Les propriétés du noyau de Mars révélées par les ondes séismiques qui le traversent
La séismologie est utilisée depuis plus d’un siècle pour explorer l’intérieur de la Terre. Grâce aux séismes détectés récemment sur Mars par le séismomètre de la mission InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), les scientifiques peuvent maintenant sonder l’intérieur profond de Mars.
Depuis plus d’un siècle, les scientifiques ont analysé les ondes séismiques qui se propagent à travers les différentes couches de la Terre pour sonder sa structure profonde et déterminer les propriétés physiques de son intérieur. Le noyau de Mars est au moins partiellement liquide, comme révélé par les mesures de marées et plus récemment, par la détection d’ondes séismiques réfléchies à la limite entre le noyau et le manteau. Une nouvelle étude publiée dans le dernier numéro des Proceedings of the National Academy of Sciences améliore notre connaissance de l’intérieur de la planète rouge. En 2021, deux événements séismiques majeurs dont les ondes ont traversé le noyau ont été détectés par le séismomètre SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) d’InSight et ont permis pour la première fois de sonder directement les propriétés élastiques du noyau. Parmi les co-auteurs de cet article se trouve Attilio Rivoldini de l’Observatoire royal de Belgique.
Le parcours des ondes séismiques, se propageant depuis le foyer jusqu’au point d’observation, dépend de la densité et des propriétés élastiques des couches de matériaux. Ces caractéristiques dépendent à leur tour de la composition des matériaux eux-mêmes. En traversant les couches, les ondes se réfléchissent ou se réfractent aux interfaces où les propriétés des matériaux changent. Il existe deux types d’ondes de volume : les ondes primaires (P) et les ondes secondaires (S). Les ondes P sont des ondes de compression, similaires aux ondes acoustiques, tandis que les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne peuvent se propager à travers les couches liquides.
SEIS a détecté deux événements séismiques provenant de l’hémisphère opposé (voir figure). Les ondes associées, qui se sont propagées à travers le manteau en tant qu’ondes S et ont traversé le noyau en tant qu’ondes P, n’avaient jamais été observées auparavant. Elles sont désignées par la notation « SKS ». En analysant les temps de parcours relatifs des ondes SKS par rapport aux ondes qui restent dans le manteau (notées « PP » et « SS ») et en utilisant des informations géophysiques et géochimiques préalables, cette étude a amélioré notre connaissance de la taille et de la densité du noyau et a directement contraint, pour la première fois, sa vitesse séismique. Ensemble, ces résultats renseignent sur l’équation d’état du noyau et permettent ensuite de raffiner notre compréhension de la quantité et des proportions relatives des éléments légers à l’intérieur du noyau. Ces connaissances ont des implications importantes pour notre compréhension de la formation et de l’évolution de Mars. Elles ont également un impact concernant l’explication de l’absence de noyau solide interne à l’heure actuelle et l’arrêt précoce d’un champ magnétique généré par le noyau dans l’histoire de la planète.
La mission Insight s’est achevée en décembre de l’année dernière. Des analyses supplémentaires des données collectées par SEIS et RISE (Expérience de rotation et de structure interne) devraient fournir de nouvelles informations sur l’intérieur de Mars et améliorer notre compréhension de la planète.
Gauche : localisation des deux événements séismiques détectés par SEIS de l’autre côté de la planète (« S1000a » est un impact). Les lignes représentent le trajet projeté en surface. Droite : Schéma des trajectoires PP et SKS suivies par les deux événements dans les couches de Mars. Figure tirée de Irving et al. (2023).
Référence
Irving et al. (2023), First observations of core-transiting seismic phases on Mars, Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 120, No. 18. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217090120
Voir aussi
https://www.astro.oma.be/fr/atterrissage-dinsight-mars-sur-le-point-de-reveler-ses-secrets/
https://www.astro.oma.be/fr/planete-mars-premiers-resultats-de-la-mission-insight-publies-dans-nature-geoscience/
https://www.astro.oma.be/fr/la-structure-interne-de-mars-revelee-par-les-donnees-sismiques-dinsight/