Des expériences terrestres sur des alliages fer-soufre supposés constituer le noyau de Mars révèlent pour la première fois des détails sur les propriétés sismiques de la planète. Ces informations seront comparées aux observations faites par les sondes spatiales martiennes dans un futur proche. Que les résultats entre l'expérience et l'observation coïncident ou non confirmera les théories existantes sur la composition de Mars ou remettra en question l'histoire de son origine.

Mars est l'un de nos plus proches voisins terrestres, pourtant c'est encore très loin, entre 55 et 400 millions de kilomètres environ, selon la position de la Terre et de Mars par rapport au Soleil. Au moment de la rédaction, Mars est à environ 200 millions de kilomètres, et en tout cas, c'est extrêmement difficile, cher et dangereux d'accès. Pour ces raisons, il est parfois plus judicieux d'étudier la planète rouge par le biais de simulations ici sur Terre que d'envoyer une sonde spatiale coûteuse ou, à l'avenir, personnes.

Keisuke Nishida, un professeur assistant du Département des sciences de la Terre et des planètes de l'Université de Tokyo au moment de l'étude, et son équipe étudient le fonctionnement interne et la composition de Mars via des données sismiques qui révèlent non seulement l'état actuel de la planète, mais aussi suggérer son passé, y compris ses origines.

"L'exploration des intérieurs profonds de la Terre, Mars et les autres planètes est l'une des grandes frontières de la science, " a déclaré Nishida. " C'est fascinant en partie à cause des échelles intimidantes impliquées, mais aussi à cause de la façon dont nous les étudions en toute sécurité depuis la surface de la Terre."

Pendant longtemps, il a été théorisé que le noyau de Mars est probablement constitué d'un alliage fer-soufre. Mais étant donné à quel point le noyau de la Terre nous est inaccessible, les observations directes du noyau de Mars devront probablement attendre un certain temps. C'est pourquoi les détails sismiques sont si importants, comme des ondes sismiques, semblables à des ondes sonores extrêmement puissantes, peut voyager à travers une planète et offrir un aperçu de l'intérieur, mais avec quelques mises en garde.

"La sonde Insight de la NASA est déjà sur Mars pour collecter des lectures sismiques, " dit Nishida. " Cependant, même avec les données sismiques, il manquait une information importante sans laquelle les données ne pouvaient être interprétées. Nous avions besoin de connaître les propriétés sismiques de l'alliage fer-soufre censé constituer le noyau de Mars."

Nishida et son équipe ont maintenant mesuré la vitesse de ce qu'on appelle les ondes P (l'un des deux types d'ondes sismiques, l'autre étant les ondes S) dans les alliages fer-soufre fondus.

« En raison d'obstacles techniques, il a fallu plus de trois ans avant de pouvoir collecter les données ultrasonores dont nous avions besoin, donc je suis très heureux que nous l'ayons maintenant, " dit Nishida. " L'échantillon est extrêmement petit, ce qui pourrait surprendre certaines personnes étant donné l'énorme échelle de la planète que nous simulons effectivement. Mais les expériences à haute pression à l'échelle microscopique aident à l'exploration des structures à l'échelle macroscopique et des histoires évolutives à longue échelle des planètes. »

Un alliage fer-soufre fondu juste au-dessus de son point de fusion de 1, 500 degrés Celsius et soumis à 13 gigapascals de pression a une vitesse d'onde P de 4, 680 mètres par seconde; c'est plus de 13 fois plus rapide que la vitesse du son dans l'air, qui est de 343 mètres par seconde. Les chercheurs ont utilisé un appareil appelé presse multi-enclumes de type Kawai pour comprimer l'échantillon à de telles pressions. Ils ont utilisé des faisceaux de rayons X provenant de deux installations de synchrotron, KEK-PF et SPring-8, imager les échantillons afin de calculer ensuite les valeurs d'onde P.

"En prenant nos résultats, les chercheurs qui lisent les données sismiques martiennes seront désormais en mesure de dire si le noyau est principalement un alliage fer-soufre ou non, " dit Nishida. " Si ce n'est pas le cas, cela nous dira quelque chose sur les origines de Mars. Par exemple, si le noyau de Mars comprend du silicium et de l'oxygène, il suggère que, comme la Terre, Mars a subi un énorme impact lors de sa formation. Alors de quoi est fait Mars, et comment s'est-il formé ? Je pense que nous sommes sur le point de le découvrir."

L'étude est publiée dans Communication Nature .