Alors qu'il contourne un ancien lit de lac sur Mars, le rover Perseverance de la NASA rassemble une collection de roches unique en son genre. L'explorateur de la taille d'une voiture fore méthodiquement la surface de la planète rouge et en extrait des noyaux de substrat rocheux qu'il stocke dans de solides tubes en titane. Les scientifiques espèrent un jour ramener les tubes sur Terre et analyser leur contenu à la recherche de traces de vie microbienne intégrée.
Depuis son atterrissage à la surface de Mars en 2021, le rover a rempli 20 de ses 43 tubes de noyaux rocheux. Aujourd'hui, les géologues du MIT ont déterminé à distance une propriété cruciale des roches collectées jusqu'à présent, ce qui aidera les scientifiques à répondre à des questions clés sur le passé de la planète.
Dans une étude publiée aujourd'hui (4 mars) dans la revue Earth and Space Science , une équipe du MIT rapporte avoir déterminé l'orientation originale de la plupart des échantillons de substrat rocheux collectés par le rover à ce jour. En utilisant les propres données techniques du rover, telles que le positionnement du véhicule et de sa foreuse, les scientifiques ont pu estimer l'orientation de chaque échantillon de substrat rocheux avant qu'il ne soit extrait du sol martien.
Les résultats représentent la première fois que des scientifiques orientent des échantillons de substrat rocheux sur une autre planète. La méthode de l’équipe peut être appliquée aux futurs échantillons que le rover collectera au fur et à mesure qu’il étend son exploration en dehors de l’ancien bassin. Reconnaître les orientations de plusieurs roches à divers endroits peut alors donner aux scientifiques des indices sur les conditions sur Mars dans lesquelles les roches se sont formées à l'origine.
"Il y a tellement de questions scientifiques qui dépendent de la capacité à connaître l'orientation des échantillons que nous rapportons de Mars", explique l'auteur de l'étude Elias Mansbach, étudiant diplômé au Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes du MIT. P>
"L'orientation des roches peut vous renseigner sur tout champ magnétique ayant pu exister sur la planète", ajoute Benjamin Weiss, professeur de sciences planétaires au MIT. "Vous pouvez également étudier comment l'eau et la lave se sont écoulées sur la planète, la direction du vent ancien et les processus tectoniques, comme ce qui a été soulevé et ce qui a coulé. C'est donc un rêve de pouvoir orienter le substrat rocheux sur une autre planète, car cela va pour ouvrir tant d'investigations scientifiques."
Les co-auteurs de Weiss et Mansbach sont Tanja Bosak et Jennifer Fentress du MIT, ainsi que des collaborateurs de plusieurs institutions, dont le Jet Propulsion Laboratory de Caltech.
Changement profond
Le rover Perseverance, surnommé "Percy", explore le fond du cratère Jezero, un grand cratère d'impact recouvert de roches ignées, qui pourraient avoir été déposées lors d'éruptions volcaniques passées, ainsi que de roches sédimentaires qui se sont probablement formées à partir de roches asséchées depuis longtemps. rivières qui alimentaient le bassin.
"Mars était autrefois chaude et humide, et il est possible qu'il y ait eu de la vie là-bas à une certaine époque", explique Weiss. "Il fait maintenant froid et sec, et quelque chose de profond a dû se produire sur la planète."
De nombreux scientifiques, dont Weiss, soupçonnent que Mars, comme la Terre, abritait autrefois un champ magnétique qui protégeait la planète du vent solaire. Les conditions auraient alors pu être favorables à l'eau et à la vie, au moins pendant un certain temps.
"Une fois ce champ magnétique disparu, le vent solaire - ce plasma qui bout à partir du soleil et se déplace plus vite que la vitesse du son - s'est écrasé dans l'atmosphère de Mars et l'a peut-être éliminé sur des milliards d'années", explique Weiss. "Nous voulons savoir ce qui s'est passé et pourquoi."
Les roches situées sous la surface martienne détiennent probablement un enregistrement de l'ancien champ magnétique de la planète. Lorsque les roches se forment pour la première fois à la surface d’une planète, la direction de leurs minéraux magnétiques est déterminée par le champ magnétique environnant. L'orientation des roches peut ainsi aider à retracer la direction et l'intensité du champ magnétique de la planète et son évolution au fil du temps.
