La structure interne de Mars révélée par les données sismiques d’InSight
Bruxelles, le 23 juillet 2021 – La revue Science a publié aujourd’hui de nouveaux résultats issus des données de la mission InSight de la NASA, qu’Attilio Rivoldini, chercheur de l’Observatoire royal de Belgique, a contribué à obtenir. En se basant sur plus de deux ans de données du sismomètre SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) à bord d’InSight et en utilisant les modèles géophysiques existants de l’intérieur de Mars, les scientifiques ont été en mesure de déterminer la taille de son noyau liquide et de détailler la structure sismique de sa croûte et de son manteau supérieur. Ces résultats améliorent considérablement nos connaissances sur la structure interne actuelle de Mars et fournissent des informations importantes sur sa formation et son évolution.
Vue d’artiste de l’atterrisseur InSight de la NASA, avec l’instrument SEIS mis en évidence sur l’image. Crédit: NASA/JPL.
Jusqu’à récemment, les scientifiques ont pu étudier l’intérieur de Mars principalement en mesurant sa rotation, son champ de gravité, sa topographie et sa géologie grâce à des satellites en orbite, des rovers stationnaires et des instruments à sa surface. Grâce à l’instrument SEIS, placé à la surface de Mars en décembre 2018, les chercheurs disposent désormais de plus de deux ans d’observations sismiques qui fourniront de nouvelles informations sur la structure interne de Mars, 130 ans après le premier enregistrement sismique sur la Terre et 50 ans après la pose d’un sismomètre sur la Lune lors des missions Apollo.
Les auteurs des deux articles de Science, parmi lesquels Attilio Rivoldini, ont analysé les données sismiques pour détecter et déduire le rayon du noyau de Mars et la structure de sa croûte.
Les résultats convergent vers un noyau liquide d’un rayon d’environ 1830 ± 40 km. Cette valeur est plus précise, mais correspond bien aux estimations précédentes déduites des données de rotation et de gravité. Ce grand rayon implique que son noyau ferreux est relativement peu dense et, par conséquent, a une fraction d’éléments légers significativement plus grande que celle du noyau de la Terre. Ce dernier point suggère que le noyau est entièrement fondu, ce qui est en accord avec l’arrêt précoce supposé de la dynamo martienne. En effet, la cristallisation en cours d’un noyau interne aurait très probablement conduit à un allongement substantiel de sa longévité. La grande taille du noyau exclut également la présence de la bridgmanite dans le manteau inférieur de Mars. La bridgmanite, le minéral le plus abondant dans le manteau inférieur de la Terre, a des effets importants sur la répartition de la chaleur interne actuelle et l’évolution passée d’une planète.
Le relevé sismique de la croûte sous l’atterrisseur InSight a révélé qu’à cet endroit, la croûte a soit 20 km d’épaisseur et deux couches, soit 39 km d’épaisseur et trois couches. En extrapolant ces résultats à l’ensemble de la planète à l’aide des données topographiques et gravitationnelles, les chercheurs ont obtenu une épaisseur moyenne de la croûte comprise entre 24 km et 72 km. Les auteurs ont aussi effectué une modélisation géodynamique en utilisant ces résultats. Ils découvrent que, dans le cas où la croûte est épaisse, la concentration d’éléments radioactifs producteurs de chaleur dans la croûte correspond aux observations de surface précédentes. Si la croûte est par contre fine, la concentration de ces éléments doit être plus importante. La quantité d’éléments producteurs de chaleur dans la croûte est liée à celle de la planète entière et a des implications importantes pour la chaleur interne passée et présente de Mars.
En continuant d’analyser les données sismiques de SEIS et celles de l’instrument de radioscience RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) à bord d’InSight, on pourra obtenir une bien meilleure connaissance de l’intérieur profond de Mars, et une meilleure compréhension de sa formation et de son évolution.
Références :
Stähler et al. (including Attilio Rivoldini), Seismic detection of the martian core, Science, 23 Jul 2021: Vol. 373, Issue 6553, pp. 443-448. DOI: 10.1126/science.abi7730.
Knapmeyer-Endrun et al. (including Attilio Rivoldini), Thickness and structure of the martian crust from InSight seismic data, Science, 23 Jul 2021: Vol. 373, Issue 6553, pp. 438-443. DOI: 10.1126/science.abf8966.