En 1972, il a fallu qu'un astronaute fasse une sortie dans l'espace pour faire ce que Lynn Carter peut maintenant faire en quelques clics de souris pendant le déjeuner.

Charretier, professeur de sciences planétaires au Laboratoire lunaire et planétaire de l'Université d'Arizona, désigne un petit, photographie encadrée au-dessus de son bureau. Il montre le vaisseau spatial Apollo 17, la dernière mission en équipage sur la lune, croisière haut au-dessus du gris, étendue de cratères ci-dessous.

"Vous voyez cette petite antenne qui dépasse ? C'était le premier radar planétaire sur un vaisseau spatial, et pendant qu'il faisait le tour de la lune, il a cinglé la surface, " a-t-elle dit. " Chaque fois qu'il a frappé une couche rocheuse différente, il a réfléchi un signal et l'a enregistré sur film."

L'une des tâches confiées aux astronautes d'Apollo 17 était de cartographier la surface de la lune à partir de la vue à vol d'oiseau de leur orbiteur. En plus de photographier les caractéristiques topographiques évidentes comme les collines, cratères et rochers - l'antenne radar leur a permis de révéler des caractéristiques géologiques cachées sous la surface de la lune. Les données radar ont été enregistrées sur des cassettes à l'ancienne stockées sous une trappe qui n'était accessible que de l'extérieur du vaisseau spatial. Pour récupérer le film, L'astronaute Ron Evans a dû enfiler une combinaison spatiale et se tortiller à travers l'écoutille de la capsule Apollo pendant qu'elle traversait l'espace quelque part entre la Lune et la Terre à près de 25, 000 milles à l'heure.

"Aujourd'hui, c'est totalement différent, " dit Carter. " Tout est numérique, et les instruments ont une bien meilleure résolution. Nous pouvons voir des choses sur Mars depuis notre salon que vous ne pourriez pas voir même si vous pouviez vous y rendre et rester vous-même à la surface."

Cartographier d'autres mondes

Carter est spécialisé dans la création de cartes de l'invisible :en utilisant des données obtenues avec des instruments radar à pénétration de sol, elle visualise et interprète des caractéristiques enfouies sous la surface de corps planétaires comme la lune, Mars et Vénus.

Pour un planétologue comme Carter, cartographier un autre monde, c'est bien plus que déterminer où se trouve la surface et comment se rendre d'un point A à un point B (bien que la navigation devienne un objectif de plus en plus important, avec des efforts qui s'intensifient pour envoyer des astronautes vers de nouveaux horizons tels que Mars ou des astéroïdes proches de la Terre).

"Nous regardons les planètes pour comprendre comment elles se sont formées, " Carter dit, "et aussi pour mieux comprendre les caractéristiques ici sur Terre qui ont été obscurcies par les processus géologiques mêmes qui rendent notre planète spéciale. Étudier d'autres objets du système solaire est un moyen d'étudier des choses qui ne se sont pas déroulées comme elles l'ont fait ici sur Terre."

Prends Vénus, par exemple, Le voisin immédiat de la Terre et la "planète préférée de Carter, " comme elle l'admet volontiers. Même avec les télescopes les plus puissants, nous n'arrivons jamais à voir sa surface, qui est en permanence à l'abri de la vue par un linceul brûlant de nuages. Jusqu'aux années 1960, les romans de science-fiction spéculaient sur une végétation luxuriante, monde tropical couvert de jungles.

"Radar a écrasé cette idée, comme il a dévoilé un solide, surface super chaude avec de nombreux volcans. » dit Carter. « Tout d'un coup, Vénus n'avait pas du tout l'air hospitalière."

Contrairement aux explorateurs et cartographes qui se sont aventurés à cartographier la Terre depuis la terre et la mer, les planétologues doivent cartographier de loin, regarder à travers des télescopes, ou, s'ils ont la chance d'obtenir le financement d'une mission spatiale, de l'orbite.

Une table basse sur Mars ?

L'une des missions de visualisation les plus réussies est HiRISE, qui est dirigé par l'UA. HiRISE est une caméra d'imagerie haute résolution qui a photographié Mars avec des détails sans précédent tout en orbite autour de la planète rouge à bord du Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA pendant plus de 10 ans. Les images sont si détaillées qu'au cours d'une décennie, après avoir cassé 62, 712 photos, il n'a couvert que 3,5 pour cent de la surface martienne. Mais la couverture n'a jamais été le but HiRISE a été envoyé sur Mars pour trouver les futurs sites d'atterrissage et fournir une image qui aidera les scientifiques à comprendre les processus géologiques anciens et actuels de Mars. La planète s'est avérée étonnamment active malgré le fait qu'il fait froid, monde poussiéreux dépourvu de tectonique des plaques ou de champ magnétique et dont l'atmosphère s'est en grande partie emportée dans l'espace.

HiRISE, dont l'œil est assez aiguisé pour repérer une table basse (s'il y en avait une) sur le sol à 180 milles au-dessus, est maintenant dans sa cinquième extension et toujours aussi fort. Au moment de son lancement, des cartes de la Terre de même détail ont été classées et accessibles uniquement aux individus du Pentagone, dit Alfred McEwen, Professeur de sciences planétaires de l'UA Regents et chercheur principal de HiRISE.

Depuis, HiRISE a révélé une planète incroyablement belle. La vision stéréo de l'instrument, une résolution sans précédent et des passes d'imagerie répétées ont complètement changé la façon dont les scientifiques ont interprété les images précédentes prises de la planète rouge, dit McEwen.

"Ce que nous pensions être d'anciennes dunes, par exemple, figé dans le temps pendant peut-être des millions d'années, s'est avéré être en constante évolution."

