La mission InSight de la NASA fournit des données de la surface de Mars. Son sismomètre, équipé d'une électronique construite à l'ETH Zurich, enregistre non seulement les tremblements de terre, mais réagit également de manière inattendue aux éclipses solaires. Quand la lune martienne, Phobos se déplace directement devant le soleil, l'instrument bascule légèrement d'un côté. Cet effet minuscule pourrait aider les chercheurs à déterminer l'intérieur de la planète.

Un observateur se tenant sur Mars verrait la lune de la planète Phobos traverser le ciel d'ouest en est toutes les cinq heures. Son orbite passe entre le soleil et un point donné sur Mars environ une fois par an terrestre. Chaque fois qu'il le fait, il provoque de une à sept éclipses solaires en l'espace de trois jours. Un endroit où cela se produit est le site de l'atterrisseur InSight de la NASA, stationné dans la région d'Elysium Planitia depuis novembre 2018. Autrement dit, le phénomène se produit beaucoup plus fréquemment que sur Terre, quand notre lune passe devant le soleil. "Toutefois, les éclipses sur Mars sont plus courtes - elles ne durent que 30 secondes et ne sont jamais des éclipses totales, " explique Simon Stähler, sismologue à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich. Photos prises par les deux rovers martiens de la NASA, Opportunité et curiosité, montrent également une masse aux arêtes vives sur fond de soleil.

Les photographies ne sont pas le seul moyen d'observer ces transits. "Quand la Terre subit une éclipse solaire, les instruments peuvent détecter une baisse de température et des rafales de vent rapides, lorsque l'atmosphère se refroidit à un endroit particulier et que l'air s'en éloigne, " explique Stähler. Une analyse des données d'InSight devrait indiquer si des effets similaires sont également détectables sur Mars.

En attendant le 24 avril 2020

En avril 2019, la première série d'éclipses solaires était visible depuis le site d'atterrissage d'InSight, mais seules certaines des données qu'il a enregistrées ont été sauvegardées. Les premières indications de ces données ont incité Stähler et une équipe de recherche internationale à se préparer avec enthousiasme pour la prochaine série d'éclipses, dû le 24 avril 2020. Ils ont publié les résultats de leurs observations en août dans le journal Lettres de recherche géophysique .

Comme prévu, Les cellules solaires d'InSight ont enregistré les transits. "Quand Phobos est devant le soleil, moins de lumière solaire atteint les cellules solaires, et ceux-ci produisent à leur tour moins d'électricité, " explique Stähler. " La baisse d'exposition à la lumière causée par l'ombre de Phobos peut être mesurée. " En effet, la quantité de lumière du soleil a plongé pendant une éclipse de 30 pour cent. Cependant, Les instruments météorologiques d'InSight n'ont indiqué aucun changement atmosphérique, et les vents n'ont pas changé comme prévu. Autres instruments ; cependant, a livré une surprise :le sismomètre et le magnétomètre ont tous deux enregistré un effet.

Signal inhabituel du sismomètre

Le signal du magnétomètre est probablement dû à la baisse de l'électricité des cellules solaires, comme Anna Mittelholz, un ajout récent à l'équipe Mars de l'ETH Zurich, a pu montrer. "Mais nous ne nous attendions pas à cette lecture de sismomètre; c'est un signal inhabituel, " dit Stähler. Normalement, l'instrument, équipé d'une électronique construite à l'ETH, indiquerait les tremblements de terre sur la planète. Jusqu'à présent, le service Marsquake, dirigé par John Clinton et Domenico Giardini à l'ETH, a enregistré environ 40 séismes conventionnels, dont le plus fort a enregistré une magnitude de 3,8, ainsi que plusieurs centaines de régions, tremblements peu profonds.

Ce qui était surprenant pendant l'éclipse solaire, c'est que le sismomètre s'est légèrement incliné dans une direction particulière. "Cette inclinaison est incroyablement petite, » note Stähler. « Imaginez une pièce de 5 francs; maintenant, pousser deux atomes d'argent sous un bord. C'est de l'inclinaison dont nous parlons :10 ^-8 ." Aussi léger que soit cet effet, c'était toujours indubitable. "L'explication la plus évidente serait la gravité de Phobos, semblable à la façon dont la lune de la Terre provoque les marées, " Stähler dit, "mais nous avons rapidement exclu cela." Si c'était l'explication, alors le signal du sismomètre serait présent pendant une période plus longue et toutes les cinq heures lorsque Phobos fait son passage, pas seulement pendant les éclipses. Les chercheurs ont déterminé la cause la plus probable de l'inclinaison :« Au cours d'une éclipse, le sol se refroidit. Il se déforme de manière inégale, qui incline l'instrument, " déclare Martin van Driel du groupe de recherche Seismology and Wave Physics.

Comme ça arrive, un capteur infrarouge a en effet mesuré un refroidissement du sol sur Mars de deux degrés. Les calculs ont révélé que dans les 30 secondes de l'éclipse, le "front froid" ne pouvait pénétrer dans le sol qu'à une profondeur de quelques micro ou millimètres, mais l'effet était suffisant pour tirer sur le sismomètre.

Expériences dans une ancienne mine d'argent

Une observation sur Terre soutient la théorie de Stähler. A l'Observatoire de la Forêt-Noire, situé dans une mine d'argent abandonnée en Allemagne, Rudolf Widmer-Schnidrig a découvert un phénomène similaire :lors d'un essai au sismomètre, quelqu'un a négligé d'éteindre la lumière. La chaleur dégagée par une ampoule de 60 watts était apparemment suffisante pour réchauffer la couche supérieure de granit profondément sous le sol, de sorte qu'il s'est légèrement dilaté et a fait basculer légèrement le sismomètre d'un côté.

Les scientifiques devraient pouvoir utiliser le minuscule signal d'inclinaison de Mars pour cartographier l'orbite de Phobos avec plus de précision qu'auparavant. La position d'InSight est l'emplacement mesuré le plus précisément sur Mars; si les scientifiques savent exactement quand commence et se termine un transit par Phobos ici, ils peuvent calculer son orbite avec précision. Ceci est important pour les futures missions spatiales. Par exemple, L'agence spatiale japonaise JAXA prévoit d'envoyer une sonde sur les lunes de Mars en 2024 et de ramener des échantillons de Phobos sur Terre. "Pour faire ça, ils ont besoin de savoir exactement où ils volent, " dit Stähler.

Ce que les données d'orbite précises révèlent

Des données précises sur l'orbite de Phobos pourraient également faire la lumière sur le fonctionnement interne de Mars. Alors que notre lune continue de gagner du moment angulaire et s'éloigne régulièrement de la Terre, Phobos ralentit et retombe progressivement sur Mars. Dans 30 à 50 millions d'années, il s'écrasera sur la surface de la planète. « Nous pouvons utiliser ce léger ralentissement pour estimer à quel point l'intérieur martien est élastique et donc chaud ; un matériau froid est toujours plus élastique que chaud, " explique Amir Khan, également à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich. Finalement, les chercheurs veulent savoir si Mars a été formée du même matériau que la Terre, ou si différents composants pouvaient expliquer pourquoi la Terre a une tectonique des plaques, une atmosphère dense et des conditions propices à la vie, des caractéristiques qui manquent à Mars.