Premiers résultats géologiques de Curiosity : galets roulés, cryoclastie (?), roche riche en feldspaths… Opportunity découvre des "myrtilles" martiennes atypiques

Pierre Thomas

Laboratoire de Sciences de la Terre / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

19/10/2012

Résumé

Des galets arrondis, galets éclatés par le froid ou les chocs thermiques, des minéraux de type feldspaths et des sphérules d"un nouveau genre sur Mars.


Cela fait maintenant 9 semaines que Curiosity s'est posé dans le cratère Gale . Nous l'avons quitté, fin août, alors qu'il venait de quitter son site d'atterrissage et commençait à se diriger vers le site nommé Glenelg .

Pendant ce mois de septembre, a été publié un panorama 360° du site d'atterrissage de Curiosity, panorama "animé" où l'on peut naviguer, aller à droite ou à gauche, zoomer sur le secteur qui nous intéresse.

Exploitation des images prises depuis l'orbite par Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)

On peut trouver dans le site de Curiosity (rubrique Images ) ou dans celui du JPL/NASA des images prises par Mars Reconnaissance Orbiter depuis son orbite, images légendées, commentées... En voici trois.

Figure 1. Trajet de Curiosity jusqu'au sol 56 (56ème jour martien de sa mission), soit le 2 octobre 2012

Trajet de Curiosity jusqu'au sol 56 (56ème jour martien de sa mission), soit le 2 octobre 2012

Curiosity ne s'est pas déplacé significativement de ce lieu pendant les 10 sols qui ont suivi. Il lui reste 176 m pour arriver à sa première destination, le site Glennelg . Sur cette carte, le Nord est en haut.


Figure 2. Les environs immédiats de la destination choisie par les géologues du JPL (croix noire) dans le secteur de Glenelg

Les environs immédiats de la destination choisie par les géologues du JPL (croix noire) dans le secteur de Glenelg

Vue depuis l'orbite, la géologie de ce secteur de plus fort albédo, et de ses énigmatiques polygones sombres est très intrigante et alléchante.


Figure 3. Anaglyphe (image en relief) du secteur de Glenelg

Anaglyphe (image en relief) du secteur de Glenelg

Pour voir le relief, il faut mettre des lunettes avec des films transparents colorés : bleu vert pour l'œil droit, rouge pour l'œil gauche. On voit alors très bien le relief (exagéré). On s'aperçoit alors que la destination de Curiosity (les terrains plus clairs et leurs mosaïques de polygones sombres) correspond à une dépression.


Curiosity, interprétation rapide d'images choisies et commentées par la NASA

Ces figures de la rubrique Images , rappelons-le, correspondent à une sélection de photos choisies, commentées, orientées… par la NASA. L'interprétation que nous proposons est donc très "influencée" par ces commentaires.

Figure 4. Vue prise depuis le site d'atterrissage de Curiosity, en direction de l'Est, vers le site Glenelg

Vue prise depuis le site d'atterrissage de Curiosity, en direction de l'Est, vers le site Glenelg

C'est sur ces terrains relativement peu accidentés que devra rouler Curiosity.


Figure 5. Vue prise le sol 21 (27 août) vers l'arrière de Curiosity, en direction de l'Ouest

Vue prise le sol 21 (27 août) vers l'arrière de Curiosity, en direction de l'Ouest

On voit très bien les traces laissées par les 6 roues, et le site d'atterrissage en bout de piste.


Figure 6. Micro-conglomérat constitué de galets dont la taille la plus fréquente est d'environ 0,5 cm

Micro-conglomérat constitué de galets dont la taille la plus fréquente est d'environ 0,5 cm

La majorité des mini-galets sont arrondis (ce micro-conglomérat est donc un micro-poudingue), preuve que ces mini-galets ont subi un transport par de l'eau liquide. Cette image date du sol 27 (2 septembre 2012).


