Mots clés : Mars, Phoenix, tranchée, sol, sol polygonal, glace, eau

Phoenix photographie, creuse et analyse le sol de Mars depuis 1 mois

Pierre Thomas

Laboratoire de Sciences de la Terre / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

24/06/2008

Résumé

Phoenix, 1 mois après son atterrissage. Tranchées, observations microscopiques et analyses du sol martien. Observation de glace d'eau.


Le 26 mai 2008, Le robot de la NASA (non mobile) Phoenix s'est posé sur Mars. Le surlendemain, nous proposions un premier article rapide, commentaire à chaud des premieres images de Phoenix.

Quatre semaines après cet atterrissage, il est temps de faire le point sur cette mission. Le but final de cette mission, qui s'est posée en fin de printemps au Sud de la calotte permanente Nord mais dans un site occupé l'hiver par la calotte transitoire, est de mieux comprendre le cycle actuel (et éventuellement ancien) de l'eau et du carbone, avec des arrière-pensées exobiologiques évidentes.

Les principaux instruments scientifiques de Phoenix sont dédiés à l'analyse des composés volatils et/ou solubles contenus dans le sol au voisinage de la calotte polaire Nord. Un bras robotisé permettra des prélèvements depuis la surface jusqu'à une profondeur de 50 cm (si le sol n'est pas trop dur). Une partie des échantillons seront disposés dans des mini-fours (il y en a 8, utilisables une seule fois chacun). Phoenix chauffera ces échantillons de sol à des températures variées, recueillera les gaz (vapeur d'eau, composés carbonés –éventuellement organiques-…) qui s'en échapperont et les analysera par spectrométrie de masse. Un « kit de pédologie » analysera d'autres échantillons, mesurera l'évolution de la conductivité du sol, son contenu en substances solubles. Tout un kit de météorologie mesurera pression, température, abondance de la vapeur d'eau atmosphérique. Tout un système de caméras (avec « microscope », filtres divers…) étudiera à la fois le paysage, son évolution saisonnière, la structure fine du sol.

Dans notre premier article, seules les caméras avaient donné des résultats et avait révélés des sols polygonaux, dont nous avons discuté les origines possibles.

Un autre résultat a été publié, concernant les conditions météorologiques locales pendant ce mois :

  • la pression est en moyenne de 8,35 hPa (Terre = 1013 hPa) ;
  • la température maximale est de –26°C ;
  • la température minimale est de –82°C.

Nous allons, quasiment au jour le jour, faire le compte rendu rapide des activités de Phoenix, en ne parlant que très peu des aspect techniques et en insistant sur les résultats scientifiques, du moins ceux rendus publics par la NASA.

Le 28 mai 2008

La NASA publie une reconstitution de la sonde dans son paysage de sol polygonaux. En regardant la morphologie dessinée de ces sols polygonaux, on peut d'ailleurs se demander si les dessinateurs n'ont pas confondu « sols polygonaux », morphologie typique des régions périglaciaires, et « fentes de dessiccation », fentes qui se produisent lors de l'assèchement de boue argileuse.


La NASA publie aussi un panorama complet à 360°. La figure 2 montre ce panorama complet ; les figures 3 et 4 montrent ce même panorama fractionné en 2 parties de 180° chacune ce qui facilite l'estompage des limites entre images et permet une meilleure visualisation des détails.

Figure 2. Panorama à 360° autour de Phoenix

Panorama à 360° autour de Phoenix

Au premier plan, diverses parties de la sonde.


Figure 3. Demi-panorama à 180° autour de Phoenix

Demi-panorama à 180° autour de Phoenix

Au premier plan, diverses parties de la sonde.


Figure 4. Demi-panorama à 180° autour de Phoenix

Demi-panorama à 180° autour de Phoenix

Au premier plan, diverses parties de la sonde.


Le 29 mai 2008

La NASA publie des films montrant le déploiements de divers instruments, dont le bras robotisé.

Le 30 mai 2008

La caméra située à l'extrémité d'un mât télescopique articulé regarde sous la sonde, entre ses pieds. Elle découvre que le souffle des rétrofusées ayant permis l'atterrissage de la sonde a « soufflé » les fines particules du sol situées sous Phoenix, et a mis à nu un niveau dur et clair, présentant localement des mini-cavités arrondies. De la roche massive claire, de la glace ? Le fait qu'il y ait deux cavités à la verticale des rétrofusées est tout à fait compatible avec un niveau riche en glace, qui aurait fondu sous les réacteurs.

