En août 1865, un rocher de 10 livres est tombé de l’espace sur Terre, atterrissant avec un bang dans le village isolé de Sherghati, en Inde. Après avoir été récupérée par des témoins de l’événement, la pierre est passée en possession d’un magistrat britannique local qui s’est efforcé d’identifier la source de l’objet étrange. Après plus d’un siècle d’étude des fragments de météorites – les soi-disant shergottites – les chercheurs des années 1980 ont finalement déterminé ses origines extraterrestres : notre planète voisine, Mars.
Jusqu’à ce que les humains soient capables de ramener des échantillons de Mars, les seuls morceaux de la planète rouge trouvés sur Terre sont des météorites martiennes telles que les shergottites. Le voyage de ces petits voyageurs martiens a été violent : pour que les roches martiennes arrivent sur Terre, elles doivent avoir été éjectées de la surface de la planète rouge avec suffisamment de force pour échapper à la gravité martienne. Cette éjection était probablement due à un impact important sur Mars. Les roches ont résisté aux températures et aux pressions massives de cet impact et ont volé dans le vide de l’espace, pour finalement s’écraser sur notre propre planète.
Pendant des décennies, les scientifiques ont travaillé sur la modélisation du type d’événements d’impact martiens qui envoient des morceaux de la planète rouge sur Terre. Maintenant, des chercheurs de Caltech et du Jet Propulsion Laboratory (JPL), que Caltech gère pour la NASA, ont mené des expériences pour simuler la soi-disant «pression de choc» subie par les roches martiennes. Ils ont découvert que la pression nécessaire pour lancer une roche de Mars dans l’espace est beaucoup plus faible qu’on ne le pensait à l’origine.
La recherche a été menée dans le laboratoire de Paul Asimow, professeur Eleanor et John R. McMillan de géologie et de géochimie. L’étude est décrite dans un article paru dans la revue Avancées scientifiques le 3 mai et est une collaboration avec JPL.
Des météorites de sources variées ont été découvertes sur Terre depuis des millénaires, mais leurs origines n’ont été connues que beaucoup plus récemment. Alors que les orbiteurs Viking de la NASA effectuaient des mesures de la composition atmosphérique de Mars à la fin des années 1970, Ed Stolper de Caltech (aujourd’hui juge Shirley Hufstedler professeur de géologie) a été l’un des premiers à suggérer que les shergottites venaient de Mars – confirmé plus tard lorsque les gaz dans la fine atmosphère martienne correspondait aux gaz encapsulés dans les météorites.
Mais ce n’est pas tout ce que la composition d’une météorite peut nous dire sur son parcours. L’un des principaux composants des roches martiennes est le plagioclase minéral cristallin. Sous des pressions élevées, telles qu’un impact intense, le plagioclase se transforme en un matériau vitreux connu sous le nom de maskelynite. Trouver de la maskelynite dans une roche indique donc les types de pression avec lesquels l’échantillon est entré en contact. Au cours des cinq dernières années, des météorites martiennes ont été découvertes avec un mélange de plagioclase et de maskelynite, indiquant une limite supérieure pour les pressions auxquelles elles ont été soumises.
Dans la nouvelle étude, dirigée par le scientifique du personnel de Caltech, Jinping Hu, l’équipe a mené des expériences pour écraser des roches contenant du plagioclase de la Terre et observer comment le minéral se transforme sous pression. L’équipe a développé une méthode plus précise pour simuler les impacts martiens dans les expériences de récupération de choc, en utilisant un « pistolet » puissant pour faire exploser des roches avec des projectiles voyageant plus de cinq fois la vitesse du son. Les précédentes expériences de pression de choc nécessitaient la réverbération des ondes de choc à travers une chambre en acier, ce qui donne une image inexacte de ce qui se passe lors d’un événement d’impact sur Mars.
« Nous ne sommes pas sur Mars, nous ne pouvons donc pas assister en personne à l’impact d’une météorite », déclare Yang Liu, planétologue au JPL et co-auteur de l’étude. « Mais nous pouvons recréer un type d’impact similaire dans un environnement de laboratoire. Ce faisant, nous avons constaté qu’il faut beaucoup moins de pression pour lancer une météorite martienne que nous ne le pensions. »
Des expériences antérieures avaient montré que le plagioclase se transforme en maskelynite à une pression de choc de 30 gigapascals (GPa), soit 300 000 fois la pression atmosphérique que l’on éprouve au niveau de la mer, ou 1 000 fois la pression avec laquelle un submersible entre en contact en plongeant sous 3 kilomètres de profondeur. l’eau de l’océan.
Cette nouvelle étude montre que la transition se produit réellement à environ 20 GPa, une différence significative par rapport aux expériences précédentes. En particulier, le nouveau seuil de pression est cohérent avec les preuves d’autres minéraux à haute pression dans ces météorites indiquant que leurs pressions de choc doivent avoir été inférieures à 30 GPa. Neuf des 10 minéraux à haute pression trouvés dans les météorites martiennes ont été découverts à Caltech dans le cadre d’études menées par le minéralogiste Chi Ma, directeur des installations analytiques de Caltech et co-auteur de l’étude.
« Cela a été un défi important de modéliser un impact capable de lancer des roches intactes depuis Mars tout en les choquant à 30 GPa », a déclaré Asimow. « Dans ce contexte, la différence entre 30 GPa et 20 GPa est significative. Plus nous pouvons caractériser avec précision les pressions de choc subies par une météorite, plus il devient probable que nous puissions identifier le cratère d’impact sur Mars dont elle est issue.
Plus d’information:
Jinping Hu et al, La maskelynite récupérée par choc indique une éjection à basse pression de shergottites de Mars, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adf2906