Une nouvelle classe de séismes sur Mars révèle des frappes quotidiennes de météorites

Une équipe internationale de chercheurs, codirigée par l’ETH Zurich et l’Imperial College de Londres, a obtenu la première estimation des impacts de météorites sur Mars à l’échelle mondiale à partir de données sismiques. Leurs résultats indiquent qu’entre 280 et 360 météorites frappent la planète chaque année, formant des cratères d’impact de plus de 8 mètres de diamètre.

Geraldine Zenhaeusern, qui a codirigé l’étude, a commenté : « Ce taux était environ cinq fois supérieur au nombre estimé à partir de la seule imagerie orbitale. Alignés sur l’imagerie orbitale, nos résultats démontrent que la sismologie est un excellent outil pour mesurer les taux d’impact. »

Un « gazouillis » sismique signale une nouvelle classe de séismes

En utilisant les données du sismomètre déployé lors de la mission InSight de la NASA vers Mars, les chercheurs ont découvert que six événements sismiques enregistrés à proximité de la station avaient été précédemment identifiés comme des impacts de météorites, un processus rendu possible par l’enregistrement d’un signal atmosphérique acoustique spécifique généré lorsque des météorites pénètrent dans l’atmosphère martienne.

Aujourd’hui, Zenhäusern de l’ETH Zurich, co-responsable Natalia Wójcicka de l’Imperial College de Londres, et l’équipe de recherche ont découvert que ces 6 événements sismiques appartiennent à un groupe beaucoup plus large de tremblements de mars, appelés événements à très haute fréquence (VF). Le processus à l’origine de ces séismes se produit beaucoup plus rapidement que pour un séisme tectonique de taille similaire. Alors qu’un séisme de magnitude 3 normale sur Mars prend plusieurs secondes, un événement généré par un impact de même ampleur ne prend que 0,2 seconde ou moins, en raison de l’hypervitesse de la collision. En analysant les spectres des tremblements de terre, l’équipe a identifié 80 tremblements de terre supplémentaires dont on pense désormais qu’ils sont causés par des frappes de météorites.

Leur quête de recherche a commencé en décembre 2021, un an avant que la poussière accumulée sur les panneaux solaires ne mette fin à la mission InSight, lorsqu’un grand séisme lointain enregistré par le sismomètre a fait répercuter un signal sismique à large bande sur toute la planète. La télédétection a associé le séisme à un cratère de 150 mètres de large. Pour confirmer, l’équipe InSight s’est associée à la caméra contextuelle (CTX) de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) pour rechercher d’autres cratères frais qui correspondraient au moment et à l’emplacement des événements sismiques détectés par InSight.

Le travail de détective des équipes a porté ses fruits et elles ont eu la chance de trouver un deuxième cratère frais de plus de 100 mètres (320 pieds) de diamètre. Cependant, les cratères plus petits, formés lorsque des météoroïdes de la taille d’un ballon de basket ont frappé la planète et qui devraient être beaucoup plus courants, sont restés insaisissables. Aujourd’hui, le nombre d’impacts de météorites est nouvellement estimé grâce à l’apparition de ces séismes spéciaux à haute fréquence.

Premier taux d’impact de météorite à partir de données sismiques

Environ 17 000 météorites tombent sur Terre chaque année, mais à moins qu’elles ne traversent le ciel nocturne, elles sont rarement remarquées. La plupart des météorites se désintègrent lorsqu’elles pénètrent dans l’atmosphère terrestre, mais sur Mars, l’atmosphère est 100 fois plus fine, ce qui expose sa surface à des impacts de météorites plus gros et plus fréquents.

Jusqu’à présent, les planétologues se basaient sur des images orbitales et des modèles déduits d’impacts de météorites bien préservés sur la Lune, mais l’extrapolation de ces estimations à Mars s’est avérée difficile. Les scientifiques ont dû tenir compte de la plus forte attraction gravitationnelle de Mars et de sa proximité avec la ceinture d’astéroïdes, qui signifient que davantage de météorites frappent la planète rouge. D’un autre côté, les tempêtes de sable régulières produisent des cratères beaucoup moins bien préservés que ceux de la Lune, et donc moins faciles à détecter avec l’imagerie orbitale. Lorsqu’une météorite frappe la planète, les ondes sismiques de l’impact traversent la croûte et le manteau et peuvent être captées par des sismomètres.

Wójcicka explique : « Nous avons estimé le diamètre des cratères à partir de la magnitude de tous les tremblements de terre VF et de leurs distances, puis nous nous sommes servis de ces données pour calculer le nombre de cratères formés autour de l’atterrisseur InSight au cours d’une année. Nous avons ensuite extrapolé ces données pour estimer le nombre d’impacts qui se produisent chaque année sur toute la surface de Mars. »

« Les nouveaux cratères sont plus visibles sur des terrains plats et poussiéreux, où ils ressortent vraiment », ajoute Zenhäusern. « Ce type de terrain couvre moins de la moitié de la surface de Mars. Le sismomètre InSight, en revanche, est capable d’entendre chaque impact à portée de l’atterrisseur. »

Aperçu de l’ère de Mars et des missions futures

Tout comme les rides et les ridules de notre visage, la taille et la densité des cratères résultant des impacts de météorites révèlent des indices sur l’âge des différentes régions d’un corps planétaire. Moins il y a de cratères, plus la région de la planète est jeune. Vénus, par exemple, n’a presque pas de cratères visibles car sa surface est continuellement remaniée par le volcanisme, tandis que Mercure et la Lune, avec leurs surfaces anciennes, sont fortement cratérisées. Mars se situe entre ces exemples, avec des régions anciennes et d’autres plus jeunes qui peuvent être distinguées par le nombre de cratères.

De nouvelles données montrent qu’un cratère de 8 mètres se forme presque tous les jours à la surface de Mars et qu’un cratère de 30 mètres se forme environ une fois par mois. Étant donné que les impacts à hypervitesse provoquent des zones d’explosion dont le diamètre est facilement 100 fois plus grand que celui du cratère, il est important de connaître le nombre exact d’impacts pour la sécurité de la robotique, mais aussi pour les futures missions humaines vers la planète rouge.

« Il s’agit de la première étude de ce type visant à déterminer la fréquence des impacts de météorites sur la surface de Mars à partir de données sismologiques, ce qui était l’un des objectifs de premier plan de la mission Mars InSight », explique Domenico Giardini, professeur de sismologie et de géodynamique à l’ETH Zurich et co-chercheur principal de la mission Mars InSight de la NASA. « Ces données sont prises en compte dans la planification des futures missions vers Mars. »

Selon Zenhäusern et Wójcicka, les prochaines étapes pour faire progresser cette recherche impliquent l’utilisation de technologies d’apprentissage automatique pour aider les chercheurs à identifier d’autres cratères dans les images satellite et à identifier les événements sismiques dans les données.