HiRISE a vu toute une série d'activités en cours, y compris de nouveaux cratères d'impact, où la météorite impactante a soufflé de la glace d'eau sous la surface de la planète, ravines d'érosion et autres caractéristiques, certains sont si surnaturels que les géologues planétaires comme McEwen ont encore du mal à expliquer leur origine avec certitude.

"Nous continuons à trouver de nouvelles choses, comme les caractéristiques des régions polaires que nous appelons araignées, " dit McEwen. " Nous pensons qu'ils sont causés par le gaz carbonique circulant sous les calottes glaciaires, sculpter la topographie de surface. Une autre découverte récente concerne les rochers qui descendent lentement, peut-être dû à l'expansion et à la contraction saisonnières de la glace souterraine.

Prendre des photos n'est que la première étape pour générer une carte d'une surface planétaire suffisamment précise pour permettre aux atterrisseurs d'atterrir sans s'écraser sur des rochers non découverts ou empêcher les rovers robotiques de se coincer dans le sable meuble.

"Pour faire une carte, vous devez comprendre la géométrie de vos images et les mosaïquer ensemble. Et puis vous devez changer la perspective à quoi cela ressemble tout de suite, à moins que les originaux n'aient été acquis de cette façon, " McEwen a dit du processus appelé orthorectification.

L'orthorectification est nécessaire pour dériver la topographie d'une image, il explique. Les scientifiques de l'UA qui ont produit le premier atlas détaillé de la lune ont utilisé un modèle plutôt analogique, mais une configuration élégamment simple pour accomplir cela. Ces jours, cela est fait par les yeux perçants de personnes spécialement formées et par des logiciels sophistiqués.

Les satellites métamorphes de Jupiter

Certains des autres défis auxquels sont confrontés les cartographes du système solaire sont de savoir comment définir le niveau de la mer lorsque votre objet d'étude n'a pas de mer ou comment déterminer les coordonnées d'un objet qui n'est pas exactement sphérique ou qui change constamment de forme.

"Beaucoup de satellites de Jupiter sont ce que nous appelons des ellipsoïdes triaxiaux, " dit McEwen. " Leurs formes tridimensionnelles changent avec les fortes forces de marée sous le champ gravitationnel de Jupiter, et c'est un vrai défi si vous voulez faire de la cartographie de précision."

Mesurer de tels changements est intéressant en soi, cependant, car il révèle des indices sur les propriétés intérieures de ces objets qui seraient difficiles ou impossibles à étudier autrement, ajoute McEwen.

Les scientifiques et les ingénieurs d'UA ont fait avancer le domaine en concevant des instruments et des caméras qui ont volé lors de plusieurs missions spatiales pour cartographier un territoire inconnu, dont Mercure, la planète la plus proche du soleil, Les lunes Titan et Encelade de Saturne, et la lune Io de Jupiter. Ils travaillent également sur des instruments proposés pour de futurs projets de cartographie qui incluent la lune de la Terre, Mars et Europe, La grande lune de Jupiter dont l'océan d'eau souterraine est considéré comme un candidat chaud pour la vie extraterrestre.

Plus récemment, Les scientifiques de l'UA sont sur le point d'achever la carte la plus détaillée jamais réalisée de tout corps du système solaire, dont la Terre :des caméras conçues à l'UA scrutent la surface rocheuse de Bennu, un astéroïde géocroiseur à peu près aussi haut que l'Empire State Building, et l'équipe de la mission de retour d'échantillons OSIRIS-REx dirigée par UA a cartographié la surface de Bennu au centimètre près. Être capable de sélectionner un site sûr pour que le vaisseau spatial atterrisse et prélève un échantillon est une condition préalable logique à la mission, qui est sur le point de renvoyer un échantillon de matériau d'astéroïde vierge sur Terre en 2023.

« Au moment où nous aurons terminé la caractérisation des sites d'échantillonnage candidats, nous pourrons voir un objet de la taille d'un sou, " dit Daniella DellaGiustina, scientifique principal en traitement d'images pour OSIRIS-REx.

DellaGiustina ajoute qu'en plus d'assurer la sécurité de la mission, la cartographie à un niveau de détail sans précédent offre « vraiment cool, science incroyable."

"En obtenant un ensemble de données d'un astéroïde entier et en passant de cette échelle à une imagerie de pixels de la taille d'un centimètre, nous pouvons vraiment commencer à connecter les astéroïdes à la population de météorites que nous avons dans nos laboratoires, " dit DellaGiustina.

Faire cela, l'équipe a dû inventer de nouvelles techniques et augmenter les logiciels de cartographie disponibles pour capturer une représentation précise de Bennu, un objet de forme irrégulière dont la surface est parsemée de rochers, dont certains de la taille d'un garage de stationnement et avec surplomb.

Naviguer en trois dimensions

"Un seul système de coordonnées ne suffit pas, donc nous travaillons à la fois en latitude et longitude et coordonnées cartésiennes tout le temps, " dit DellaGiustina. " Cela nous permet de générer des nuages ​​de points 3D et d'attribuer des coordonnées précises à chaque pixel. "

En plus de permettre de futures missions d'exploration humaine vers Mars, cette recherche aide à répondre à des questions fondamentales sur la façon dont la planète rouge est devenue ce qu'elle est aujourd'hui, Bramson explique.

"En cartographiant la glace souterraine, nous pouvons essayer de reconstituer l'histoire climatique de la planète, " dit-elle. " Cela nous permet de comprendre les changements climatiques naturels sans les facteurs de confusion que nous avons sur Terre, comme la population humaine, la végétation et les océans."