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La veille de Noël 2021, à 22h38, un mouvement sismique important puisqu’il fut classé au-dessus de 4 sur l’échelle de Richter, fut enregistré par le sismomètre SEIS* déposé sur le sol de Mars par la sonde InSight* de la NASA. Le 18 septembre un autre impact à peine moins important avait été enregistré. Ces enregistrements purent être faits grâce à la capture des ondes sismiques P et S puis R** provenant de ces événements, qui sont exceptionnels puisqu’aucun mouvement sismique comparable (d’origine externe) n’avait été ressenti depuis l’atterrissage de la sonde fin Novembre 2018. Ces ondes de nature et de vitesse différentes permirent de les localiser assez précisément. Plusieurs mois plus tard, la caméra HiRISE embarquée à bord de l’orbiteur MRO, de la NASA, repéra, là où ils devaient être, deux magnifiques cratères encore « frais ». Une étude à leur sujet a été publiée dans la revue Science du 27 octobre 2022 (référence en fin d’article).
*SEIS est l’acronyme de Seismic Experiment for Interior Structure, InSight est celui de Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport.
**Les ondes P et S sont des ondes volumétriques. Les P (Primaires) sont longitudinales et les S (Secondaires), un peu plus lentes, sont transversales. Un second type, les ondes de surface (R et L), sont de deux types, « de Love » ou « de Rayleigh », les premières verticalement et horizontalement, les secondes en mouvement tournant en rouleaux. Les deux impacts mentionnés furent à l’origine d’ondes de ce second type enregistrées sur Mars pour la première fois.
Les cratères se trouvent assez loin d’InSight (la sonde se trouve au Nord de Curiosity, dans Elysium Planitia). Le premier (S1094b) à 3460 km (soit à 58,5° sur la sphère martienne), dans Amazonis Planitia (à l’Ouest NO du socle de Tharsis). C’est le plus important ; il a environ 150 mètres de diamètre. L’astéroïde qui l’a creusé devait avoir une masse de 250 à 650 tonnes pour une dizaine de mètres de diamètre. Le second (S1000a) est situé à 7455 km (à 126°) dans la région de Tempe Terra ; il a environ 130 mètres de diamètre (et le cratère principal est entouré de plusieurs cratères secondaires). Le plus lisible est S1094b parce qu’il est plus près de SEIS et sur un terrain plat relativement homogène alors que le second est séparé par près de la moitié de la sphère planétaire, ce qui a induit l’interférence de la masse du noyau de la planète sur les ondes émises. Il est aussi situé derrière un graben (fossé) qui a agi comme un écran entre le choc et le sismographe.
Ces impacts ont permis une meilleure vision de l’intérieur de la planète et amélioré ce qu’on savait déjà de l’épaisseur des différentes couches qui la structurent (croûte, manteau, noyau) et sur l’inhomogénéité de la croûte (la planète ressemble de ce fait plus à la Lune qu’à la Terre). Mais ce qui m’intéresse le plus ici c’est l’impact lui-même, d’une part par ce qu’il montre du sous-sol immédiat qu’il a découvert et d’autre part par le danger des météorites sur Mars dont il nous rappelle la réalité.
Concernant le premier point, ce qui a été le plus remarqué c’est que S1094b a révélé de la glace d’eau cachée sous le régolithe. Elle n’était pas totalement sublimée quelques mois après l’impact, ce qui implique qu’il y en avait bien davantage car la latitude est basse (température au dessus de 0°C possible dans la journée). C’est de fait la plus basse (35°N) à laquelle on a constaté visuellement de la glace dans le sous-sol immédiat (précédent 39°N). Comme rien ne laissait présager cette présence, cela renforce l’intérêt de mener la mission I-MIM équipée d’un radar puissant pour sonder les premiers mètres du sol, mission dont j’ai parlé la semaine dernière. Cela confirme aussi l’idée qu’on pourra facilement extraire de la glace d’eau un peu partout sur Mars (la profondeur du cratère est de 21 mètres en moyenne).
Mais ces impacts posent aussi le problème du danger des météorites qu’encourront les humains qu’on enverra un jour sur Mars. Certes les impacts de grosses météorites comme ces deux-ci sont probablement rares mais il risque d’y en avoir nettement plus, et de toute taille, que sur Terre. En voici les raisons :
1) Mars est tout près de la Ceinture d’Astéroïdes et peut-être, du fait de ce voisinage, ceux qui évoluent dans l’environnement martien (les NMO, Near Mars Objects) sont-ils moins rares que ceux qui évoluent dans notre environnement (les NEO, Near Earth Objects, “astéroïdes géocroiseurs” en Français).
2) La sphère de Hill de Mars (son ère d’attractivité gravitationnelle dominante) est très inférieure à celle de la Terre. Cela réduit donc le nombre et la taille des astéroïdes qu’elle peut attirer vers elle.
Toutes choses égales par ailleurs, on peut donc estimer qu’il y a au moins autant d’astéroïdes qui arrivent dans l’atmosphère de Mars que dans celle de la Terre. C’est à partir de là (prise en compte de l’action de l’atmosphère) que se manifeste la vraie différence entre Mars et la Terre.
Je passe, rapidement, sur une première différence qui est celle de la gravité du corps sur lequel tombe l’astéroïde. La même masse impactant la Terre, Mars, la Lune ou Arrokoth (petit astéroïde orbitant dans la Ceinture de Kuyper découvert par la sonde New Horizon), n’aura pas du tout le même effet. La force de l’impact résulte de la différence relative des vitesses de déplacement et de la force de gravité des astres en présence. Ceci dit la différence entre la Terre et Mars fait qu’une masse de 250 à 650 tonnes pèsera quand même 100 à 250 tonnes sur Mars.
