Les météorites sur Mars, un danger auquel il faudra penser

La veille de Noël 2021, à 22h38, un mouvement sismique important puisqu’il fut classé au-dessus de 4 sur l’échelle de Richter, fut enregistré par le sismomètre SEIS* déposé sur le sol de Mars par la sonde InSight* de la NASA. Le 18 septembre un autre impact à peine moins important avait été enregistré. Ces enregistrements purent être faits grâce à la capture des ondes sismiques P et S puis R** provenant de ces événements, qui sont exceptionnels puisqu’aucun mouvement sismique comparable (d’origine externe) n’avait été ressenti depuis l’atterrissage de la sonde fin Novembre 2018. Ces ondes de nature et de vitesse différentes permirent de les localiser assez précisément. Plusieurs mois plus tard, la caméra HiRISE embarquée à bord de l’orbiteur MRO, de la NASA, repéra, là où ils devaient être, deux magnifiques cratères encore « frais ». Une étude à leur sujet a été publiée dans la revue Science du 27 octobre 2022 (référence en fin d’article).

*SEIS est l’acronyme de Seismic Experiment for Interior Structure, InSight est celui de Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport.

**Les ondes P et S sont des ondes volumétriques. Les P (Primaires) sont longitudinales et les S (Secondaires), un peu plus lentes, sont transversales. Un second type, les ondes de surface (R et L), sont de deux types, « de Love » ou « de Rayleigh », les premières verticalement et horizontalement, les secondes en mouvement tournant en rouleaux. Les deux impacts mentionnés furent à l’origine d’ondes de ce second type enregistrées sur Mars pour la première fois.

Les cratères se trouvent assez loin d’InSight (la sonde se trouve au Nord de Curiosity, dans Elysium Planitia). Le premier (S1094b) à 3460 km (soit à 58,5° sur la sphère martienne), dans Amazonis Planitia (à l’Ouest NO du socle de Tharsis). C’est le plus important ; il a environ 150 mètres de diamètre. L’astéroïde qui l’a creusé devait avoir une masse de 250 à 650 tonnes pour une dizaine de mètres de diamètre. Le second (S1000a) est situé à 7455 km (à 126°) dans la région de Tempe Terra ; il a environ 130 mètres de diamètre (et le cratère principal est entouré de plusieurs cratères secondaires). Le plus lisible est S1094b parce qu’il est plus près de SEIS et sur un terrain plat relativement homogène alors que le second est séparé par près de la moitié de la sphère planétaire, ce qui a induit l’interférence de la masse du noyau de la planète sur les ondes émises. Il est aussi situé derrière un graben (fossé) qui a agi comme un écran entre le choc et le sismographe.

Ces impacts ont permis une meilleure vision de l’intérieur de la planète et amélioré ce qu’on savait déjà de l’épaisseur des différentes couches qui la structurent (croûte, manteau, noyau) et sur l’inhomogénéité de la croûte (la planète ressemble de ce fait plus à la Lune qu’à la Terre). Mais ce qui m’intéresse le plus ici c’est l’impact lui-même, d’une part par ce qu’il montre du sous-sol immédiat qu’il a découvert et d’autre part par le danger des météorites sur Mars dont il nous rappelle la réalité.

Concernant le premier point, ce qui a été le plus remarqué c’est que S1094b a révélé de la glace d’eau cachée sous le régolithe. Elle n’était pas totalement sublimée quelques mois après l’impact, ce qui implique qu’il y en avait bien davantage car la latitude est basse (température au dessus de 0°C possible dans la journée). C’est de fait la plus basse (35°N) à laquelle on a constaté visuellement de la glace dans le sous-sol immédiat (précédent 39°N). Comme rien ne laissait présager cette présence, cela renforce l’intérêt de mener la mission I-MIM équipée d’un radar puissant pour sonder les premiers mètres du sol, mission dont j’ai parlé la semaine dernière. Cela confirme aussi l’idée qu’on pourra facilement extraire de la glace d’eau un peu partout sur Mars (la profondeur du cratère est de 21 mètres en moyenne).

