Une équipe internationale de chercheurs, dirigée conjointement par l’ETH Zurich et l’Imperial College London, a réussi pour la première fois à estimer le nombre global d’impacts de météorites sur Mars à partir de données sismiques. Il ressort des résultats que chaque année, entre 280 et 360 météorites s’écrasent sur la planète, entraînant la formation de cratères de plus de 8 mètres de diamètre. Géraldine Zenhäusern de l’EPFZ, l’une des responsables de l’étude, commente : "Le taux obtenu est environ cinq fois plus élevé que le nombre d’impacts estimé à partir des seules techniques d’imagerie. Nos résultats montrent que la sismologie, combinée à l’analyse des images spatiales, est un excellent outil pour mesurer les taux d’impact".
Le "sifflement" sismique comme indice d’un nouveau type de séisme
Cela a été rendu possible par l’enregistrement d’un bref sifflement que les météorites provoquent en entrant dans l’atmosphère martienne. Les chercheurs ont analysé les données du sismomètre utilisé par la mission InSight de la Nasa. Ils ont constaté que six événements sismiques enregistrés à proximité de la sonde avaient été précédemment identifiés comme des impacts de météorites (Garcia et al., 2023). Zenhäusern de l’ETH Zurich, sa co-directrice Natalia Wójcicka de l’Imperial College London et l’équipe de recherche ont maintenant découvert que ces six événements sismiques faisaient partie d’un groupe beaucoup plus important de tremblements de terre martiens, appelés événements de très haute fréquence (very high frequency, VF). Ces tremblements de terre se produisent à une vitesse beaucoup plus élevée que les séismes martiens tectoniques d’intensité comparable. Ainsi, un séisme normal de magnitude 3 sur Mars prend plusieurs secondes, alors qu’un événement de même magnitude provoqué par un impact à haute vitesse ne prend que 0,2 seconde ou moins. L’analyse des spectres des tremblements de terre martiens a permis d’identifier 80 autres tremblements de terre, dont la cause est désormais supposée être des impacts de météoroïdes."La sismologie est un excellent outil pour mesurer les taux d’impact".
Les données sismiques déduisent pour la première fois le taux d’impact des météorites
Chaque année, environ 17 000 météorites tombent sur la Terre. Tant que leur queue n’est pas visible dans le ciel nocturne, elles ne sont que rarement remarquées. La plupart des météores se désintègrent lorsqu’ils pénètrent dans l’atmosphère terrestre. Sur Mars, l’atmosphère est cependant cent fois moins dense. La surface de la planète est donc exposée à des impacts de météorites plus importants et plus fréquents.Jusqu’à présent, les planétologues se sont basés sur des images spatiales et des modèles déduits de cratères bien conservés sur la Lune, causés par des impacts de météorites. Mais ces estimations ne pouvaient pas être appliquées telles quelles à Mars. Les chercheurs doivent ainsi tenir compte de la force d’attraction plus forte de Mars et de la proximité de la planète rouge avec la ceinture d’astéroïdes. Ces deux facteurs font que davantage de météorites s’écrasent sur Mars. En raison des tempêtes de sable régulières, les cratères de la planète sont en outre moins bien conservés que ceux de la Lune et ne peuvent donc pas être détectés aussi facilement par l’imagerie spatiale. Lors de l’impact d’une météorite sur Mars, les ondes sismiques provoquées par la collision se propagent à travers la croûte et le manteau et peuvent être enregistrées par des sismomètres. Cela offre une toute nouvelle possibilité de mesurer le taux d’impact sur Mars.
Wójcicka explique : "Nous avons estimé le diamètre des cratères en fonction de la puissance et de la distance des séismes martiens à haute fréquence. Sur la base de ces estimations, nous avons ensuite calculé combien de cratères s’étaient formés autour de la sonde InSight au cours d’une année. Nous avons extrapolé ces données pour estimer le nombre d’impacts annuels sur toute la surface de Mars".
Zenhäusern ajoute : "Les nouveaux cratères sont plus faciles à voir sur des terrains plats et poussiéreux, car c’est là qu’ils se remarquent le plus. Cependant, ce type de terrain n’est présent que sur moins de la moitié de la surface de Mars. Cependant, le sismomètre sensible de la mission InSight a pu enregistrer chaque impact dans la portée de la sonde".
Des connaissances sur l’âge de la planète rouge et les futures missions martiennes
Tout comme les lignes et les rides d’un visage, la taille et la densité des cratères formés par les impacts de météorites donnent des informations sur l’âge des différentes régions d’une planète. En d’autres termes, moins il y a de cratères, plus la région concernée est jeune. Vénus, par exemple, ne présente presque pas de cratères visibles, car la planète est protégée par une épaisse atmosphère et sa surface est continuellement reformée par le volcanisme. En revanche, les surfaces anciennes de la planète Mercure et de la Lune sont parsemées de cratères. La planète Mars se situe quelque part entre les deux, car on y trouve des régions jeunes et d’autres plus anciennes, que l’on peut distinguer par le nombre de cratères."Nous avons estimé le diamètre des cratères en fonction de la puissance et de la distance des séismes martiens à haute fréquence".
Les nouvelles données montrent qu’un nouveau cratère de 8 mètres de diamètre se forme presque chaque jour à la surface de Mars, un cratère de 30 mètres de diamètre environ une fois par mois. Comme les impacts à grande vitesse créent des zones d’explosion dont le diamètre est souvent au moins cent fois plus grand que le cratère, il est important de connaître le nombre exact d’impacts pour la sécurité des missions - pour l’instant avec des robots, à l’avenir aussi avec des hommes.
"Ce travail est le premier du genre à déterminer, à l’aide de données sismologiques, la fréquence d’impact des météorites à la surface de Mars, ce qui était l’un des objectifs de la première étape de la mission InSight sur Mars", commente Domenico Giardini, professeur de sismologie et de géodynamique à l’EPF de Zurich et co-principal investigator de la mission InSight de la Nasa. "Ces données serviront à la planification des futures missions vers Mars".
Pour faire avancer ces recherches, il est prévu, selon Zenhäusern et Wójcicka, d’utiliser des technologies d’apprentissage automatique lors des prochaines étapes. Elles devraient aider les chercheurs à identifier d’autres cratères sur les images satellites ainsi que des événements sismiques dans les données.
Références bibliographiques
Zenhäusern, G, Wójcicka, N, Stähler, SC, Collins, GS, Daubar, IJ, Knapmeyer, M, Ceylan, S, Clinton, JF, Giardini, D : An estimate of the impact rate on Mars from statistics of very-high-frequency marsquakes. Nature Astronomy, 2024, doi.org/10.1038/s41550’024 -02301-z ( https://doi.org/10.1038/s41550’024 -02301-z )Posiolova, L.V., et al., 2022, Largest recent impact craters on Mars : Orbital imaging and surface seismic co-investigation. Science 378, 412’417 . https://doi.org/10.1126/science.abq7704
Garcia, R.F., et al., 2022, Newly formed craters on Mars located using seismic and acoustic wave data from InSight. Nature Geoscience 1-7. https://doi.org/10.1038/s41561’022 -01014-0
