Des tremblements de terre sur Mars révèle des impacts quotidiens de météorites

Une équipe de recherche internationale, codirigée par l'ETH Zurich et l'Imperial College London, a réalisé la première estimation des impacts de météorites sur Mars à l'aide de données sismiques. Leurs conclusions indiquent qu'entre 280 et 360 météorites frappent la planète chaque année, formant des cratères d'impact de plus de 8 mètres de diamètre. Géraldine Zenhäusern, de l'ETH Zurich, qui a codirigé l'étude, a déclaré : «Ce taux est environ cinq fois plus élevé que le nombre estimé à partir des seules images orbitales. En accord avec les images orbitales, nos résultats démontrent que la sismologie est un excellent outil pour mesurer les taux d'impact».

Un «gazouillis» sismique signale une nouvelle catégorie de tremblements de terre

En utilisant les données du sismomètre déployé lors de la mission InSight de la NASA sur Mars, les scientifiques ont découvert que 6 événements sismiques enregistrés à proximité de la station avaient été précédemment identifiés comme des impacts météoriques (Garcia et al., 2023) - un processus rendu possible par l'enregistrement d'un signal atmosphérique acoustique spécifique généré lorsque des météorites pénètrent dans l'atmosphère martienne. Aujourd'hui, Géraldine Zenhäusern,de l'ETH Zurich, Natalia Wójcicka, de l'Imperial College London, et l'équipe de recherche ont découvert que ces six événements sismiques appartiennent à un groupe beaucoup plus large de tremblements de terre, appelés événements à très haute fréquence (VF, pour very high frequency). Le processus d'origine de ces tremblements de terre est beaucoup plus rapide que celui d'un séisme tectonique de taille similaire. Alors qu'un tremblement de terre normal de magnitude 3 sur Mars prend plusieurs secondes, un événement généré par un impact de la même taille ne prend que 0,2 seconde ou moins, en raison de l'hyper-vitesse de la collision. L'analyse des spectres des tremblements de terre sur Mars a permis d'identifier 80 autres tremblements de terre dont on pense maintenant qu'ils sont dus à des chutes de météoroïdes.

Leur quête a commencé en décembre 2021, un an avant que l'accumulation de poussière sur les panneaux solaires ne mette fin à la mission InSight, lorsqu'un important tremblement de terre lointain enregistré par le sismomètre a réverbéré un signal sismique à large bande sur l'ensemble de la planète. La télédétection a associé le tremblement de terre à un cratère de 150 mètres de large. Pour confirmer cette hypothèse, l'équipe InSight s'est associée à la caméra contextuelle (CTX) de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) pour rechercher d'autres cratères récents qui correspondraient à la date et à l'emplacement des événements sismiques détectés par InSight. Le travail de détective des équipes a porté ses fruits et elles ont eu la chance de trouver un deuxième cratère frais de plus de 100 mètres de diamètre. En revanche, les cratères plus petits, formés lorsque des météorites de la taille d'un ballon de basket frappent la planète et qui devraient être beaucoup plus fréquents, sont restés introuvables. Aujourd'hui, le nombre d'impacts de météorites est nouvellement estimé en fonction de l'occurrence de ces séismes spéciaux à haute fréquence.

Premier taux d'impact de météorite à partir de données sismiques

Environ 17'000 météorites tombent sur la Terre chaque année, mais à moins qu'elles ne traversent le ciel nocturne, elles sont rarement remarquées. La plupart des météores se désintègrent lorsqu'ils pénètrent dans l'atmosphère terrestre, mais sur Mars, l'atmosphère est 100 fois plus fine, ce qui expose la surface à des impacts de météorites plus importants et plus fréquents.

Jusqu'à présent, les planétologues s'appuyaient sur des images orbitales et des modèles déduits des cratères d'impact de météorites bien conservés sur la Lune, mais l'extrapolation de ces estimations à Mars s'est avérée difficile. Les scientifiques ont dû tenir compte de l'attraction gravitationnelle plus forte de Mars et de sa proximité avec la ceinture d'astéroïdes, ce qui signifie qu'un plus grand nombre de météorites frappent la planète rouge. D'autre part, les tempêtes de sable régulières produisent des cratères beaucoup moins bien conservés que ceux de la Lune, et donc moins facilement détectables par l'imagerie orbitale. Lorsqu'une météorite frappe la planète, les ondes sismiques de l'impact traversent la croûte et le manteau et peuvent être captées par des sismomètres, ce qui offre une toute nouvelle façon de mesurer le taux d'impact de Mars.

Natalia Wójcicka explique : «Nous avons estimé le diamètre des cratères à partir de la magnitude de tous les séismes VF et de leur distance, puis nous l'avons utilisé pour calculer le nombre de cratères qui se sont formés autour de l'atterrisseur InSight en l'espace d'un an. Nous avons ensuite extrapolé ces données pour estimer le nombre d'impacts qui se produisent chaque année sur l'ensemble de la surface de Mars».

Géraldine Zenhäusern ajoute : «Les nouveaux cratères sont plus facilement visibles sur les terrains plats et poussiéreux, où ils ressortent vraiment, mais ce type de terrain couvre moins de la moitié de la surface de Mars. Le sismomètre sensible d'InSight a cependant pu entendre chaque impact dans le rayon d'action de l'atterrisseur.»

Aperçu de l'âge de Mars et des missions futures

Tout comme les rides et les ridules de notre visage, la taille et la densité des cratères résultant de l'impact des météorites révèlent des indices sur l'âge des différentes régions d'un corps planétaire. Moins il y a de cratères, plus la région de la planète est jeune. Vénus, par exemple, n'a pratiquement pas de cratères visibles parce qu'elle est protégée par une atmosphère légère et que sa surface est continuellement remaniée par le volcanisme ; les surfaces anciennes de Mercure et de la Lune sont fortement cratérisées. Mars se situe entre ces deux exemples, avec des régions anciennes et des régions jeunes qui peuvent être distinguées par le nombre de cratères.

De nouvelles données montrent qu'un cratère de 8 mètres se produit quelque part à la surface de Mars presque tous les jours et qu'un cratère de 30 mètres se produit environ une fois par mois. Étant donné que les impacts hypervéloces provoquent des zones d'explosion dont le diamètre est facilement 100 fois supérieur à celui du cratère, il est important de connaître le nombre exact d'impacts pour assurer la sécurité des missions robotiques, mais aussi des futures missions humaines, sur la planète rouge.

«Il s'agit du premier article de ce type à déterminer la fréquence des impacts de météorites à la surface de Mars à partir de données sismologiques, ce qui était l'un des objectifs de la mission Mars InSight», explique Domenico Giardini, professeur de sismologie et de géodynamique à l'ETH Zurich et co-chercheur principal de la mission Mars InSight de la NASA. «Ces données sont prises en compte dans la planification des futures missions vers Mars».

Selon Géraldine Zenhäusern et Natalia Wójcicka, les prochaines étapes pour faire avancer cette recherche impliquent l'utilisation de technologies d'apprentissage automatique pour aider les chercheurs et chercheuses à identifier d'autres cratères sur les images satellites et à identifier les événements sismiques dans les données.