Des études sur les « Marsquakes » révèlent les entrailles métalliques de la planète rouge

Nous avons peut-être marché sur la Lune et envoyé des sondes à travers le système solaire, mais nous savons très peu de choses sur ce qui se passe à l'intérieur des autres planètes. Maintenant, pour la première fois, nous avons pu voir l'intérieur de l'un, grâce à la sonde Mars InSight de la NASA. La sonde, qui a atterri en 2018est équipée d'un atterrisseur à énergie solaire hérissé d'équipements, dont un sismomètre (un détecteur de vibrations très sensible).

Les résultats, publiés dans trois études dans Science font des découvertes inattendues sur l'intérieur de Mars, y compris un très gros noyau.

Bien que Mars n'ait pas de plaques tectoniques, les premiers « séismes » ont été détectés quelques mois après l'atterrissage de la sonde. . Ceux-ci peuvent résulter de vibrations causées par des météorites frappant la surface ou par des processus à l'intérieur de la planète. Les données. Les signaux utilisés pour sonder l'intérieur martien proviennent tous de séismes relativement petits, les meilleurs parmi les centaines détectés à ce jour.

Les planètes se développent en accumulant de la matière (accrétion) au début de la vie d'un système solaire. Mais leurs intérieurs ne sont pas un mélange uniforme de ces ingrédients initiaux – ils subissent également une différenciation, où certains minéraux plus légers « flottent » vers la surface, tandis que des composants plus lourds comme le fer coulent vers le centre de la planète. Nous nous attendons à ce que les planètes rocheuses comme Mars aient un noyau riche en fer, suivi d'une couche de silicate appelée manteau et d'une peau la plus externe connue sous le nom de croûte. Jusqu'à présent, la superficie de Mars occupée par chacune de ces couches était inconnue.

Cœur métallique

Impossible d'obtenir un échantillon du noyau de Mars. Au lieu de cela, pour estimer sa taille, nous avons utilisé des ondes sismiques (créées par des tremblements de terre). Sur Terre, le rayon du noyau a d'abord été estimé en trouvant son "ombre" – une zone où le noyau perturbe l'arrivée des ondes sismiques provenant de tremblements de terre lointains. Notre étude a dû reposer sur un type particulier d'ondes lentes à déplacement latéral appelées ondes S qui ont été réfléchies vers la surface par l'interface entre le noyau et le manteau.

Traitement sismique soigné. par des sismologues du monde entier ont révélé les signaux de six tremblements de terre relativement proches de la sonde. Combinées aux informations de la physique minérale et des ondes sismiques traversant le manteau, nous avons pu estimer la taille et la densité du noyau martien. Cela suggère que le rayon est de 1 830 km (plus ou moins 40 km) – un peu plus de la moitié du rayon de la planète, ce qui est plus grand que nous le pensions.

Le noyau plus gros que prévu nécessite qu'une proportion relativement importante d'éléments plus légers se mélange à son fer. De nos travaux, nous savons maintenant que le noyau martien devrait contenir une fraction élevée de soufre et d'autres éléments légers. Les expériences montrent qu'il est peu probable que les composés de fer liquide contenant autant de soufre se solidifient aux pressions et températures attendues au centre de Mars, il est donc peu probable qu'il ait un noyau solide interne comme la Terre. Cela peut nous aider à comprendre pourquoi il n'y a pas de champ magnétique planétaire sur Mars aujourd'hui, contrairement à la Terre.

Couches et couches

La ​​croûte d'une planète comprend une infime fraction de sa masse. Mais les interactions chimiques et thermiques de la croûte martienne avec l'atmosphère, et avec toute présence d'eau ou de glace, aident à définir les conditions qui déterminent si la vie peut y exister.

Dans la deuxième nouvelle étude une autre équipe a enquêté ondes sismiques qui se sont converties des ondes P, qui sont des ondes rapides de compression, en ondes S (ou vice versa) lorsqu'elles ont rencontré différents matériaux rocheux, et une évaluation des vibrations de fond et de la gravité, pour sonder la croûte martienne. Cela suggère que l'épaisseur moyenne possible de la croûte martienne se situe entre 24 km et 72 km. Cela signifie que nous pouvons exclure des estimations antérieures allant jusqu'à environ 100 km.

D'après plus de 100 ans de sismologie sur Terre, nous savons que sous la fine croûte se trouve le manteau, mais le manteau lui-même n'est pas uniforme jusqu'au noyau. . Le manteau supérieur et la croûte, appelés collectivement la lithosphère, sont rigides, tandis que le manteau inférieur est un solide qui peut s'écouler. Sur Terre, ce sont les plaques lithosphériques qui se déplacent dans le cadre de la tectonique des plaques, mais sur Mars, le rôle joué par la lithosphère n'est pas clair.

Pour échantillonner différentes profondeurs du manteau, nous pouvons utiliser des ondes sismiques directes et réfléchies. Les ondes directes P ou S plongent profondément dans le manteau puis remontent à la surface. La profondeur à laquelle ils descendent dépend de la structure de la planète et de la distance entre le séisme et le sismomètre. Les ondes réfléchies reviennent à la surface puis replongent deux ou trois fois. Une troisième étude a identifié huit tremblements de terre à basse fréquence qui produisaient à la fois des ondes directes et réfléchies, et les a utilisées pour créer et tester différents modèles de la croûte et du manteau martiens.

En comparant les données et les modèles, ils ont découvert que la lithosphère de Mars a une épaisseur comprise entre 400 et 600 km. Ceci est considérablement plus épais que n'importe quelle couche rigide observée sur la Terre et implique que la croûte martienne a une concentration plus élevée d'éléments radioactifs producteurs de chaleur qu'on ne le pensait auparavant.

Nous en savons maintenant plus sur les ingrédients qui ont contribué à la construction de Mars, et que il a une lithosphère très épaisse, permettant à notre plus petite planète sœur de conserver sa chaleur interne. Bien que les futurs astronautes n'auront pas à s'inquiéter des petits tremblements de terre que nous avons utilisés pour sonder la planète rouge, l'absence de champ magnétique généré par le noyau riche en soufre signifiera qu'eux et leur équipement devront faire plus attention aux durs vent solaire.

Notre nouvelle compréhension de l'intérieur martien s'inscrit dans une nouvelle ère de la sismologie planétaire, plus de cinquante ans depuis que les missions Apollo ont posé des sismomètres sur la Lune. De nouveaux sismomètres seront déployés sur la Lune dans le cadre de la mission Artemistandis que la mission Dragonfly placera un sismomètre sur la lune Titan de Saturne au milieu des années 30. Ces expériences nous aideront à mieux comprendre comment les planètes se forment et évoluent – voir profondément dans Mars n'est qu'une pièce d'un puzzle de la taille d'un système solaire.

This article by Jessica Irvingmaître de conférences en géophysique, Université de Bristol et Anna Horlestonassociée de recherche principale en sismologie planétaire, Université de Bristol, est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lisez l'article d'origine.