Puisque le rover Perseverance collectait des échantillons de substrat rocheux, ainsi que de sol et d'air de surface, dans le cadre de sa mission d'exploration, Weiss, membre de l'équipe scientifique du rover, et Mansbach ont cherché des moyens de déterminer l'orientation originale du substrat rocheux du rover. échantillons comme première étape vers la reconstruction de l'histoire magnétique de Mars.
"C'était une opportunité incroyable, mais au départ, il n'y avait aucune exigence de mission pour orienter le substrat rocheux", note Mansbach.
Roulez-vous avec
Pendant plusieurs mois, Mansbach et Weiss ont rencontré des ingénieurs de la NASA pour élaborer un plan permettant d'estimer l'orientation originale de chaque échantillon de substrat rocheux avant qu'il ne soit extrait du sol. Le problème était un peu comme prédire dans quelle direction pointe un petit cercle de feuille de gâteau, avant de tordre un emporte-pièce rond pour en retirer un morceau. De même, pour échantillonner le substrat rocheux, Perseverance visse un foret en forme de tube dans le sol à un angle perpendiculaire, puis retire le foret directement, ainsi que toute roche qu'il pénètre.
Pour estimer l'orientation de la roche avant qu'elle ne soit extraite du sol, l'équipe a réalisé qu'elle devait mesurer trois angles, le hade, l'azimut et le roulis, qui sont similaires au tangage, au lacet et au roulis d'un bateau. Le hade est essentiellement l'inclinaison de l'échantillon, tandis que l'azimut est la direction absolue vers laquelle pointe l'échantillon par rapport au nord géographique. Le rouleau fait référence à la rotation d'un échantillon avant de revenir à sa position d'origine.
En discutant avec des ingénieurs de la NASA, les géologues du MIT ont découvert que les trois angles requis étaient liés aux mesures que le rover prend lui-même au cours de ses opérations normales. Ils ont réalisé que pour estimer l'azimut et l'azimut d'un échantillon, ils pouvaient utiliser les mesures de l'orientation de la foreuse prises par le rover, car ils pouvaient supposer que l'inclinaison de la foreuse était parallèle à tout échantillon extrait.
Pour estimer le roulement d'un échantillon, l'équipe a profité de l'une des caméras embarquées du rover, qui prend une image de la surface sur laquelle la foreuse est sur le point d'échantillonner. Ils ont estimé qu'ils pourraient utiliser n'importe quelle caractéristique distinctive de l'image de surface pour déterminer de combien l'échantillon devrait tourner pour revenir à son orientation d'origine.
Dans les cas où la surface ne présentait aucune caractéristique distinctive, l'équipe a utilisé le laser embarqué du rover pour faire une marque dans la roche, en forme de lettre « L », avant de forer un échantillon - un geste qui a été évoqué en plaisantant lors du temps comme le premier graffiti sur une autre planète.
En combinant toutes les données de positionnement, d'orientation et d'imagerie du rover, l'équipe a estimé les orientations originales des 20 échantillons de roche martienne collectés jusqu'à présent, avec une précision comparable à l'orientation des roches sur Terre.
"Nous connaissons les orientations avec une incertitude de 2,7 degrés près, ce qui est mieux que ce que nous pouvons faire avec les roches de la Terre", explique Mansbach. "Nous travaillons actuellement avec des ingénieurs pour automatiser ce processus d'orientation afin qu'il puisse être réalisé avec d'autres échantillons à l'avenir."
"La prochaine phase sera la plus excitante", déclare Weiss. "Le rover sortira du cratère pour récupérer les plus anciennes roches connues sur Mars, et c'est une opportunité incroyable de pouvoir orienter ces roches et, espérons-le, découvrir un grand nombre de ces processus anciens."
Plus d'informations : Benjamin P. Weiss et al, Échantillons de substrat rocheux orientés forés par le rover Perseverance sur Mars, Sciences de la Terre et de l'espace (2024). DOI :10.1029/2023EA003322
Fourni par le Massachusetts Institute of Technology
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche, de l'innovation et de l'enseignement du MIT.
