L’atterrisseur InSight de la NASA a installé un sismographe sur Mars, et les tremblements de terre qu’il a détectés nous ont aidés à cartographier l’intérieur de la planète. Ces données fournissent une vue d’ensemble des éléments internes de Mars : quelle est la taille du noyau, si quelque chose est en fusion, etc. Mais il ne capture pas les petits détails, comme à quoi ressemble le sol juste en dessous d’InSight.

Cette semaine, les chercheurs ont décrit comment ils ont réussi à trouver des périodes calmes sur Mars qui leur permettent de se rapprocher de la surface. Les résultats, combinés à certaines caractéristiques de surface à proximité, révèlent qu’InSight est probablement au-dessus de deux grandes coulées de lave, séparées par des couches de sédiments.

Soyez très calme

Les tremblements de terre ne sont pas utiles pour trier les caractéristiques locales. Si leurs ondes sismiques arrivent d’assez loin, alors leur comportement est principalement influencé par les matériaux qu’ils ont traversés le plus clair de leur temps. Si le tremblement de terre se produit à proximité, alors les choses sont trop énergiques pour distinguer les petits détails causés par les caractéristiques locales. Ainsi, pour examiner la géologie locale, vous devez examiner le bruit sismique de fond qui est constamment capté par InSight.

Sur Terre, la majeure partie du bruit sismique est générée soit par les activités humaines, soit par les océans. Mais Mars manque de ces deux sources de bruit, et son arrière-plan est dominé par le vent qui interagit avec les caractéristiques de Mars.

Mais lorsque les données ont été examinées à des moments de la journée où les vents étaient généralement forts, le bruit s’est avéré être dominé par les fréquences produites par le vent interagissant avec l’atterrisseur lui-même. Les chercheurs se sont donc concentrés sur ce qui était en début de soirée, l’heure de Mars, lorsque les vents avaient tendance à s’apaiser. À ce stade, la majeure partie du bruit sismique est générée par des vents faibles interagissant avec la géologie voisine plutôt qu’avec l’atterrisseur lui-même.

Les géologues ont utilisé le bruit sismique pour reconstituer les caractéristiques de la Terre en comparant les composantes horizontale et verticale du bruit. C’est un processus qui peut être cohérent avec une grande collection de structures potentielles près de la surface de Mars. Pour limiter la liste des possibilités, les chercheurs se sont concentrés sur les caractéristiques présentes dans la majorité des solutions potentielles. Ils ont également examiné les roches exposées dans les cratères voisins pour rechercher des caractéristiques visibles en corrélation avec les éléments suggérés par leurs modèles.

Qu’est-ce qu’il y a en dessous

Le plus proche de la surface, le régolithe de Mars est formé de poussières et de fragments de roche produits par les impacts. Il semble n’avoir que 1,5 mètre d’épaisseur, bien que les chercheurs avertissent que les données sur les 20 mètres les plus élevés du matériau sont très incertaines. À trois mètres sous la surface, il semble y avoir une couche de roche volcanique, formée par des éruptions majeures dans le passé lointain de Mars.

En dessous, d’environ 30 mètres à 80 mètres (ces chiffres sont assez inexacts), se trouve une autre couche de matériau où les signaux sismiques se déplacent lentement. Les chercheurs concluent qu’il s’agit probablement d’une couche de roche sédimentaire. En dessous se trouvent d’autres dépôts volcaniques.

Les chercheurs concluent que les dépôts volcaniques les plus profonds remontent à l’Hespérien, une période d’activité volcanique généralisée qui s’est terminée il y a plus de 3 milliards d’années. Le dépôt de sédiments sus-jacent s’est formé alors que Mars a connu des conditions froides et sèches similaires à son état actuel. Après sa consolidation, et parfois pendant la période amazonienne de Mars, des éruptions supplémentaires ont recouvert les sédiments. Depuis lors, les impacts et les vents de Mars ont déposé une couche de matériau meuble au-dessus des couches volcaniques.

Évidemment, tout cela est cohérent avec ce que l’on peut observer dans les cratères voisins. Néanmoins, la quantité d’informations que les chercheurs ont pu extraire à partir d’un peu de bruit est impressionnante.

Nature Communications, 2021. DOI : 10.1038/s41467-021-26957-7 (À propos des DOI).

Image de la liste par la NASA/JPL-Caltech