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Le radar de MRO révèle le passé de Mars en sondant son sous-sol

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Structurée en quatre couches, la calotte glaciaire du pôle nord conserve la trace de grands cycles climatiques sur Mars, causés par des variations astronomiques du mouvement de la planète. Cette stratigraphie montre aussi que les poches d'eau liquides, si elles existent, sont plus profondes qu'on le pensait.

MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) en orbite autour de Mars (vue d'artiste). © Nasa/JPL

En orbite autour de la Planète rouge depuis mars 2006, la sonde MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) continue son travail patient. L'un de ses instruments est un radar chargé de sonder le sous-sol martien. Fourni par l'ASI (agence spatiale italienne), il s'appelle Sharad, pour Shallow Radar, que l'on pourrait traduire par radar des bas-fonds ou, de façon moins imagée, par radar pour les faibles profondeurs. Ses missions consistent à repérer la présence d'eau et d'éléments volatiles sous la surface de Mars, de cartographier les couches sédimentaires et d'analyser le sous-sol des pôles.

Travaillant entre 15 et 25 MHz, il émet un puissant faisceau d'ondes et récupère le signal réfléchi, dont les caractéristiques dépendent de la nature du sol, notamment de l'humidité, de la nature des roches et de la granulométrie des phases meubles. Sa résolution est de 10 à 20 mètres dans la direction verticale. Dans le plan horizontal, elle est de 0,3 à 3 kilomètres dans le sens du déplacement de MRO et de 7 kilomètres dans le sens transversal.

Les derniers résultats, qui viennent d'être publiés dans Science, par Roger Phillips (Southwest Research Institute, Boulder) et son équipe, concernent le pôle nord. Sharad a dévoilé une structure inattendue de sa calotte glaciaire. Sur la coupe construite à partir des données du radar, elle apparaît formée de quatre couches bien distinctes, constituées d'un mélange de poussière et de glace (d'eau et de gaz carbonique). Entre ces couches s'insèrent des épaisseurs de glace quasiment exemptes de poussières.

La coupe stratigraphique radar fournie par Sharad au niveau du pôle nord (cliquez sur l'image pour l'agrandir). La partie supérieure de la figure montre l'image du sous-sol. On distingue quatre couches (numérotées), faites de glace et de poussières, séparées par des bandes noires, constituées d'eau. Le socle rocheux, plafond de la lithosphère (marqué BU, basal unit), est bien visible. La partie inférieure de l'image donne, en vue verticale, la situation géographique de la coupe, avec un code couleur pour les altitudes (rouges pour les régions les plus élevées, vertes pour les plus basses). © Nasa/JPL-Caltech/University of Rome/SwRI

Un climat régulièrement bousculé

Cet empilement traduirait une succession de cycles du climat martien. Selon les auteurs, son épaisseur globale d'environ deux kilomètres impliquerait un âge de quatre millions d'années, une valeur en accord avec les estimations précédentes. Chaque cycle aurait donc duré à peu près un million d'années. Ces grands rythmes de variations climatiques seraient dus à deux phénomènes astronomiques, déjà bien étudiés. Le premier est l'oscillation de l'axe de rotation de Mars, beaucoup plus importante que celle subie par la Terre (stabilisée par la présence de la Lune). Le second est la variation cyclique de son orbite autour du Soleil, beaucoup moins stable que celle de la Terre. Au fil des millions d'années, elle s'allonge en une ellipse ou se rétracte pour se rapprocher d'un cercle.

Les images de Sharad montrent toute l'épaisseur de la calotte glaciaire, jusqu'au socle rocheux, qui forme la lithosphère de Mars. Les chercheurs se demandaient s'il ployait sous le poids de la glace, la flexion dépendant de sa souplesse, et donc de son épaisseur. La réponse est aujourd'hui connue : le fondement rocheux est presque plat. Les spécialistes en concluent que la lithosphère est plus épaisse que ce que l'on pensait.

Cette déduction en implique une autre : la température doit décroître progressivement de la profondeur de la planète vers sa surface, et non pas brutalement. Les températures positives sont donc plus profondes qu'on le pensait. En d'autres termes, s'il existe des poches d'eau liquide, où les conditions sont propices à la vie, elles sont assez éloignées de la surface.

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