Figure 7. Détail du micro-conglomérat comparé à un équivalent terrestre

Détail du micro-conglomérat comparé à un équivalent terrestre

La majorité des mini-galets sont arrondis (ce micro-conglomérat est donc un micro-poudingue), preuve que ces mini-galets ont subi un transport par de l'eau liquide. La NASA a publié côte à côte ce mini-conglomérat martien et un équivalent terrestre. L'image martienne date du sol 27 (2 septembre 2012).


Figure 8. Une couche de conglomérat photographiée par Curiosity, sol 39 (14 septembre 2012)

Une couche de conglomérat photographiée par Curiosity, sol 39 (14 septembre 2012)

Ces conglomérats ne forment pas une couche continue, mais des "trainées" allongées, très vraisemblablement d'ancien chenaux ou lits de ruisseaux plus ou moins torrentiels.


Figure 9. Gros plan sur une couche de conglomérat et un "gros" galet

Gros plan sur une couche de conglomérat et un "gros" galet

Détail de la partie en bas à gauche de la figure précédente.

Un galet arrondi pluri-centimétrique est visible, preuve que le courant à l'origine du transport de ces galets pouvait avoir une assez grande vitesse.


Quand la NASA a publié ces images de conglomérat, preuve d'un transport de galets par des eaux courantes assez rapides, elle a insisté (à juste titre) sur l'importance de la découverte, mais suggérant sans le dire que c'était totalement inattendu. Certains médias se sont emparés de cette découverte en disant qu'on avait là la preuve de l'existence de l'eau sur Mars. Rappelons que l'eau (sous forme de glace) a été découverte sur Mars en 1666 (règne de Louis XIV), et qu'on a la preuve que de l'eau liquide a coulé à la surface de Mars dans un passé lointain depuis 1971 (mission Mariner 9). La découverte de ces anciens lits de ruisseau ou chenaux plus ou moins deltaïques est plus une confirmation de ce qu'on attendait qu'une surprise : Curiosity s'est en effet posé sur la partie distale (aval) d'un cône de déjection torrentiel issu du bord Nord du cratère Gale .

Figure 10. image Google Mars oblique (prise en direction du SSE) sur l'ensemble du cratère Gale , avec le Mont Sharp en son centre

image Google Mars oblique (prise en direction du SSE) sur l'ensemble du cratère Gale, avec le Mont Sharp en son centre

Le site d'atterrissage de Curiosity est repéré par la punaise rouge. Au premier plan, dévalant du bord NNO du cratère Gale jusque dans la plaine entourant le mont Sharp , on voit très bien un système de gorges et vallées torrentielles ( Peace Vallis ) qui débouchent dans la plaine juste "en face" de Curiosity.


Figure 11. Carte altimétrique de la plaine située entre le Mont Sharp et le bord NNO du cratère Gale au niveau du débouché de la Peace Vallis

Carte altimétrique de la plaine située entre le Mont Sharp et le bord NNO du cratère Gale au niveau du débouché de la Peace Vallis

Le cône alluvial ( alluvial fan ) issu de cette vallée a été "renforcé" en gris pour être plus visible. Curiosity s'est posé (croix rouge) en partie distale de ce cône. Rien d'étonnant qu'on y trouve ce qui ressemble à des lits de ruisseaux / chenaux, avec des galets globalement de petite taille vue la position distale du site d'atterrissage. L'ellipse noire correspond à l'ellipse de confiance où devait atterrir Curiosity.


Figure 12. Comparaison entre le cône alluvial de Peace Valley dans le cratère Gale et un équivalent terrestre

Comparaison entre le cône alluvial de Peace Valley dans le cratère Gale et un équivalent terrestre

Sur le cône martien, la NASA à surligné en bleu les chenaux et bras de ruisseaux les plus importants et a limité par deux traits rouges les limites du cône. L'image Google Earth du cône alluvial terrestre (d'une taille légèrement supérieure) provient du grand désert au NO de la Chine.


Figure 13. Cadre géologique du rocher nommé Jake Matijevic

Cadre géologique du rocher nommé Jake Matijevic

Le rocher Jake Matijevic a fait l'objet des premiers essais de la "caméra microscope" et des premières analyses par fluorescence αX (APXS = Alpha-Particle-X-ray-Spectrometer ), analyses couplées avec d'autres effectuées par ChemCam .


