Des chercheurs ont observé pour la première fois des ondes sismiques se propageant à la surface d’une planète autre que la Terre. Les tremblements de terre résultant de deux grosses météorites qui ont frappé Mars ont été enregistrés par l’atterrisseur InSight de la NASA et analysés à l’ETH Zurich en collaboration avec l’équipe scientifique InSight, qui comprend des chercheurs de l’Université du Maryland.
Publié dans la revue La science le 27 octobre 2022, l’article de l’équipe fournit de nouvelles informations sur la structure de la croûte martienne, rapprochant les scientifiques de l’apprentissage de la formation et de l’évolution de la planète au fil du temps.
« C’est la première fois que des ondes sismiques de surface sont observées sur une planète autre que la Terre. Même les missions Apollo sur la Lune n’y sont pas parvenues », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Doyeon Kim. Kim est actuellement professeur assistant invité au département de géologie de l’UMD et assistant principal à l’ETH Institute of Geophysics.
Après presque trois ans à détecter uniquement des ondes corporelles (ondes sismiques traversant le corps d’une planète) sur Mars, l’équipe InSight a finalement observé des ondes de surface (ondes sismiques voyageant à la surface d’une planète) fin décembre 2021, lorsque deux météorites sont entrées en collision. avec la planète rouge. Des lectures de tremblement de terre atypiques ont conduit les chercheurs à soupçonner que les sources d’impact étaient proches de la surface, ils ont donc comparé les données avec les informations de Mars Reconnaissance Orbiter. Les images prises par l’orbiteur ont confirmé que les deux météorites avaient des hypocentres (le point d’origine d’un tremblement de terre) à la surface de Mars.
« Avant cela, toutes nos connaissances sur la croûte martienne étaient basées sur ce qui se trouvait juste en dessous de l’atterrisseur InSight », a déclaré Vedran Lekic, professeur agrégé de géologie à l’UMD, co-auteur de l’article. « Mais Mars est une grosse planète – nous ne savions pas si la croûte était différente à d’autres endroits de la planète. Avec ces ondes de surface, nous avons finalement pu obtenir une meilleure compréhension de la croûte le long d’une grande partie de Mars. »
La croûte d’une planète, ou sa coquille solide la plus externe, fournit des indices importants sur la façon dont cette planète s’est formée et a évolué au fil du temps. La plupart des croûtes planétaires, y compris celles de la Terre et de Mars, se sont formées par des processus dynamiques précoces dans le manteau et ont ensuite été modifiées par d’autres événements tels que le volcanisme, la sédimentation, l’érosion et les cratères d’impact. En conséquence, les croûtes peuvent permettre aux chercheurs de mieux comprendre les conditions de formation des terres d’une planète il y a des milliards d’années.
Pour en savoir plus sur la croûte de Mars, l’équipe de recherche a analysé la vitesse des ondes de surface provenant des impacts de deux météorites. Cela leur a permis d’exploiter la relation entre la vitesse, la fréquence et la profondeur des ondes de surface pour estimer les propriétés moyennes de la croûte de 3 à 18,6 miles sous la surface de Mars.
En moyenne, la croûte martienne entre le sismomètre d’InSight et les deux sites d’impact de météorite ne variait pas fortement avec la profondeur et avait une vitesse sismique plus rapide que ce qui était précédemment observé directement sous l’atterrisseur. Les vitesses plus rapides suggèrent soit des différences de composition, soit une porosité réduite dans les zones traversées par les ondes de surface.
« La composition de la croûte déterminera une partie de la densité, mais il en sera de même pour des facteurs comme la porosité ; si vous avez beaucoup de trous dans la croûte, cela peut également diminuer la densité du matériau », a expliqué Nicholas Schmerr, professeur agrégé de géologie à l’UMD. , un autre co-auteur de l’article. « Un volcan, avec toutes ses intrusions et son magma remontant à travers la croûte sous-jacente, aurait également modifié la densité et la composition de la croûte dans cette région. Alors que nous regardons plus au nord sur Mars, il y a probablement de la glace souterraine dans la croûte sous l’impact site, qui est moins poreux et très différent de ce que l’on voit sous l’atterrisseur InSight. »
Les découvertes de l’équipe pourraient également fournir des réponses à un mystère vieux de plusieurs siècles : la dichotomie crustale de Mars.
« Mars a une caractéristique tout à fait unique, qui est le contraste très net entre ses hémisphères nord et sud », a noté Lekic. « La partie sud est vraiment ancienne, a une topographie élevée et est très cratérisée. Pendant ce temps, la région nord est volcanique, très basse et a relativement peu de cratères. Les ondes de surface que nous avons détectées nous ont aidés à en savoir plus sur les basses terres du nord, qui nous n’avons pu que spéculer avant. »
Une théorie populaire derrière cela est que les croûtes des basses terres du nord et des hautes terres du sud sont composées de matériaux différents. Cependant, les chercheurs ont constaté que leurs premiers résultats semblent réfuter cette idée, suggérant même que les structures de la croûte peuvent être étonnamment similaires à certaines profondeurs.
L’équipe espère que ses recherches continueront d’aider les chercheurs à enquêter sur des mystères similaires et à former de meilleurs modèles de Mars à mesure que l’exploration se poursuit.
D. Kim, Ondes de surface et structure crustale sur Mars, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abq7157