Je passe aussi sur la composition minéralogique des astéroïdes NEO et sans doute NMO. Il est évident que tous ces petits corps sont d’une grande variété mais 75% (type C) sont des chondrites carbonées; 17% (type S) sont riches en silicates, fer, nickel et magnésium; les astéroïdes purement métalliques (type M) sont de quelques pourcents. Leur densité est également variable et fonction de cette composition. Quoi qu’il en soit les astéroïdes peu denses sont la grande majorité.
La différence de densité d’atmosphère joue un rôle beaucoup plus important. L’atmosphère terrestre forme un écran protecteur qui manque presque totalement pour Mars (pression au sol 6 mb en moyenne). Il faut en effet bien voir qu’en dessous d’une certaine masse le freinage par l’atmosphère est très sensible autour de la Terre, et la vitesse d’arrivée au sol est d’autant plus faible que la masse est faible. Ce freinage est synonyme de dissipation d’énergie. On estime qu’en dessous de 100 mètres de diamètre, un astéroïde rocheux libère la plus grande partie de son énergie dans l’atmosphère terrestre et qu’en dessous de 10 mètres la totalité de l’énergie y est dissipée. Et il y a non seulement dissipation d’énergie mais modification de la structure de la masse à l’occasion de cette dissipation. L’atmosphère terrestre brûle en totalité les micrométéorites mais elle disloque aussi les météorites plus grosses. A fin de comparaison il faut savoir que la météorite S1094b faisait une dizaine de mètres de diamètre et que la météorite de Tcheliabinsk devait avoir entre 12 et 17 mètres. Cette dernière s’est fragmentée entre 40 et 20 km d’altitude ce qui sous-entend que sur Terre S1094b ne serait certainement pas arrivé au sol.
On voit bien que sur Mars presque rien ne va freiner l’astéroïde avant l’impact au sol. Je dis « presque » parce que l’atmosphère martienne va quand même ralentir et même brûler les plus petites masses (ce que ne peut pas faire l’environnement lunaire puisque la Lune n’a pratiquement pas d’atmosphère mais la force de gravité lunaire est deux fois moins grande). Dans son étude en référence (un peu ancienne, 1969, mais sans doute toujours valable), Robert Dycus nous dit que l’atmosphère offre très peu de protection contre les météorites de masse supérieure à une tonne et qu’à partir de 10 grammes et en-dessous, elles sont totalement freinées (mais peuvent arriver au sol en chute libre). Ce qui laisse beaucoup de possibilités d’impacts très rudes.
Certes on pourra recenser les plus gros NMO comme on le fait pour les NEO terrestres estimés dangereux. Mais le critère des 140 mètres de diamètre minimum adopté pour la Terre* ne sera pas suffisant pour Mars pour limiter les catastrophes. Et plus on descendra en taille, plus les astéroïdes seront nombreux, plus ils seront difficiles à détecter de loin. On n’arrivera jamais à descendre suffisamment bas pour être « tranquille » car même une brèche de quelques cm dans un habitat pressurisés serait un événement grave nécessitant d’être traité en urgence. Il faudra donc vivre avec ce danger.
*c’est l’objectif du recensement demandé au télescope NEO Surveyor qui doit être lancé par la NASA au premier semestre 2026.
C’est un risque qu’il faudra prendre en compte quand l’homme créera une base habitable sur Mars. Sa concrétisation sera relativement rare mais sérieuse. Cela veut dire qu’il y aura des accidents certes peu fréquents mais beaucoup moins rares que sur Terre et plus dangereux puisque l’air extérieure sera très ténu et irrespirable. Que pourra-t-on faire pour se protéger ?
Pour ce qui est des habitats il faudra privilégier les habitats enterrés plutôt que les structures édifiées en surface (si elles le sont, la couverture de régolithe sera indispensable). Deux mètres de régolithe, recommandé pour les radiations, seront également efficaces contre les petits astéroïdes. Par ailleurs, il faudra segmenter les habitats par des portes coupe-feu ou coupe-dépressurisation pour qu’en cas d’impact sur un volume viabilisé aérien, tout l’air respirable de la base ne s’échappe dans l’atmosphère.
Pour les petits impacts, toute personne « à l’extérieur », en « EVA » comme on dit, (« Extra Vehicular Activity ») devra porter avec elle une boite avec des patchs permettant de stopper les accidents de dépressurisation (mais de toute façon il faudra se prémunir contre les conséquences d’accrocs divers). De même les passagers de véhicules pressurisés devront emporter dans leur trousse de secours des plaques de matériaux et un équipement pour les souder, permettant de colmater les trous dans la coque ou la carrosserie de leur véhicule (mais de toute façon la « trousse à outil » devra pouvoir remédier à toute perforation d’un habitat pressurisé).
Cela ne va quand même pas nous empêcher d’aller sur Mars. Il y aura probablement beaucoup moins d’impacts d’astéroïdes (quelques 200 par an estimés) que d’accidents de voiture sur Terre.
Illustration de titre : cratère d’impact de l’astéroïde S1094b. Photo HiRISE (orbiteur MRO) crédit NASA.
Illustration ci-dessous : une magnifique météorite métallique (fer/nickel) de 5 cm de diamètre rencontrée par Curiosity le 30 Oct. 2016. Crédit NASA/JPL-Caltech/MSSS.
Liens :
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add8574#:~:text=On%2024%20December%202021%2C%20the%20InSight%20Mars%20lander%20recorded%2C%20for,details%20of%20the%20martian%20crust.&text=A%20satellite%20image%20of%20the,by%20the%20Mars%20Reconnaissance%20Orbiter.
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