Figure 14. Le rocher nommé Jake Matijevic , première cible où ont été testés simultanément ALPS et Chemcam

Le rocher nommé Jake Matijevic, première cible où ont été testés simultanément ALPS et Chemcam

Image prise le sol 43 (19 septembre 2012).


Figure 15. Bras instrumental de Curiosity effectuant ses analyses sur Jake Matijevic

Bras instrumental de Curiosity effectuant ses analyses sur Jake Matijevic

Image brute de la Navcam Left A , sol 46.


Figure 16. Gros plan de Jake Matijevic réalisé par la caméra microscope MAHLI ( Mars Hand Lens Imager )

Gros plan de Jake Matijevic réalisé par la caméra microscope MAHLI (Mars Hand Lens Imager)

La morphologie de surface semble plus refléter une surface d'érosion éolienne que la nature et la structure de la roche. Les minéraux ne sont pas visibles (trop petits, ou masqués par la poussière et la patine d'érosion ?).

Photo prise le sol 47 (23 septembre 2012).


Figure 17. Le rocher Jake Matijevic après analyses

Le rocher Jake Matijevic après analyses

Image annotée et mise en ligne le 11 octobre 2012.

Les points rouges correspondent à des points d'analyse laser par ChemCam , les zones grisées aux champs des photos de ChemCam , et les cercles violet à la surface analysé par APXS.


La NASA a légèrement "défloré" les résultats des analyses du rocher Jake Matijevic , en écrivant des phrases à la fois alléchantes (pour un géologue) mais trop vagues pour qu'on puisse conclure : «  On Earth, rocks with composition like the Jake rock typically come from processes in the planet's mantle beneath the crust, from crystallization of relatively water-rich magma at elevated pressure  » et «  It's high in elements consistent with the mineral feldspar, and low in magnesium and iron  », ce qu'on peut traduire par, respectivement, « Sur Terre, des roches de la composition du rocher nommé Jake proviennent typiquement de processus internes au manteau, sous la croûte, à partir de la cristallisation d'un magma riche en eau à forte pression » et « Son abondance en divers éléments chimiques est compatible avec les feldspaths, avec peu de magnésium et de fer ».

Si, avec cette communication très fragmentaire, avec le contexte où elle a été trouvée (extrémité d'un cône dévalant des vieux plateaux de l'hémisphère Sud, il fallait "parier" sur la nature de cette roche, et comme l'observation macroscopique communiquée à ce jour n'est pas d'un grand secours, je parierais (une somme très minime) sur quelque chose comme un plagiogranite, un gabbro (ou une diorite puisque la NASA parle de cristallisation d'un magma riche en eau) pauvre en minéraux ferro-magnésiens, ou plutôt une anorthosite (ou encore un grès felspathique genre arkose si ce n'est pas une roche magmatique).

Curiosity, interprétation "à chaud" d'images brutes ( raw images )

Il s'agit rappelons-le d'image brutes publiées sans échelle, sans orientation, sans commentaire. La seule chose que l'on sache, ce sont les dates et caméras de prise de vue. Certaines images seront montrées ici sans commentaire ; d'autres feront l'objet de tentatives d'interprétation, sans aucune espèce de garantie. Une incitation à ce que chaque lecteur se mette dans la peau d'un explorateur martien et essaie d'analyser les données à sa disposition pour en tirer des conclusions (forcément) provisoires. En somme, c'est ce qu'on demande à nos élèves, avec une différence majeure : on donne à nos élèves des documents sélectionnés et "pré-digérés" pour qu'un élève "de base" puisse s'en sortir. Ici, il s'agit de données brutes arrivant d'un monde inconnu et dans un ordre aléatoire, sans que les images aient été sélectionnées parce qu'elles contenaient les réponses aux questions posées.

Les images sont présentées ici dans l'ordre chronologique de prise de vue.

