L'atterrisseur InSight de la NASA offre un aperçu sans précédent des entrailles de Mars

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Vue d'artiste de l'atterrissage d'InSight sur Mars. © NASA/JPL-Caltech

Pour la première fois, nous savons à quoi ressemble l'intérieur d'une autre planète semblable à la nôtre. Dans un trio d'études publiées jeudi 22 juillet dans la revue Science, une équipe internationale de plus de 40 scientifiques a révélé comment le noyau, le manteau et la croûte de Mars contrastent avec ceux de la Terre.

En analysant les données sismiques recueillies par l'atterrisseur InSight de la NASA sur la planète rouge, les chercheurs ont estimé la taille du noyau de Mars, l'épaisseur de sa croûte et la composition de son manteau (la couche intermédiaire). "Nous ne disposons de ce genre d'informations que pour la Terre et la lune", a déclaré à Insider Brigitte Knapmeyer-Endrun, sismologue planétaire à l'université de Cologne et coautrice de la nouvelle recherche. "Mais la Lune, nous ne pouvons pas très bien la comparer à la Terre car elle est beaucoup plus petite."

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Mars, cependant, est notre jumelle terrestre plus petite. Les nouvelles études suggèrent que son noyau est moins dense que celui de la Terre, mais à l'échelle de sa taille.

Propagation d'ondes sismiques à travers le cœur de Mars

Le sismomètre de l'atterrisseur InSight, a photographié par la caméra de l'atterrisseur le 23 septembre 2020.  NASA/JPL-Caltech

InSight, la station scientifique robotisée de la NASA, qui a coûté 828 millions de dollars (environ 704 millions d'euros), s'est posée sur Mars en novembre 2018. Depuis lors, l'atterrisseur a utilisé ses sismomètres — qui détectent et enregistrent les tremblements de terre — pour écouter des tremblements de terre similaires sur Mars. Les ondes sismiques de 12 de ces tremblements martiens, qui traversent le milieu de la planète et rebondissent sur les couches à l'intérieur, ont aidé le groupe de Brigitte Knapmeyer-Endrun à cartographier les limites de la croûte et du noyau.

"Imaginez que vous avez une boîte fermée et que vous voulez savoir ce qu'il y a à l'intérieur", a imagé Brigitte Knapmeyer-Endrun. "Cette méthode revient à prendre cette boîte et à la mettre dans un appareil à rayons X."

Le noyau de Mars est plus gros que ne le pensaient les scientifiques

Vue d'artiste du noyau martien. C. Bickel/Science

Son rayon d'environ 1 839 km était "plus grand que prévu", a déclaré à Insider Amir Khan, sismologue de l'ETH Zurich en Suisse et coauteur de l'étude. La limite du noyau externe liquide de la Terre — qui entoure un noyau interne métallique solide — commence plus profondément que celle de Mars, à environ 2 900 km. Cela dit, la Terre est presque deux fois plus large que Mars, et son noyau est environ deux fois plus large aussi.

Contrairement au noyau de la Terre qui est dominé par le nickel et le fer, le noyau moins dense de Mars contient des éléments plus légers comme l'hydrogène et l'oxygène. La planète rouge semble dépourvue de noyau interne, selon Simon Stähler, un autre co-auteur de l'étude et collègue de Khan à l'ETH. "Nous ne savons pas, nous allons chercher à le savoir", a déclaré Simon Stähler à Insider, ajoutant que "les températures sont probablement trop élevées pour qu'un noyau interne se forme."

Un noyau plus engorgé signifie également que le manteau de Mars est relativement plus mince par rapport à la Terre. Il est également dépourvu d'une couche dense de minéral appelée bridgmanite qui maintient le manteau terrestre stable sous haute pression, ce qui pourrait expliquer la taille inattendue du noyau. Minéralogiquement parlant, le manteau de Mars est une version "plus simple" de celui de la Terre", a exposé Amir Khan.

Mars avait, et a perdu, son champ magnétique protecteur

Visualisation du champ magnétique de la Terre. NASA Goddard Space Flight Center

Le noyau de la Terre joue un rôle essentiel dans la protection de la planète contre les vents et les rayonnements solaires dangereux. Le fer liquide tourbillonnant dans le noyau externe génère un champ magnétique qui s'étend de là jusqu'à l'espace entourant notre planète.