Mais ces impacts posent aussi le problème du danger des météorites qu’encourront les humains qu’on enverra un jour sur Mars. Certes les impacts de grosses météorites comme ces deux-ci sont probablement rares mais il risque d’y en avoir nettement plus, et de toute taille, que sur Terre. En voici les raisons :

1) Mars est tout près de la Ceinture d’Astéroïdes et peut-être, du fait de ce voisinage, ceux qui évoluent dans l’environnement martien (les NMO, Near Mars Objects) sont-ils moins rares que ceux qui évoluent dans notre environnement (les NEO, Near Earth Objects, “astéroïdes géocroiseurs” en Français).

2) La sphère de Hill de Mars (son ère d’attractivité gravitationnelle dominante) est très inférieure à celle de la Terre. Cela réduit donc le nombre et la taille des astéroïdes qu’elle peut attirer vers elle.

Toutes choses égales par ailleurs, on peut donc estimer qu’il y a au moins autant d’astéroïdes qui arrivent dans l’atmosphère de Mars que dans celle de la Terre. C’est à partir de là (prise en compte de l’action de l’atmosphère) que se manifeste la vraie différence entre Mars et la Terre.

Je passe, rapidement, sur une première différence qui est celle de la gravité du corps sur lequel tombe l’astéroïde. La même masse impactant la Terre, Mars, la Lune ou Arrokoth (petit astéroïde orbitant dans la Ceinture de Kuyper découvert par la sonde New Horizon), n’aura pas du tout le même effet. La force de l’impact résulte de la différence relative des vitesses de déplacement et de la force de gravité des astres en présence. Ceci dit la différence entre la Terre et Mars fait qu’une masse de 250 à 650 tonnes pèsera quand même 100 à 250 tonnes sur Mars.

Je passe aussi sur la composition minéralogique des astéroïdes NEO et sans doute NMO. Il est évident que tous ces petits corps sont d’une grande variété mais 75% (type C) sont des chondrites carbonées; 17% (type S) sont riches en silicates, fer, nickel et magnésium; les astéroïdes purement métalliques (type M) sont de quelques pourcents. Leur densité est également variable et fonction de cette composition. Quoi qu’il en soit les astéroïdes peu denses sont la grande majorité.

La différence de densité d’atmosphère joue un rôle beaucoup plus important. L’atmosphère terrestre forme un écran protecteur qui manque presque totalement pour Mars (pression au sol 6 mb en moyenne). Il faut en effet bien voir qu’en dessous d’une certaine masse le freinage par l’atmosphère est très sensible autour de la Terre, et la vitesse d’arrivée au sol est d’autant plus faible que la masse est faible. Ce freinage est synonyme de dissipation d’énergie. On estime qu’en dessous de 100 mètres de diamètre, un astéroïde rocheux libère la plus grande partie de son énergie dans l’atmosphère terrestre et qu’en dessous de 10 mètres la totalité de l’énergie y est dissipée. Et il y a non seulement dissipation d’énergie mais modification de la structure de la masse à l’occasion de cette dissipation. L’atmosphère terrestre brûle en totalité les micrométéorites mais elle disloque aussi les météorites plus grosses. A fin de comparaison il faut savoir que la météorite S1094b faisait une dizaine de mètres de diamètre et que la météorite de Tcheliabinsk devait avoir entre 12 et 17 mètres. Cette dernière s’est fragmentée entre 40 et 20 km d’altitude ce qui sous-entend que sur Terre S1094b ne serait certainement pas arrivé au sol.

On voit bien que sur Mars presque rien ne va freiner l’astéroïde avant l’impact au sol. Je dis « presque » parce que l’atmosphère martienne va quand même ralentir et même brûler les plus petites masses (ce que ne peut pas faire l’environnement lunaire puisque la Lune n’a pratiquement pas d’atmosphère mais la force de gravité lunaire est deux fois moins grande). Dans son étude en référence (un peu ancienne, 1969, mais sans doute toujours valable), Robert Dycus nous dit que l’atmosphère offre très peu de protection contre les météorites de masse supérieure à une tonne et qu’à partir de 10 grammes et en-dessous, elles sont totalement freinées (mais peuvent arriver au sol en chute libre). Ce qui laisse beaucoup de possibilités d’impacts très rudes.

