus tard des ondes PPP. Le US Geological Survey a un excellent diagramme de la complexité que cela peut produire, que nous avons inclus à droite.

Mais c’est loin d’être la fin des complications. La vitesse des ondes, et donc les écarts de temps entre les signaux P et PP et PPP, varieront en fonction du matériau traversé par les ondes. La composition, la densité et même la température du matériau peuvent tous faire une différence dans la vitesse à laquelle les signaux sismiques se déplacent à travers la planète. Ces propriétés diffèrent souvent considérablement entre les couches spécifiques de la planète, telles que la croûte solide et le manteau semi-fondu. Ces différences réfracteront certaines des ondes sismiques, infléchissant leur chemin à l’intérieur de la planète. D’autres ondes se refléteront sur la frontière entre les couches internes.

Tout cela complique la reconstruction de l’intérieur à partir d’événements sismiques ; il existe généralement plus d’une combinaison de propriétés comme la distance, les matériaux et les températures qui sont compatibles avec les signaux sismiques produits par un événement. Sur Terre, ce n’est pas un problème. Nous avons une énorme collection de sismographes qui nous permet de nous concentrer sur l’interprétation la plus probable des signaux. Et nous avons beaucoup d’événements individuels, qui nous permettent d’identifier le comportement typique de l’intérieur de notre planète.

Sur Mars, rien de tout cela n’est vrai. Nous avons un grand total d’un sismographe, et donc même les estimations de distance sont au mieux incertaines. Et nous avons très peu de sens de la température interne de la planète. Il y a des points dans la lecture des études qui donnent presque l’impression qu’ils pleurent l’absence de données sur la tentative ratée de faire prendre la température interne de Mars par InSight.

Mars s’avère également très calme sismiquement. Il n’y a eu aucun tremblement de terre d’une magnitude supérieure à 4,0, et il n’y en a pas eu beaucoup de magnitude. Au total, moins d’une douzaine d’événements se sont clairement démarqués du bruit de fond sur le site d’atterrissage d’InSight. Ainsi, vous devriez considérer les résultats de ces articles comme un modèle initial de l’intérieur de Mars : ils sont susceptibles d’être affinés à mesure que de nouvelles données arrivent et peuvent même être considérablement révisés.

Qu’y a-t-il là

Nous avons une bonne idée de ce à quoi ressemble la croûte martienne la plus externe, étant donné que nous avons obtenu de nombreuses météorites originaires de Mars, l’avons étudiée depuis l’orbite et y avons posé du matériel. Sur la base des ondes sismiques, cependant, l’une de ces études suggère que la croûte externe ne s’étend qu’à environ 10 km sous la surface de la planète sur le site d’atterrissage d’InSight. Mais il y a une croûte inférieure, qui s’étend le long du manteau, qui, selon cette étude, commence à environ 50 km de profondeur.

Le premier résultat est en accord avec une seconde étude, qui montre une limite quelque part entre 6 et 11 km de profondeur. Mais il montre une deuxième limite quelque part entre 15 et 25 km, ce qui est beaucoup plus élevé que la première. Néanmoins, il voit également une indication d’un la troisième frontière quelque part entre 27 et 47 km—un chiffre qui est cohérent avec le chiffre de 50 kilomètres dans le premier article. Donc vraiment, la grande différence entre les deux réside dans le nombre de couches de croûte présentes.

Les choses sur lesquelles ces deux études s’accordent, c’est que la croûte est plus chaude que prévu. Cela implique qu’il y a plus d’éléments radioactifs présents que ce que nous aurions prédit sur la base de ce que nous savons de la composition de la surface. Pourquoi c’est le cas n’est pas clair, et la quantité de radioactivité en excès dépend également de l’épaisseur exacte de la croûte. Encore une fois, avoir une mesure du flux de chaleur à travers la croûte, comme cela était initialement prévu, aurait pu faire une grande différence ici.

Le document final va en profondeur et cherche la frontière entre le manteau de Mars et son noyau. Le résultat est un rayon juste au nord de 1 800 km. C’est étonnamment grand : c’est plus de la moitié du rayon de la planète entière. Une des conséquences du gros noyau est que, pour être compatible avec la densité globale de la planète, le noyau doit être plus léger que prévu (il est aussi liquide). Cela implique la présence d’éléments plus légers. Le soufre est le candidat le plus raisonnable, mais on ne s’attend pas à ce que Mars ait suffisamment de soufre pour tout expliquer. Ainsi, le carbone, l’oxygène et l’azote peuvent également être trouvés dans le noyau.

Une conséquence de cela est que les pressions au bord extérieur du noyau seront plus faibles, ce qui signifie que Mars n’aurait pas pu former un minéral qui aide à piéger la chaleur dans le noyau comme la Terre. Cela a peut-être amené la planète à perdre plus rapidement la chaleur restante de sa formation.

Qu’est-ce qui va venir

InSight a vu sa mission s’étendre, nous continuerons donc à obtenir plus de données sur les futurs tremblements de terre. Bien que les données initiales soient compatibles avec une variété de conditions potentielles (les barres d’erreur sur la densité, la température et l’épaisseur des différentes couches sont grandes), d’autres données devraient aider à affiner les choses.

Mais le gros noyau liquide s’avère plutôt malheureux en termes de lieu d’atterrissage d’InSight. Le noyau lui-même projette une « ombre » sismique sur Mars, bloquant les ondes des tremblements de terre de l’autre côté de la planète par rapport au sismographe. Plus le noyau est gros, plus la planète est invisible pour InSight. Et, malheureusement, cette ombre comprend la région de Tharsis, qui contient les plus grands volcans de Mars et qui aurait été active relativement récemment.

Ne pas pouvoir « voir » Tharsis signifie que nous enregistrerons probablement moins de tremblements de terre au total. Pourtant, tant que le matériel tiendra le coup, nous aurons probablement une collection de données en constante augmentation qui nous donnera progressivement une image plus claire de la composition et de l’évolution de la planète rouge, ce qui nous aidera à comprendre la formation des planètes à la fois à l’intérieur et à l’extérieur. de notre système solaire.

Science, 2021. Articles liés à partir de : 10.1126/science.abj8914 (À propos des DOI).

Image de la liste par Chris Bickel/Science