Figure 5. Vue globale du niveau massif et clair situé sous Phoenix (Mars), entre ses 4 pieds

Vue globale du niveau massif et clair situé sous Phoenix (Mars), entre ses 4 pieds

Ce niveau aurait été débarrassé des particules du sol meuble par les gaz s'échappant des rétrofusées utilisées pour l'atterrissage.


Figure 6. Gros plan sur une partie du niveau massif et clair situé sous Phoenix (Mars)

Gros plan sur une partie du niveau massif et clair situé sous Phoenix (Mars)

Ce niveau a été baptisé "Snow Queen". Noter la présence de 2 cavités arrondies, présence compatible avec une nature glacée de ce niveau.


Le 2 juin 2008

Pour la première fois, le bras robotisé creuse une mini-tranchée pour amener du sol dans les mini-laboratoires.

Figure 7. La première mini-tranchée creusée par Phoenix (Mars)

La première mini-tranchée creusée par Phoenix (Mars)

Tranchée appelée Knave of Hearts .


Figure 8. La « pelle » du bras robotisé de Phoenix contenant une première pelletée de sol martien

La « pelle » du bras robotisé de Phoenix contenant une première pelletée de sol martien

On note des reflets blancs dans le contenu de la pelletée. Artefact, reflet, substance blanche ?


Le 6 juin 2008

Phoenix creuse une nouvelle fois à l'emplacement de la première tranchée ( Knave of Hearts ), et l'approfondit. Cette tranchée s'appelle dorénavant Dodo . On note une substance massive et très claire au fond de la tranchée. Glace(s), sel(s) ? Une deuxième tranchée ( Baby bear ) est creusée à droite de Dodo .

Figure 9. Gros plan sur « Dodo », approfondissement par Phoenix (Mars) de la tranchée « Knave of Hearts »

Gros plan sur « Dodo », approfondissement par Phoenix (Mars) de la tranchée « Knave of Hearts »

La tranchée mesure environ 5 cm de profondeur et 12 cm de long. On voit très bien une substance claire en haut et à droite de la tranchée.


Figure 10. Les tranchées Dodo (à gauche) et Baby bear (à droite), Phoenix (Mars)

Les tranchées Dodo (à gauche) et Baby bear (à droite), Phoenix (Mars)

Baby Bear mesure 9 cm de long pour 4 cm de profondeur.


Du 8 au 11 juin 2008

Après quelques difficultés, dues au caractère "cohérent" du sol martien, l'un des 8 mini-fours, couplé à l'analyseur TEGA ( Thermal and Evolved-Gas Analyzer ) est rempli.


Les 11 et 12 juin 2008

Le 11 juin, le bras robotisé délivre des particules de sol au microscope. Ces particules ont été extraites du sol grâce à un adhésif au silicone sur lequel elles restent collées. Les premiers résultats sont publiés le 12.

Figure 12. Vue au microscope de sol martien, Phoenix (Mars)

Vue au microscope de sol martien, Phoenix (Mars)

En haut, vue globale du champ du microscope. La barre blanche mesure 1 mm de long. Les figures du bas représentent des zooms de quelques grains de sol. À gauche, un grain vert en haut (olivine ?) et brun-orangé en bas. Un détail (en N&B, au centre) montre que cette partie brun-orangée semble constituée d'un agrégat de petites particules. À droite, on voit un grain arrondi et semblant vitreux.


Le 13 juin 2008

Phoenix creuse une nouvelle tranchée près des 2 précédentes. L'ensemble sera appelé "Dodo-Goldilocks". La nouvelle tranchée mesure 35 cm de long, 22 cm de large et 8 cm de profondeur. La substance blanche qui affleure sous le sol pulvérulent orange est toujours présente. On peut se poser la question de la nature de cette substance blanche : glace(s) ou sel(s) ?


Le 17 juin 2008

Phoenix creuse une nouvelle tranchée, appelée Snow White , au centre de l'un des polygones du sol polygonal.

Figure 14. La tranchée Snow White , Phoenix (Mars)

La tranchée Snow White, Phoenix (Mars)

Tranchée de 30 cm de long pour 2 cm de profondeur. La substance claire n'apparaît pas de façon explicite.


Les 18 et 19 juin 2008

Des problèmes de saturation de la mémoire informatique de Phoenix font perdre des données d'imagerie. Les données concernant les résultats de la première analyse, grâce au mini-four TEGA, sont perdues. Aucun résultat n'a encore été publié.

