Comme des millions de personnes dans le monde, David Shuster et sa fille de 7 ans ont applaudi sauvagement lorsque le rover Perseverance a été abaissé par une grue céleste à la surface martienne le 18 février pour commencer des années d'exploration. Mais pour lui et un sous-ensemble de l'équipe scientifique de Mars 2020, la vraie gratification sera retardée.

Shuster est l'un des 15 membres de l'équipe axée sur le retour des échantillons, ce qui signifie qu'eux - ou leurs successeurs étudiants diplômés - ne mettront pas la main sur de véritables roches martiennes avant 10 ans, au plus tôt. La NASA et l'Agence spatiale européenne lanceront deux missions supplémentaires pour collecter les roches que Persévérance a mises de côté et les renvoyer sur Terre, idéalement d'ici 2031.

Néanmoins, Shuster, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'Université de Californie, Berkeley, et spécialiste de la datation de vieilles roches, n'est pas dégouté. Il a lui-même étudié les roches lunaires rapportées par les astronautes de l'ère Apollo il y a plus de 50 ans et ressent une affinité particulière avec les scientifiques qui ont protégé ces précieux échantillons au profit de ceux qui sont venus après. Il, trop, aidera une nouvelle génération de scientifiques.

"L'une des choses qui me motive à propos de cette mission est le fait que j'ai bénéficié de ces échantillons d'Apollo qui ont été collectés avant ma naissance. Je sais de première main ce que c'est que de bénéficier du travail vraiment dur, pas seulement pendant les missions elles-mêmes et par les astronautes eux-mêmes, mais par les scientifiques qui ont organisé et documenté tous ces échantillons, " dit Shuster. " J'apprécie tout de suite la valeur de cela, mais aussi l'importance de le faire avec soin pour la mission de retour d'échantillons sur Mars. Avec toute la science qui sera faite sur ces échantillons, les échantillons que nous collectons sont importants. Pas n'importe quelle vieille pierre fonctionne pour les choses que nous faisons ici dans le laboratoire."

Pour lui, les questions clés sont :quel âge a le cratère Jezero, où la persévérance a atterri, et quand est-ce que l'eau liquide a existé à la surface et a déposé les sédiments et sculpté les caractéristiques alluviales clairement visibles dans le cratère ? Estimations de l'âge du cratère, qui sont basés sur le nombre de petits cratères d'impact à l'intérieur du plus grand cratère Jezero, allant de 1,7 milliard d'années à plus de 3 milliards d'années, il a dit.

"L'une des choses intéressantes à propos de ce site d'atterrissage est qu'il semble assez clair qu'à un moment donné dans le passé - on ne sait pas quand - le cratère Jezero était un lac, et il déposait des sédiments, comme cet éventail magnifiquement conservé, " il a dit.

Alors que les instruments à bord Perseverance peuvent tester les roches et les sédiments pour la composition chimique et la minéralogie, ils ne peuvent pas déterminer l'âge. Les mesures d'isotopes radioactifs nécessaires pour déterminer avec précision l'âge ne peuvent être effectuées que dans des laboratoires sur Terre.

"Essayer d'obtenir des réponses quantitatives à ces questions, sur la base de mesures géochimiques, n'est pas anodin - c'est difficile à faire même sur Terre, " dit Shuster, qui utilise principalement la classe mondiale, équipement de pointe au centre de géochronologie indépendant de Berkeley.

compliquer l'analyse, les échantillons de retour—seulement 28, si tout va bien, sera petit, chacun de la taille d'un bâton de craie pour tableau noir. Les scientifiques prévoient de les analyser avec toutes les techniques chimiques et minéralogiques disponibles, tout en sauvegardant autant d'échantillons que possible pour l'avenir, dans l'espoir d'améliorer les techniques d'analyse. Heureusement, bien que l'analyse géochronologique détruise la roche pour déterminer son âge, le processus ne nécessite que de minuscules pièces.

"La grande question est, si nous trouvons des preuves de la vie passée sur Mars - ce qui est une grande motivation derrière cette mission - la toute prochaine question sera, 'C'était quand?', " Shuster a déclaré. "Nous devons savoir 'quand' dans un sens absolu, parce que la prochaine question que nous allons poser est, 'Ce qui se passait sur Terre à ce moment-là, et comment ces deux-là se comparent-ils ?'"

"Une mission désintéressée"

Alors que Shuster prévoit d'être là pour effectuer une partie de cette analyse, son étudiant diplômé, Andrew "Drew" Gorin, est prêt à récolter les bénéfices, trop.

"Beaucoup de personnes en charge de la mission vont être à la retraite au moment où les échantillons reviendront - je suis impressionné qu'une équipe de scientifiques aussi massive se lance dans une mission aussi altruiste, " dit Gorin, qui est venu à UC Berkeley l'année dernière et n'a pas mis les pieds dans un laboratoire du campus depuis son arrivée. "Les gens consacrent les 10 dernières années de leur carrière à cela et peuvent ne pas développer eux-mêmes les résultats. Alors, c'est excitant d'être impliqué dans le processus en tant qu'étudiant diplômé.

Shuster, un ancien élève de 1996 de l'UC Berkeley en géologie, a mené des travaux approfondis non seulement sur les roches lunaires, mais aussi des roches de Mars :des pierres qui ont été projetées de la surface martienne par un impact de météore et qui ont finalement traversé le système solaire jusqu'à l'orbite de la Terre et sont entrées dans l'atmosphère sous forme d'étoiles filantes. Plus de 100 de ces météorites de Mars ont été identifiées, mais leur histoire violente, combiné avec des altérations probables en quittant Mars et en tombant sur Terre, font d'eux de piètres représentants de ce que sont les roches sur Mars.