Figure 18. Paysage pris par la caméra panoramique du mât le sol 51 (27 septembre 2012)

Paysage pris par la caméra panoramique du mât le sol 51 (27 septembre 2012)

Des niveaux stratifiés horizontalement, plus résistant à l'érosion que les couches voisines forment des mini-falaises au centre de l'image. Au-dessus de ces mini falaises, il semble y avoir une "surface structurale" horizontale qui, de loin, a l'allure d'un"mini plateau" limité par une cuesta.


Figure 19. Vue globale sur un de ces mini-plateaux au-dessus des bancs durs formant des mini-cuestas

Vue globale sur un de ces mini-plateaux au-dessus des bancs durs formant des mini-cuestas

Les blocs rocheux à la surface de ce mini-plateau sont étonnement anguleux, et semblent parfois les pièces disjointes d'un puzzle. L'image de la figure suivante a sans doute été photographiée à la surface d'un de ces mini-plateaux. Image prise le sol 52 (28 septembre 2012), Navcam Right A .


Figure 20. Fragments très anguleux sans doute photographiés à la surface d'un-mini plateau

Fragments très anguleux sans doute photographiés à la surface d'un-mini plateau

Fragments sans doute photographiés à la surface d'un mini-plateau semblable à celui de la figure précédente, la roue du rover donne l'échelle.

Il est assez évident que ces fragments anguleux maintenant séparés semblent localement former un puzzle disjoint. Le centre de l'image correspond à deux amas circulaires de fragments maintenant disjoints mais probablement rassemblé en deux blocs entiers dans un passé ancien (de combien ?). Un tel dispositif fait penser à des gros galets fracturés par cryoclastie. Photo prise le sol 52 (28 septembre 2012), Navcam Right A .


Figure 21. Galet islandais fracturé par cryoclastie

Galet islandais fracturé par cryoclastie

Une analogie avec les fragments anguleux martiens de la figure précédente ?


Les fragments anguleux disjoints font irrésistiblement penser à des galets fracturés par cryoclastie. La cryoclastie, c'est la fracturation par le gel. Sur Terre, il suffit de micro-fissures remplies par de l'eau liquide et d'un bon coup de gel. Sur Mars, les blocs sont anguleux, semblent indemnes d'une érosion (éolienne) importante, et la fracturation serait "jeune", géologiquement parlant. Y aurait-il eu de l'eau liquide "récemment" (géologiquement parlant, encore une fois) dans le cratère Gale  ? Ce serait à la fois étonnant et enthousiasmant. On pourrait envisager une cryoclastie par une autre voie. Les nuits d'hiver, le sol de Mars se recouvre de givre (voir les images glace sur le site de Viking Lander 2 et givre sur le rover Opportunity). Si des cristaux de glace se développent dans des micro-fractures, la croissance des cristaux serait-elle suffisante pour développer des pressions capables fracturer les roches ? Enfin, on peut supposer que juste après leur formation, il y a longtemps, les fragments anguleux auraient été recouverts de sédiments (éoliens) et viendrait seulement d'être remis en surface par une érosion récente. Une autre hypothèse est également possible pour expliquer la fracturation des roches : la thermoclastie. Durant ce mois d'août 2012, la température du sol peut dépasser les 0°C en plein soleil (+3°C), et atteindre –91°C la nuit (cf. température au sol sur Mars, le 16 août 2012) : un sacré choc thermique !

Encore une question que devra tenter de résoudre Curiosity.

Figure 22. Paysage localisant les roches photographiées en gros plan aux figures suivantes

Paysage localisant les roches photographiées en gros plan aux figures suivantes

Photo prise le sol 55 (1er octobre 2012), Navcam Left A .


Figure 23. Gros plans sur les roches encadrées en blancs sur la figure ci-dessus

Gros plans sur les roches encadrées en blancs sur la figure ci-dessus

On y voit très nettement un "litage". Est-ce une stratification, un débit type fluidalité magmatique fréquente dans les roches volcaniques ? Le caractère massif et légèrement vacuolaire ferait (sous toutes réserves) pencher pour la deuxième solution. Photos prises le sol 56 (2 octobre 2012) par une caméra panoramique du mat, Mastcam Right .