Certes on pourra recenser les plus gros NMO comme on le fait pour les NEO terrestres estimés dangereux. Mais le critère des 140 mètres de diamètre minimum adopté pour la Terre* ne sera pas suffisant pour Mars pour limiter les catastrophes. Et plus on descendra en taille, plus les astéroïdes seront nombreux, plus ils seront difficiles à détecter de loin. On n’arrivera jamais à descendre suffisamment bas pour être « tranquille » car même une brèche de quelques cm dans un habitat pressurisés serait un événement grave nécessitant d’être traité en urgence. Il faudra donc vivre avec ce danger.

*c’est l’objectif du recensement demandé au télescope NEO Surveyor qui doit être lancé par la NASA au premier semestre 2026.

C’est un risque qu’il faudra prendre en compte quand l’homme créera une base habitable sur Mars. Sa concrétisation sera relativement rare mais sérieuse. Cela veut dire qu’il y aura des accidents certes peu fréquents mais beaucoup moins rares que sur Terre et plus dangereux puisque l’air extérieure sera très ténu et irrespirable. Que pourra-t-on faire pour se protéger ?

Pour ce qui est des habitats il faudra privilégier les habitats enterrés plutôt que les structures édifiées en surface (si elles le sont, la couverture de régolithe sera indispensable). Deux mètres de régolithe, recommandé pour les radiations, seront également efficaces contre les petits astéroïdes. Par ailleurs, il faudra segmenter les habitats par des portes coupe-feu ou coupe-dépressurisation pour qu’en cas d’impact sur un volume viabilisé aérien, tout l’air respirable de la base ne s’échappe dans l’atmosphère.

Pour les petits impacts, toute personne « à l’extérieur », en « EVA » comme on dit, (« Extra Vehicular Activity ») devra porter avec elle une boite avec des patchs permettant de stopper les accidents de dépressurisation (mais de toute façon il faudra se prémunir contre les conséquences d’accrocs divers). De même les passagers de véhicules pressurisés devront emporter dans leur trousse de secours des plaques de matériaux et un équipement pour les souder, permettant de colmater les trous dans la coque ou la carrosserie de leur véhicule (mais de toute façon la « trousse à outil » devra pouvoir remédier à toute perforation d’un habitat pressurisé).

Cela ne va quand même pas nous empêcher d’aller sur Mars. Il y aura probablement beaucoup moins d’impacts d’astéroïdes (quelques 200 par an estimés) que d’accidents de voiture sur Terre.

Illustration de titre : cratère d’impact de l’astéroïde S1094b. Photo HiRISE (orbiteur MRO) crédit NASA.

Illustration ci-dessous : une magnifique météorite métallique (fer/nickel) de 5 cm de diamètre rencontrée par Curiosity le 30 Oct. 2016. Crédit NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Liens :

https://www.cieletespace.fr/actualites/la-sonde-insight-detecte-deux-gros-impacts-meteoritiques-sur-mars

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add8574#:~:text=On%2024%20December%202021%2C%20the%20InSight%20Mars%20lander%20recorded%2C%20for,details%20of%20the%20martian%20crust.&text=A%20satellite%20image%20of%20the,by%20the%20Mars%20Reconnaissance%20Orbiter.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7704

https://mars.nasa.gov/insight/mission/overview/

https://iopscience.iop.org/article/10.1086/128793/pdf

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 22 11 03

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

11 réponses à “Les météorites sur Mars, un danger auquel il faudra penser

  1. Petite correction : la sphère de Hill de Mars n’est pas « très inférieure » à celle de la Terre.
    Bien que la masse de Mars vaille seulement 0,1072 masse terrestre, le demi-grand axe de son orbite vaut 1,52371 fois celui de la Terre, et en tenant encore compte de l’excentricité de l’orbite de Mars (0,09339) bien plus élevée que celle de la Terre (0,01671022 !), on calcule que le rapport des deux rayons de la sphère de Hill vaut 0.6669.
    Sachant que le rayon de la sphère de Hill de la Terre est de 1,5 million de km (assez précisément, la moitié de la distance entre les points de Lagrange L1 et L2 qui diffèrent de 10’000 km dans leur distance à la Terre, L1 étant le plus proche), le rayon de la sphère de Hill de Mars est tout de même de 1 million de km. Donc Mars peut encore « ramasser large ».