« Il y a des limites importantes à l'étude des météorites de Mars :il n'y a pas de contexte géologique, parce que vous ne savez pas d'où il vient; vous ne savez pas quelle était l'orientation de la roche quand elle était sur la planète, dont vous avez besoin pour les études paléomagnétiques ; et tous les matériaux ne sont pas assez solides pour survivre au processus d'éjection et rester un matériau rocheux, " a-t-il dit. " Ce sont toutes des raisons pour lesquelles la collecte d'échantillons sur la planète elle-même est extrêmement avantageuse. ça simplifie tout ça, cela fait disparaître beaucoup de ces problèmes."

La mission de retour d'échantillon est conçue pour ramener les premiers matériaux d'une autre planète, pas seulement des morceaux de lune, un astéroïde ou de la poussière spatiale. Alors que le rover Perseverance navigue autour du cratère Jezero à la recherche d'affleurements intéressants, Shuster et d'autres membres de l'équipe scientifique de retour des échantillons se réuniront chaque semaine, sinon tous les jours, pour décider quelles roches valent la peine d'être échantillonnées pour le retour sur Terre. La persévérance va alors forer une carotte, stockez-le hermétiquement dans des capsules et transportez-les jusqu'à ce qu'il se soit accumulé suffisamment pour se cacher à la surface. Au moins deux caches sont prévues :une à l'intérieur du cratère et une à l'extérieur, alors que le rover se déplace de l'intérieur du cratère plus jeune vers la roche vraisemblablement plus ancienne dans laquelle Jezero est encastré.

"Notre rôle est de fournir une expertise et des conseils sur la meilleure façon de collecter et quels échantillons collecter, " il a dit, notant que l'équipe a des plans provisoires qui évolueront au fur et à mesure que le rover surveille le paysage. "Les décisions vont être basées sur toutes les informations dont nous disposons, et que l'information évolue dans le temps."

Compter les cratères de météores

Avant de forer des carottes, l'équipe de retour d'échantillons doit décider quelles roches fourniront les réponses dont elles ont besoin. Volcanique, ou igné, les roches fournissent les meilleures dates radiométriques, dit Gorine. Il espère que Persévérance ramassera des roches qui aideront à calibrer la technique standard – le comptage des cratères – désormais utilisée pour estimer l'âge des surfaces des planètes et des lunes. Cette technique est basée sur des corrélations entre les comptages de cratères et la datation radiométrique des roches sur la lune, avec l'hypothèse que la population de météores dans la ceinture d'astéroïdes est similaire autour de la lune et de Mars, avec quelques adaptations pour la gravité et l'atmosphère différentes sur Mars.

"L'idée est, imaginez que vous avez une surface plane qui est bombardée d'impacteurs au fil du temps à un rythme connu, " dit-il. " Sur cette base, si vous comptez la distribution de taille des cratères, vous pouvez revenir en arrière depuis combien de temps cette surface était autrefois complètement plate. Nous avons quelques points d'ancrage que nous avons recueillis sur la lune :coulées de basalte ou de lave, dont on peut imaginer avoir complètement aplati la surface à un moment donné. Les coulées de lave sont vraiment excellentes pour la datation radiométrique."

Gorin a été chargé d'évaluer quelles roches sont susceptibles de fournir une date suffisamment précise pour calibrer le nombre de météores sur Mars.

"Nous voulons trouver un échantillon d'un matériau facilement daté dans le cratère Jezero où nous pouvons ensuite appliquer cette technique de comptage de cratères et également dater radiométriquement quelque chose là-dedans, comparez-les et utilisez-les pour déplacer le point d'ancrage, qui nous permettra de mieux comprendre le fonctionnement du système sur Mars, " il a dit.

Shuster a noté que son équipe de retour d'échantillons doit chevaucher d'autres membres de l'équipe scientifique pour s'assurer que Persévérance a le temps de rassembler des échantillons clés et de les mettre en cache pour le ramassage face au désir suscité par la curiosité d'explorer tous les coins et recoins intéressants. dans le cratère Jezero.

"Cette mission est très différente des précédentes missions du rover Mars car nous avons une date précise, à la fin de laquelle nous devons avoir ces échantillons que nous allons prélever situés à un endroit fixe, " dit-il. " Alors, nous avons un rythme sur cette mission qui est indéniable."

Gorin aura obtenu son doctorat. au moment où les roches martiennes reviennent sur Terre, mais il espère que son travail sur la mission – qui, selon lui, est incroyablement collaboratif entre scientifiques plus jeunes et plus âgés – l'aidera à y accéder par la suite. Et tout était fortuit. Sa thèse de maîtrise au Boston College impliquait l'utilisation de la géochimie pour explorer le changement climatique au cours de toute l'histoire de la Terre, c'est pourquoi il a demandé à travailler avec Shuster lorsqu'il a postulé à l'UC Berkeley. Il a été surpris lorsque Shuster a demandé si son rôle dans la mission de retour d'échantillons sur Mars, ce qui lui prendrait beaucoup de temps, serait une rupture d'accord pour Gorin.

"Quand il m'a demandé si j'étais intéressé à faire ce genre de travail, J'étais comme, « Qui dirait non à ça ? » Dit Gorin. « Cela semble génial. Travailler sur la mission Mars revient à cet enthousiasme enfantin pour la science que nous avons tous. »

"Je me sens vraiment chanceux d'avoir eu l'opportunité de contribuer à une mission aussi importante, " a-t-il ajouté. C'est aussi plus facile d'expliquer son travail à des non-scientifiques. " Je travaille sur la recherche sur le changement climatique depuis un certain temps, ce qui, je pense, est tout aussi important, " il a dit, "mais c'est un peu plus facile d'intéresser les gens à ce travail."