Figure 24. Gros plans sur les roches encadrées en blancs sur la figure ci-dessus

Gros plans sur les roches encadrées en blancs sur la figure ci-dessus

On y voit très nettement un "litage". Est-ce une stratification, un débit type fluidalité magmatique fréquente dans les roches volcaniques ? Le caractère massif et légèrement vacuolaire ferait (sous toutes réserves) pencher pour la deuxième solution. Photos prises le sol 59 (5 octobre 2012) par une caméra panoramique du mat, Mastcam Right .


À partir du sol 56, Curiosity est resté sur le même site pendant de nombreuses journées. Il a testé (avec succès) tous ses instruments de prélèvement et de préparation d'échantillons.

Figure 25. Essai de prélèvement et de préparation d'échantillons d'une mini-dune

Essai de prélèvement et de préparation d'échantillons d'une mini-dune

Photo prise le sol 58 (4 octobre 2012), Front Hazcam, Left A .


Figure 26. Essai de prélèvement et de préparation d'échantillons d'une mini-dune

Essai de prélèvement et de préparation d'échantillons d'une mini-dune

Photo prise le sol 58 (4 octobre 2012), Navcam Left A .


Figure 27. Panorama présentant au premier plan des strates bien marquées et de faible épaisseur

Panorama présentant au premier plan des strates bien marquées et de faible épaisseur

La distance de ces strates et la résolution des images ne permettent pas d'avoir une opinion certaine sur leur nature : strates sédimentaires contemporaines et interstratifiées avec les couches environnantes, ou sédiment éoliens postérieurs au substratum et ré-érodés très récemment ? Mosaïque de photos prises le sol 60 (6 octobre 2012), Mastcam Right .


Figure 28. Zoom sur les strates bien marquées et de faible épaisseur

Zoom sur les strates bien marquées et de faible épaisseur

La distance de ces strates et la résolution des images ne permettent pas d'avoir une opinion certaine sur leur nature : strates sédimentaires contemporaines et interstratifiées avec les couches environnantes, ou sédiment éoliens postérieurs au substratum et ré-érodés très récemment ? Photo prise le sol 60 (6 octobre 2012), Mastcam Right .


Figure 29. Essai de ramassage de sol par une mini-pelle et dépôt dans un collecteur

Essai de ramassage de sol par une mini-pelle et dépôt dans un collecteur

Photo prise le sol 61 (7 octobre 2012), Mastcam Left .


Figure 30. Essai de ramassage de sol par une-mini pelle et dépôt dans un collecteur

Essai de ramassage de sol par une-mini pelle et dépôt dans un collecteur

Photo prise le sol 61 (7 octobre 2012), Mastcam Left .


Opportunity continue son exploration du cratère Endeavour et découvre des myrtilles d'un type nouveau

Nous avions laissé Opportunity en janvier 2012, à Greeley Haven , près de l'extrémité Nord du Cape York , au bord du cratère Endeavour , pour y passer l'hiver. Il a hiverné de fin décembre 2011 à mai 2012. En juillet 2012, la NASA a publié un panorama 360° pris depuis Greeley Haven , panorama depuis Greeley Haven maintenant disponible en version animée où l'on peut naviguer, aller à droite ou à gauche, zoomer sur le secteur qui nous intéresse.

Il est sorti de son hibernation en mai 2012. Il est en train de revenir vers Botany Bay , mais en suivant le bord "interne" d' Endeavour , alors qu'il avait gagné le Cape York par l'autre côté de la colline. Le début de son trajet n'a rien révélé de fondamentalement nouveau. Mais le 6 septembre 2012 (3046ème sol de la mission), Opportunity a fait une découverte assez inattendue et extraordinaire au niveau d'un petit escarpement nommé Kirkwood  : des myrtilles d'un autre type que celle que l'on connait maintenant depuis janvier 2004.