Ce tourbillon est dû, en partie, à un processus au cours duquel la matière plus chaude et plus légère du noyau externe s'élève dans le manteau au-dessus. Là, elle est remplacée par la matière plus froide et plus dense du manteau, qui s'enfonce dans le noyau inférieur. Ce phénomène est connu sous le nom de convection. Bien que Mars ait un noyau liquide, elle n'a pas ce moteur tourbillonnant, connu sous le nom de dynamo.

Vue d'artiste des différentes couches terrestres. Getty

Des fragments de croûte martienne magnétisée suggèrent que la planète a déjà eu un champ magnétique, il y a 4 à 4,5 milliards d'années. L'absence de la couche de bridgmanite dans le manteau de Mars pourrait expliquer pourquoi sa dynamo s'est arrêtée environ 300 000 ans après la formation de la planète. Sans cette couche, l'intérieur de Mars a perdu sa chaleur beaucoup plus rapidement, ce qui a paralysé la convection qui s'y produisait. De plus, "Mars est plus petite et se refroidit donc plus vite que la Terre", a indiqué Simon Stähler. "Planète différente, histoire différente".

La croûte de la planète rouge est aussi épaisse que celle de la Terre

Cette illustration montre le vaisseau spatial InSight de la NASA avec ses instruments déployés sur la surface martienne.  NASA/JPL-Caltech

Les croûtes des deux planètes ont une épaisseur similaire, selon Brigitte Knapmeyer-Endrun, bien que la croûte de Mars comporte deux ou trois couches. L'épaisseur moyenne de la croûte martienne se situe entre 22 et 71 km. L'épaisseur de la croûte terrestre varie énormément — sous les océans, elle peut être aussi mince que 4,8 km — mais sous les continents, elle a une épaisseur comprise entre 29 et 71 km.

Mais la croûte de Mars est très ancienne et statique par rapport à celle de la Terre, a-t-elle précisé. L'enveloppe de notre planète est fragmentée en plaques tectoniques qui surfent sur le manteau. Grâce à la convection, ces plaques entrent parfois en collision ou s'enfoncent les unes sous les autres, ce qui signifie que de nouveaux morceaux de croûte émergent en permanence.

Mars est dépourvue de cette tectonique des plaques, de sorte qu'aucune nouvelle croûte n'a été générée depuis la formation de la croûte de la planète, il y a environ 4,5 milliards d'années. La planète était autrefois "probablement complètement en fusion" et cette masse liquide chaude s'est ensuite différenciée en une croûte, un manteau et un noyau, a déclaré Khan.

L'absence de tectonique des plaques est liée, en partie, à la lenteur de la convection dans le manteau, selon Simon Stähler. Le manque d'eau joue également un rôle. "L'eau lubrifie le mouvement des plaques sur Terre", a expliqué Stähler. "Sur Mars, l'eau a probablement été perdue très tôt, une fois qu'il n'y avait plus de dynamo et que l'atmosphère était emportée par le vent solaire."

La prochaine cible d'InSight ? La Lune

La Lune sous la loupe de Mariner 10, en 1973.  NASA/JPL/Northwestern University

Les scientifiques avaient auparavant utilisé l'observation de la masse, du diamètre et de la rotation de Mars depuis l'espace pour prédire à quoi pourraient ressembler ses couches internes. Simon Stähler s'est réjoui que les résultats d'InSight correspondent aux prédictions antérieures. "Nous avons pu confirmer des estimations très approximatives faites depuis l'orbite. Nous savons donc maintenant dans quelle mesure nous pouvons nous fier aux estimations de la structure interne de Vénus ou de Mercure", a-t-il déclaré.

La mission d'InSight sur la planète rouge devrait durer jusqu'à la fin de 2022, mais les explorations scientifiques de l'atterrisseur ne s'arrêteront pas l'année prochaine. InSight se rendra sur la Lune dans le cadre du programme Commercial Lunar Payload Services de la NASA en 2024, a déclaré Simon Stähler.

Version originale : Aylin Woodward/Insider

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