Le 20 juin 2008

La NASA publie 2 images de "Dodo-Goldilocks" prises exactement avec le même angle de prise de vue et le même éclairement. Ces 2 images ont été prises respectivement le 15 et le 19 juin. La surface de la substance blanche visible au fond de cette triple tranchée semble avoir légèrement diminué. On se posait une question quant à la nature de cette substance blanche : sel(s) ou glace(s). La seule explication plausible, c'est que cette substance blanche se soit sublimée pendant ces 4 jours, ce qui exclut une nature saline. Il ne reste plus que de la glace. Et comme la température maximale est de –26°C, ce ne peut être de la glace carbonique. Il ne reste qu'un composé où la glace d'H2O est majoritaire.

Les résultats de la première analyse n'en sont que plus attendus...

Figure 15. 2 vues séparées de 4 jours martiens des tranchées "Dodo-Goldilocks", Phoenix (Mars)

2 vues séparées de 4 jours martiens des tranchées "Dodo-Goldilocks", Phoenix (Mars)

La surface occupée par la substance blanche (en haut de l'image) a légèrement diminué ; les petites masses claires situées à l'ombre en bas à gauche de la tranchée ont disparu. On a là la preuve que cette substance blanche se sublime lentement à ces températures et pressions. Seule une glace où l'eau (H2O) est le constituant principal répond à ces caractéristiques.


Cette preuve « par la sublimation » de la présence de glace a été publiée le 20 juin. Le 23, un journal télévisé de 20h nous annonçait que c'était la première fois que l'on avait la preuve, que l'on voyait, de la glace sur Mars. Comme d'habitude, chaînes et journaux généralistes disent n'importe quoi.

Viking 2 avait déjà photographié de la glace au sol pendant les journées d'hiver, en 1976-1977.

Figure 16. Le paysage martien vu par Viking 2 : l'été (en haut) et un matin d'hiver (en bas), par 48° lat. Nord

Le paysage martien vu par Viking 2 : l'été (en haut) et un matin d'hiver (en bas), par 48° lat. Nord

Le givre hivernal est particulièrement spectaculaire. La température locale, supérieure à la température de condensation-sublimation du CO2, indique que ce givre n'est pas du givre de CO2, mais bien d'H2O. Le rocher marqué d'une croix bleue sert de repère pour ces 2 vues prises quasiment du même angle (Viking 2 ne se déplaçait pas, mais la caméra était située au bout d'un bras mobile).


Le détecteur de neutrons de la mission Mars Odyssey avait indiqué qu'il y avait un corps hydrogéné présent dans le premier mètre superficiel du sol avec une teneur > 30% à ces latitudes élevées.

Figure 17. Carte indiquant la pourcentage minimal d'eau (moyenne annuelle) dans le premier mètre du sous-sol de Mars

Carte indiquant la pourcentage minimal d'eau (moyenne annuelle) dans le premier mètre du sous-sol de Mars

Cette quantité est estimée à partir de l'abondance en hydrogène mesurée par le détecteur de neutrons de Mars Odyssey. Voir différentes cartes en fonction des saisons . Phoenix, qui est situé par 68° latitude Nord se situe dans la zone bleu foncé, là où la teneur en eau du premier mètre superficiel est compris entre 30 et 60%.


Trouver de la glace d'eau n'est donc en rien une première ; c'était attendu, recherché… et c'est pour cela que Phoenix s'est posé en cet endroit. La présence de cette substance blanche sublimable confirme donc ce qu'on attendait.

Ce qui est une première, c'est qu'on a montré qu'il y en a beaucoup, et à une très faible profondeur (quelques centimètres en ce début d'été martien). Ce qui sera une première, c'est qu'on pourra étudier l'évolution de cette glace du sol pendant tout un été. Enfin, et surtout, c'est la première fois qu'on pourra analyser cette glace. Cette glace est elle en H2O pure ? Contient-elle des substances volatiles, notamment carbonées (CO2, CH4…) et dans quelles proportions ? Contient-elle des sels dissous (Cl-, SO42-…) en quelles concentrations ? Attendons la communication des premiers résultats de ces analyses chimiques.

Attendons la suite

Pendant les mois de juillet et d'août, Planet-Terre sera en vacances. Il n'y aura pas de compte rendu régulier sur les nouvelles découvertes de Phoenix. Si l'actualité martienne vous intéresse, nous ne pouvons que vous conseiller de consulter régulièrement les 3 sites de la NASA les plus riches et accessibles : Mars, nouvelles, Phoenix.

Si les premiers résultats des analyses sont publiées avant ce départ en vacances, bien sûr,nous vous en ferons part.

Mots clés : Mars, Phoenix, tranchée, sol, sol polygonal, glace, eau