Figure 31. Mosaïque montrant le trajet d'Opportunity depuis août 2011

Mosaïque montrant le trajet d'Opportunity depuis août 2011

En août 2011, Opportunity arrive au bord du grand cratère Endeavour au niveau de Botany Bay (au Sud de l'image). D'août à fin décembre, Opportunity a emprunté le bord Ouest de Cape York (trait rouge), et gagné Greeley Haven , où il a hiberné 5 mois (étoile rouge). Depuis, il revient vers le Sud, en suivant le bord Est de Cape York , juste au bord du cratère Endeavour (fin trait blanc). Depuis début septembre, il examine en détail la zone figurée par une étoile verte. En haut à gauche, image Google Mars montrant la totalité du cratère Endeavour , le trajet d'Opportunity (trait rouge), et la localisation de la carte principale (rectangle noir).


Figure 32. Vue générale du panorama pris par Opportunity en direction du Sud depuis le flanc Est de Cape York

Vue générale du panorama pris par Opportunity en direction du Sud depuis le flanc Est de Cape York

Cape York est la colline du 1er plan à droite. À gauche, la partie Ouest du grand cratère Endeavour .

Sol 3024, Navigation Camera .


Figure 33. Vue d'un fragment du petit escarpement nommé Kirkwood

Vue d'un fragment du petit escarpement nommé Kirkwood

Sol 3063, Navigation Camera .


Figure 34. Vue "de face" d'un petit fragment de l'escarpement nommé Kirkwood

Vue "de face" d'un petit fragment de l'escarpement nommé Kirkwood

C'est sur cet escarpement qu'ont été trouvées les myrtilles d'un type nouveau (voir figures suivantes).

Sol 3063, Front Hazcam .


Figure 35. Gros plan sur un petit secteur de Kirkwood à sphérules atypiques

Cette photo couvre un carré de 6 cm de côté ; chaque sphérule mesure 3 mm de diamètre. On connaissait déjà des sphérules de cette dimension dans la région visitée par Opportunity, sphérules nommées "myrtilles" ( berries ). Ces myrtilles étaient interprétées comme des concrétions faite in situ dans une roche alternativement saturée et non-saturée d'eau. Mais jamais on n'avait vu une telle concentration de myrtilles. Ces myrtilles d'un autre type présentent deux autres différences majeures avec celles connues depuis 2004 : (1) elles sont beaucoup moins riches en fer, et (2) elles présentent parfois une très nette structure interne concentrique, ce qui n'était jamais le cas des myrtilles "classiques ". Le responsable géologue de la mission, Steve Squyres, a pu dire : «  They are different in concentration. They are different in structure. They are different in composition. They are different in distribution. So, we have a wonderful geological puzzle in front of us  », ce qu'on peut traduire par : « Elles sont différentes en abondance. Elles sont différentes en structure. Elles sont différentes en composition. Elles ont une répartition différente. Ainsi, nous avons devant nous une magnifique énigme géologique ».


Figure 36. Myrtilles d'un nouveau type découvertes par Opportunity sur l'escarpement Kirkwood

Myrtilles d'un nouveau type découvertes par Opportunity sur l'escarpement Kirkwood

Chaque sphérule mesure 3 mm de diamètre. On connaissait déjà des sphérules de cette dimension dans la région visitée par Opportunity, sphérules nommées "myrtilles" ( berries ). Ces myrtilles étaient interprétées comme des concrétions faite in situ dans une roche alternativement saturée et non-saturée d'eau. Mais jamais on n'avait vu une telle concentration de myrtilles. Ces myrtilles d'un autre type présentent deux autres différences majeures avec celles connues depuis 2004 : (1) elles sont beaucoup moins riches en fer, et (2) elles présentent parfois une très nette structure interne concentrique, ce qui n'était jamais le cas des myrtilles "classiques ". Le responsable géologue de la mission, Steve Squyres, a pu dire : «  They are different in concentration. They are different in structure. They are different in composition. They are different in distribution. So, we have a wonderful geological puzzle in front of us  », ce qu'on peut traduire par : « Elles sont différentes en abondance. Elles sont différentes en structure. Elles sont différentes en composition. Elles ont une répartition différente. Ainsi, nous avons devant nous une magnifique énigme géologique ».