Séisme martien - la pierre se met en mouvement

Cinquante ans après que les astronautes d'Apollo 11 ont placé le premier sismomètre à la surface de la Lune, la mission InSight de la NASA fournit des données sismiques qui permettent aux chercheurs de comparer les séismes martiens avec les séismes lunaires et les tremblements de terre.

La pierre a littéralement été posée lorsque les scientifiques du Service sismologique martien ont fait vivre pour la première fois des séismes martiens dans le simulateur de séismes de l'ETH Zurich. Les chercheurs avaient téléchargé des données réelles de tremblements de terre martiens qui avaient été enregistrés le jour de Mars ou Sol 128 et 173 de la mission InSight sur Mars. Les séismes martiens avaient été enregistrés par le sismomètre SEIS, dont l'électronique ultrasensible avait été développée au Laboratoire d'électronique et d'instruments spatiaux de l'ETH.

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John Clinton, Simon St?hler, Martin Van Driel et Maren B?se montrent dans le simulateur comment les séismes martiens se distinguent des séismes terrestres et lunaires.

Deux types de séismes martiens

SEIS est probablement le sismomètre le plus sensible jamais utilisé. Il est capable de détecter même les secousses les plus faibles sur Mars. Les scientifiques ont d? amplifier 10 millions de fois les signaux des tremblements de terre martiens pour que les chercheurs puissent même percevoir les tremblements faibles et éloignés dans le simulateur de tremblements de terre et les comparer avec les tremblements de terre lunaires et les tremblements de terre amplifiés en conséquence.

"Nous observons actuellement deux types de séismes martiens", explique Simon St?hler. "Le premier séisme était un séisme de haute fréquence, plus proche d'un séisme lunaire que prévu. Le second séisme avait une fréquence beaucoup plus basse, ce qui, selon nous, pourrait être lié à la distance de l'épicentre. Comparés aux tremblements de terre, les deux types de séismes martiens durent plus longtemps".

Séismes terrestres, lunaires et martiens

Alors que les tremblements de terre durent généralement de quelques secondes à quelques minutes, les séismes lunaires peuvent durer jusqu'à une heure ou plus. L'intensité du signal sismique dépend de la distance et des différences dans les structures géologiques. Si l'on compare les surfaces de la Terre et de la Lune, on constate avec surprise que la cro?te terrestre est plus homogène que celle de la Lune. Suite à l'impact des météorites pendant des milliards d'années, la cro?te lunaire s'est fracturée. De plus, sur la Lune, il n'y a pas de processus qui "soude" les roches entre elles. Sur Terre, en revanche, les fissures des roches fusionnent sous l'effet du volcanisme, du réchauffement interne, de la tectonique des plaques ainsi que de l'érosion et du dép?t par l'eau et le vent. Il en résulte une cro?te relativement intacte et stratifiée, qui fait rapidement dispara?tre les traces d'impacts de météorites.

"L'hétérogénéité de la cro?te lunaire entra?ne une dispersion des ondes sismiques, semblable à l'écho réverbéré que peut produire un fort appel dans un paysage rocheux de montagne", explique John Clinton, qui dirige le service sismique martien à l'ETH Zurich. En comparaison, la cro?te et le manteau terrestre sont transparents pour les ondes sismiques - un peu comme un vaste paysage ouvert pour les ondes sonores. Alors que les capteurs sismiques sur Terre "entendent" clairement les signaux sismiques, les capteurs sismiques sur la Lune enregistrent une multitude d'échos, ce qui entra?ne une distorsion du signal. Il est donc très difficile de déterminer le début du signal.

Même si la recherche sismique sur Mars n'en est qu'à ses débuts, il semble que les séismes martiens se situent quelque part entre les séismes lunaires et les séismes : Les scientifiques détectent certes les premiers signaux sismiques du tremblement de terre martien, mais les signaux qui suivent présentent des échos plus forts que ceux attendus par les chercheurs. La durée du signal d'un séisme martien peut être d'environ 10 à 20 minutes. Les chercheurs se demandent encore si les fractures de la cro?te martienne ne sont profondes que de quelques kilomètres, comme sur la Lune, ou si elles sont plus superficielles.

Service sismologique martien en service

Domenico Giardini, professeur de sismologie et de géodynamique, est responsable de la participation suisse à la mission Insight. Il a également fondé le Service sismologique martien à l'ETH. Environ deux fois par jour, dix sismologues analysent les données enregistrées par SEIS dans le but de détecter et de caractériser les séismes martiens.

Comme il n'existe qu'un seul sismomètre sur Mars, Giardini et son équipe combinent des méthodes datant des débuts de la sismologie avec des méthodes d'analyse modernes. En fin de compte, les données sismiques servent aux chercheurs à répondre non seulement à des questions sur la structure géologique de Mars, mais aussi sur la formation des planètes du système solaire interne il y a plus de quatre milliards d'années.

Coopération internationale

Le Service sismologique martien, dirigé par l'ETH Zurich, est le fruit d'une coopération entre des sismologues de l'Institut de géophysique et du Service sismologique suisse à l'ETH Zurich, de l'Institut de recherche en astronomie et en astrophysique de l'Université de Genève et de l'Université de B?le.Institut de géophysique de Paris (IPGP), de l'école d'ingénieurs fran?aise ISAE Toulouse, de l'université de Bristol, de l'Imperial College London, de l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire de G?ttingen (MPS) et du Jet Propulsion Laboratory Pasadena (JPL).

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