    1. Certes Monsieur de Reyff mais il me semble que la sphère déterminée par ce rayon de 1 M de km (environ 4,2 M de Km3) est beaucoup plus petite que celle déterminée par le rayon de 1,5 M de km de la Terre (environ 14,13 M de km3). Mars ramasse donc moins large.
      Par ailleurs il faudrait prendre en compte la force d’attraction des corps et leur vitesse initiale. Mars a, me semble-t-il, une force d’attraction plus faible que celle de la Terre compte tenu de sa masse plus petite. On peut enfin considérer qu’en moyenne la vitesse initiale (avant effet de l’attraction du corps visé) est égale.

      1. Certes, vous avez tout à fait raison : 4,2 est 3,37 fois moins que 14,13, mais cela n’est pas « très inférieur » ; on reste dans le même ordre de taille, d’autant plus que, le million étant aussi à élever au cube, le volume total est bien de l’ordre de M^3 km^3, ou 10^18 km^3, ou 10^27 m^3, ce qui reste colossal comme « filet à papillon » pour ramasser des petits astéroïdes déca et hectométriques, bien plus abondants au voisinage de Mars que dans celui de la Terre.
        C’est cela qu’illustre le fait qu’il y a eu sur Mars deux impacts majeurs enregistrés en l’espace de 3 mois. Sur Terre, on compte une météorite de l’ordre du mètre par année, une météorite de l’ordre de 50 m tous les siècles et une météorite de 100 m tous les 10’000 ans.
        Du fait de sa grande proximité avec la Ceinture principale d’astéroïdes, dont certains ont des excentricités orbitales allant jusqu’à 0,5 (limite inférieure à 1,7 UA, centre de masse à 2,8 UA, région centrale entre 2,06 et 3,27 UA, limite supérieure à 4,5 UA), Mars (demi-grand axe de 1,523 UA, mais aphélie à 1,666 UA, donc à 5 M km de la limite inférieure) restera longtemps encore une cible privilégiée pour des impacts importants et potentiellement dangereux.

  2. L’atmosphère de mars est très ténue donc elle ne peut pas détruire les météorites de manière aussi efficace que celle de la terre. “Pour ce qui est des habitats il faudra privilégier les habitats enterrés” je me demande quels arguments on peut trouver contre cela! D’où l’intérêt de découvrir de grandes cavernes avant l’arrivée d’humains. Cela serait bien plus sécurisant que de commencer à creuser en arrivant, cela exposerait certainement à des surprises concernant la résistance des roches ou la fiabilité des matériels amenés. Pour nous rassurer, constatons que Perseverance ne semble pas avoir été arrêté par des météorites. Je ne sais pas s’il en a reçu. Par contre, il semble qu’il y a du sable sur ses panneaux solaires ce qui va affecter le fonctionnement de certains de ses appareils. Une solution sera peut-être trouvée pour le prochain rover

    1. @Martin: ” il semble qu’il y a du sable sur ses (Perseverance) panneaux solaires”?? L’énergie du rover Persévérance est fournie par un générateur thermoélectrique à radioisotope (MMRTG) qui produit en début de mission environ 2 000 W thermiques permettant d’obtenir 120 W électriques! Cette puissance est indépendante de l’intensité du rayonnement reçu du Soleil (et du sable !) et n’impose donc pas d’arrêter la mission durant la nuit ou pendant l’hiver martien. (Wikipédia)

  3. Il y a ce lien
    https://blogs.futura-sciences.com/feldmann/2018/06/13/tempete-de-sable-geante-sur-la-planete-mars/#:~:text=Install%C3%A9%20pr%C3%A8s%20du%20crat%C3%A8re%20Endeavour,lumi%C3%A8re%20pour%20un%20fonctionnement%20correct.

