Une image infrarouge révèle d'étranges traînées lumineuses s'étendant du cratère de Santa Fe sur Mars. Les chercheurs suggèrent que les stries ont été causées par des vents de force tornade créés par l'impact qui a formé le cratère. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Université d'État de l'Arizona
En regardant les images de la NASA de Mars il y a quelques années, Le géologue de l'Université Brown, Peter Schultz, a remarqué des ensembles d'étranges stries brillantes émanant de quelques cratères à grand impact à la surface de la planète. Les stries sont étranges en ce sens qu'elles s'étendent beaucoup plus loin des cratères que les modèles d'éjecta normaux, et ils ne sont visibles que dans les images infrarouges thermiques prises pendant la nuit martienne.
Grâce à l'observation géologique, expériences d'impact en laboratoire et modélisation informatique, Schultz et l'étudiante diplômée de Brown, Stephanie Quintana, ont proposé une nouvelle explication sur la formation de ces séquences. Ils montrent que des tourbillons de vent ressemblant à des tornades - générés par des impacts formant des cratères et tourbillonnant à 500 milles à l'heure ou plus - ont écumé la surface et balayé la poussière et les petites roches pour exposer les surfaces plus agglomérées en dessous.
"Ce serait comme une tornade F8 balayant la surface, " a déclaré Schultz. " Ce sont des vents sur Mars qui ne seront plus jamais revus à moins qu'un autre impact ne se produise. "
La recherche est publiée en ligne dans la revue Icare .
Schultz dit qu'il a vu les stries pour la première fois lors de l'un de ses "tours de Mars". Dans son temps d'arrêt entre les projets, il extrait des images aléatoires du vaisseau spatial orbital de la NASA juste pour voir s'il pourrait repérer quelque chose d'intéressant. Dans ce cas, il regardait des images infrarouges prises pendant la nuit martienne par l'instrument THEMIS, qui vole à bord de l'orbiteur Mars Odyssey.
Les images infrarouges capturent les contrastes de rétention de chaleur sur la surface. Les régions plus lumineuses la nuit indiquent des surfaces qui retiennent plus de chaleur de la veille que les surfaces environnantes, tout comme les champs herbeux se rafraîchissent la nuit tandis que les bâtiments de la ville restent plus chauds.
"Vous ne pouviez pas du tout voir ces choses dans les images de longueur d'onde visible, mais dans l'infrarouge nocturne, ils sont très brillants, " a déclaré Schultz. " La luminosité dans l'infrarouge indique des surfaces en blocs, qui retiennent plus de chaleur que les surfaces recouvertes de poudre et de débris. Cela nous dit que quelque chose est arrivé et a nettoyé ces surfaces à nu."
Et Schultz avait une idée de ce que pouvait être ce quelque chose. Il étudie les impacts et les processus d'impact depuis des années en utilisant le Vertical Gun Range de la NASA, un canon de grande puissance qui peut tirer des projectiles à des vitesses allant jusqu'à 15, 000 milles à l'heure.
"Nous avions vu des choses dans des expériences qui, selon nous, pourraient provoquer ces stries, " il a dit.
Les stries sont souvent associées à des cratères plus petits qui étaient déjà en place lorsque le plus grand cratère s'est formé. Les crêtes surélevées des cratères préexistants perturbent l'écoulement du panache de vapeur, ce qui provoque la formation de tourbillons et l'affouillement du sol. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Université d'État de l'Arizona
Lorsqu'un astéroïde ou un autre corps frappe une planète à grande vitesse, des tonnes de matériau provenant à la fois de l'impacteur et de la surface cible sont instantanément vaporisées. Les expériences de Schultz ont montré que les panaches de vapeur se déplacent vers l'extérieur à partir d'un point d'impact, juste au-dessus de la surface d'impact, à des vitesses incroyables. Redimensionner les impacts des laboratoires à la taille de ceux sur Mars, la vitesse d'un panache de vapeur serait supersonique. Et il interagirait avec l'atmosphère martienne pour générer des vents puissants.
Le panache et ses vents associés n'ont pas causé à eux seuls les stries étranges, toutefois. Les panaches se déplacent généralement juste au-dessus de la surface, ce qui empêche le type de décapage profond observé dans les zones striées. Mais Schultz et Quintana ont montré que lorsque le panache frappe un élément de surface surélevé, il perturbe l'écoulement et provoque la formation de puissants tourbillons tornadiques et leur chute à la surface. Et ces tourbillons, disent les chercheurs, sont responsables du décapage des stries étroites.
Schultz et Quintana ont montré que les stries sont presque toujours observées en conjonction avec des éléments de surface surélevés. Très souvent, par exemple, ils sont associés aux crêtes surélevées des plus petits cratères d'impact qui étaient déjà en place lorsque l'impact le plus important s'est produit. Alors que le panache s'éloignait à cause de l'impact plus important, il a rencontré le petit bord du cratère, laissant des stries jumelles brillantes du côté sous le vent.
"Là où ces tourbillons rencontrent la surface, ils balaient les petites particules qui se détachent à la surface, exposer le plus gros matériau en blocs en dessous, et c'est ce qui nous donne ces stries, " a déclaré Schultz.
Schultz dit que les stries pourraient s'avérer utiles pour établir les taux d'érosion et de dépôt de poussière dans les zones où les stries se trouvent.
"Nous savons qu'ils se sont formés en même temps que ces grands cratères, et on peut dater l'âge des cratères, " a déclaré Schultz. " Alors maintenant, nous avons un modèle pour examiner l'érosion. "
Mais avec plus de recherche, les stries pourraient éventuellement révéler beaucoup plus que cela. A partir d'une étude préliminaire de la planète, les chercheurs disent que les stries semblent se former autour des cratères dans le stade de 20 kilomètres de diamètre. Mais ils n'apparaissent pas dans tous ces cratères. Pourquoi ils se forment à certains endroits et pas à d'autres pourraient fournir des informations sur la surface martienne au moment de l'impact.
Les expériences des chercheurs révèlent que la présence de composés volatils - une épaisse couche de glace d'eau à la surface ou sous la surface, par exemple, affecter la quantité de vapeur qui s'échappe d'un impact. Alors de cette façon, les stries pourraient servir d'indicateurs de la présence de glace au moment de l'impact, ce qui pourrait donner un aperçu des reconstructions du climat passé sur Mars. Également possible, les stries pourraient être liées à la composition de l'impacteur, telles que les rares collisions d'objets hautement volatils, comme les comètes.
"La prochaine étape consiste à vraiment creuser les conditions qui causent les stries, " a déclaré Schultz. " Ils ont peut-être beaucoup de choses à nous dire, alors restez à l'écoute."
