De nouvelles données plaident en faveur d'un magma sur Mars
Jusqu'à présent, Mars était considérée comme une planète géologiquement morte. Cependant, des ondes sismiques indiquent désormais que la surface de Mars est encore marquée par le volcanisme. C'est ce que rapporte une équipe de recherche internationale dirigée par l'ETH Zurich.
Depuis 2018, date à laquelle le sismomètre SEIS a été installé à la surface de Mars dans le cadre de la mission InSight de la Nasa, les sismologues et les géophysiciens de l'ETH Zurich ont enregistré les ondes sismiques de plus de 1300 séismes martiens. Les chercheurs ont pu constater à plusieurs reprises des séismes plus ou moins importants. Une analyse détaillée de la localisation et des caractéristiques spectrales de ces tremblements de terre martiens a révélé quelque chose de surprenant : les tremblements de terre indiquent en effet que la surface de Mars est encore marquée par une activité volcanique.
Signes d'une activité récente sur Mars
Une équipe de recherche internationale dirigée par l'ETH Zurich a analysé plus de 20 tremblements de terre martiens récents dont l'origine se situe dans les fosses Cerberus - une région de Mars composée de différentes fosses et failles. Les données sismiques ont montré que les tremblements de terre produisent des signaux de fréquence assez basse, ce qui indique qu'ils se sont produits dans des roches relativement tendres et potentiellement chaudes. Cela s'expliquerait par l'intrusion de magma à une profondeur de 20 à 30 km au cours des derniers millénaires, donc par une activité volcanique sur Mars. Les chercheurs ont notamment constaté que les tremblements de terre se sont produits en grande partie dans la partie la plus interne du système de fosses de Cerberus Fossae.
En comparant les épicentres des tremblements de terre avec des images photographiques de la zone correspondante, les chercheurs ont également découvert que les tremblements de terre se situaient exactement au niveau d'une faille fra?che autour de laquelle des dép?ts de cendres avaient déjà été découverts auparavant. Ceux-ci ne se trouvent pas seulement dans la direction principale des vents, mais aussi dans différentes directions autour des fosses cerbères. "La couleur plus foncée de ces cendres indique une activité volcanique récente, qui s'est peut-être produite au cours des 50 000 dernières années. D'un point de vue géologique, c'est relativement récent", explique Simon St?hler, premier auteur d'un article qui vient d'être publié dans la revue Nature. St?hler est ma?tre d'enseignement et de recherche du groupe de sismologie et de géodynamique dirigé par le professeur Domenico Giardini à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich.
L'une des failles qui composent le système de fosses Cerberus Fossae. Les failles traversent des montagnes et des cratères, ce qui indique qu'elles sont relativement récentes. (Image : ESA/DLR/FU Berlin)
Les dép?ts près du cratère Zunil (rectangle) sont dus à la direction prédominante des vents. Les dép?ts des Cerebus Fossae (ovale) pointent dans différentes directions et indiquent une activité volcanique plus récente. (Image : Emirates Mars Mission EXI) Les fosses de Cerberus intégrées dans la plaine élyséenne qui les entoure, près de l'équateur martien. (Image : ESA/DLR/FU Berlin)
Pourquoi des études sur notre planète voisine ?
?tudier les planètes voisines de la Terre n'est pas une t?che facile. Mars est la seule planète autre que la Terre sur laquelle les chercheurs ont déployé des rovers terrestres, des atterrisseurs et même maintenant des drones qui transmettent des données. Pour l'exploration de toutes les autres planètes, on est jusqu'à présent tributaire d'images prises depuis l'espace. "SEIS est le sismomètre le plus sensible jamais installé sur une autre planète", explique Domenico Giardini. "Il offre aux géophysiciens et aux sismologues la possibilité de travailler avec des données actuelles qui montrent ce qui se passe actuellement sur Mars, à la fois à la surface et à l'intérieur". Associées à des images prises depuis l'orbite, les données sismiques fournissent des indications scientifiques fiables.
En tant que l'une de nos planètes voisines immédiates, Mars est également importante pour la compréhension de processus géologiques similaires sur Terre. La planète rouge est la seule planète connue dont le noyau est composé de fer, de nickel et de soufre, qui pourraient avoir fait partie d'un champ magnétique. Les connaissances topographiques indiquent en outre que Mars disposait autrefois de grandes quantités d'eau et d'une atmosphère potentiellement plus dense. Aujourd'hui encore, il y a de l'eau gelée sur les calottes polaires de la planète, mais probablement en grande partie sous forme de glace sèche. "Même s'il reste encore beaucoup à découvrir, la mise en évidence d'une possible présence de magma sur Mars est passionnante", explique Anna Mittelholz, qui travaille comme postdoctorante à l'ETH Zurich et à l'Université de Harvard.
Les derniers vestiges de la vie géophysique
En regardant les images des étendues arides et poussiéreuses du paysage martien, il est difficile d'imaginer que Mars était vivante il y a environ 3,6 milliards d'années - du moins d'un point de vue géophysique. Quoi qu'il en soit, elle a expulsé du magma pendant suffisamment longtemps pour former les montagnes de Tharsis, le plus grand système volcanique de notre système solaire, et l'Olympus Mons, un volcan presque trois fois plus haut que le plus haut sommet de la Terre, le mont Everest.
Le fait que le foyer du séisme se trouvait dans les proches Cerberus Fossae - nommées d'après le chien infernal de la mythologie grecque - indique que Mars n'est pas encore tout à fait morte. C'est là que se produit l'affaissement dans la région volcanique et la formation de fosses parallèles (ou fractures), ce qui fait que la cro?te de la planète se déchire comme celle d'un g?teau dans un four. Selon St?hler, il est possible que ce que nous voyons là soit le reste d'une région volcanique autrefois active ou que le magma se déplace actuellement plus à l'est vers le prochain foyer d'éruption.
Des chercheurs de l'ETH Zurich, de l'Université de Harvard, de l'Université de Nantes, du CNRS Paris, du Centre aérospatial allemand (DLR) à Berlin et du Caltech ont participé à cette étude.
Mission InSight
InSight (? l'adresseterior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy et Heat Transport) est une mission externe non habitée sur Mars de la site externeNASA. En novembre 2018, la stationnaire site externeLander,L'équipe de recherche de l'ISS a pu poser en toute sécurité sur la surface de Mars un sismomètre équipé d'une sonde de flux thermique. Les instruments géophysiques installés sur la planète rouge permettent d'en explorer l'intérieur. Un certain nombre de partenaires européens, dont le Centre National d'?tudes Spatiales (CNES) fran?ais et le Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), soutiennent la mission InSight. Le CNES a mis à la disposition de la NASA l'instrument Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS), le chercheur principal étant basé à l'IPGP (Institut de physique du globe de Paris). L'IPGP, l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire (MPS) en Allemagne, l'Imperial College de Londres et l'Université d'Oxford au Royaume-Uni, ainsi que le Jet Propulsion Laboratory (?tats-Unis) ont apporté d'importantes contributions à SEIS.
Référence bibliographique
St?hler SC, Mittelholz A, Perrin C, Kawamura T, Kim D, Knapmeyer M, Zenh?usern G, Clinton J, Giardini D, Longnonné, P, Banerdt WB : Tectonics of Cerberus Fossae unveiled by marsquakes. Nature Astronomy (2022), doi :site externe10.1038/s41550-022-01803-y