    Mais cela concerne opportunity

    Je fais erreur certainement. Discussion:
    https://www.lesechos.fr/idees-debats/sciences-prospective/le-rover-perseverance-en-quete-de-traces-de-vie-sur-mars-en-4-questions-1291499
    Et la video, en toute première image, montre des panneaux?
    Perseverance de la NASA : comprendre les « 7 minutes de terreur » et les enjeux de la mission

    1. Non, Martin, le rover Perseverance, pas plus que Curiosity n’utilise les panneaux solaires pour se mouvoir ou faire fonctionner ses instruments. Le dernier rover fonctionnant avec des panneaux solaires fut Opportunity. C’est très clair; il n’y a aucun doute là-dessus. D’ailleurs on voit très mal un véhicule de cette masse (une tonne!) utilisant l’énergie solaire (il faudrait de très/trop grands panneaux).
      Par contre l’hélicoptère Ingenuity (embarqué à l’origine sur le ventre du rover Perseverance), autonome, qui devait être extrêmement léger et qui consomme très peu d’énergie, utilise, lui, l’énergie solaire via panneaux solaires sur ses pales.

  4. Bonjour
    A part le choc initial, l’autre souci des impacts importants et moyens c’est les éclats, sur Terre c’est limité par la densite de l’air qui les freine, sur Mars les éclats seront un danger par leur retombée pour les “balistiques” et pour les plus horizontaux l’effet de frappe directe , sans parler des ricochets…
    Si un jour il existe des bases et cités martiennes, il est certain que la surveillance des impacts de météores y sera une science vitale et cela fera l’objet d’alertes de type tsunamis ou tornades sur Terre.
    Peut être de lointains descendants de DARD seront en orbite martienne et veilleront à frapper les plus menaçants astéroïdes.:-)
    Ceci dit entre cette menace type catastrophe naturelle sur Mars (et sur la Lune) et la ribambelle de toutes celles qu’on a sur Terre: ouragans, inondations, tornades, mouvements de terrains, tsunamis, volcanisme, seismes et aussi impacts d’astéroïdes, je trouve Mars moins inquiétante.
    Et on n’y aurait pas l’onde de choc et le souffle d’un impact qui sur Terre est bien destructeur, car si la densité de l’atmosphère est protectrice, elle participe aussi aux dégâts d’un impact important, et pire elle peut transmettre la destruction comme on a vu en Russie il y a quelques années quand l’onde de choc d’un astéroïde a fait des centaines de blessés, et il y a eu la Toungouska en 1908, sur Mars il y aurait eu un impact mais pas sur Terre, sauf que la vaporisation de l’objet a été très destructrice, heureusement aucune ville en dessous des effets de blast, elle aurait été détruite même sans impact.
    Sur Terre point n’est besoin d’un gros astéroïde impacteur, imaginons un impact moyen sur le coeur d’une centrale nucléaire, et les conséquences si ce coeur est vaporisé ?
    Ou un impact faible mais sur un laboratoire de haute sécurité d’études de virus mortels…
    Heureusement il y en a peu ( de centrales, labos et d’impacts) ce qui rend très faibles ces risques.

    Sur Mars, les impacts des météorites et leurs éclats risquent d’être un souci de deteriorations pour des installations de panneaux solaires, vu leurs superficies , ou pour des radiateurs de refroidissement d’un générateur nucléaire.
    Notre civilisation technologique peut amplifier des catastrophes naturelles par des sur-accidents, il faut en être conscient.

    Quelques futures cités martiennes seront à mon avis plus sûres par rapport aux risques de catastrophes naturelles que celles de la Terre.
    Mais je me trompe peut être…

    1. Très bonnes remarques. Le danger particulier de Mars c’est l’atmosphère irrespirable et très ténue. Cela aura trois conséquences. Les impacts même petits peuvent conduire à des dépressurisation et à des pertes de gaz respirables (Oxygène et azote) qui seront toujours des ressources rares sur Mars. Par ailleurs il y aura beaucoup plus d’astéroïdes parvenant au sol que sur Terre.

  5. Oui, je reconnais mon erreur. Perseverance est mû par le nucléaire non par des panneaux solaires. Ingenuity n’a pas de problème avec le sable parce que ses pales doivent l’évacuer. Mais il y a eu une autre machine qui vient de cesser de fonctionner à cause du sable. Je ne retrouve plus.

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