Sol martien - Martian soil

La curiosité de » point de vue du solMars etblocs après avoir traversé le « Dingo Gap » sable dune (9 février 2014; image transformée àterre en formevue atmosphérique, l' image d' origine ).

Le sol martien est le fin régolithe trouvé à la surface de Mars . Ses propriétés peuvent différer sensiblement de celles des sols terrestres , notamment sa toxicité due à la présence de perchlorates . Le terme sol martien fait généralement référence à la fraction la plus fine du régolithe. Jusqu'à présent, aucun échantillon n'a été renvoyé sur Terre, objectif d'une mission de retour d'échantillons sur Mars , mais le sol a été étudié à distance à l'aide de rovers et d' orbiteurs martiens .

Sur Terre, le terme « sol » comprend généralement un contenu organique . En revanche, les planétologues adoptent une définition fonctionnelle du sol pour le distinguer des roches. Les roches font généralement référence à des matériaux à l'échelle de 10 cm et plus (par exemple, des fragments, des brèches et des affleurements exposés) avec une inertie thermique élevée, avec des fractions surfaciques compatibles avec les données Viking Infrared Thermal Mapper (IRTM) et immobiles dans les conditions éoliennes actuelles . Par conséquent, les roches sont classées comme des grains dépassant la taille des galets sur l' échelle de Wentworth .

Cette approche permet un accord entre les méthodes de télédétection martienne qui couvrent le spectre électromagnétique des ondes gamma aux ondes radio . Le « sol » fait référence à tous les autres matériaux, généralement non consolidés, y compris ceux à grain suffisamment fin pour être mobilisés par le vent. Le sol englobe par conséquent une variété de composants de régolithe identifiés sur les sites de débarquement. Les exemples typiques incluent : les armures en forme de lit , les clastes , les concrétions , la dérive , la poussière , les fragments rocheux et le sable . La définition fonctionnelle renforce une définition générique récemment proposée du sol sur les corps terrestres (y compris les astéroïdes et les satellites ) comme une couche superficielle non consolidée et chimiquement altérée de matière minérale ou organique à grains fins dépassant une épaisseur centimétrique, avec ou sans éléments grossiers et parties cimentées.

La poussière martienne connote généralement des matériaux encore plus fins que le sol martien, la fraction ayant un diamètre inférieur à 30 micromètres. Le désaccord sur l'importance de la définition du sol survient en raison de l'absence d'un concept intégré de sol dans la littérature. La définition pragmatique « milieu pour la croissance des plantes » a été couramment adoptée dans la communauté scientifique planétaire, mais une définition plus complexe décrit le sol comme « un matériau (bio)géochimiquement/physiquement altéré à la surface d'un corps planétaire qui englobe des dépôts telluriques extraterrestres superficiels ». Cette définition souligne que le sol est un corps qui conserve des informations sur son histoire environnementale et qui n'a pas besoin de la présence de la vie pour se former.

Toxicité

Le sol martien est toxique, en raison de concentrations relativement élevées de composés de perchlorate contenant du chlore . Le chlore élémentaire a été découvert pour la première fois lors d'enquêtes localisées par le rover martien Sojourner , et a été confirmé par Spirit , Opportunity and Curiosity . L' orbiteur Mars Odyssey a également détecté des perchlorates à la surface de la planète.

L' atterrisseur Phoenix de la NASA a détecté pour la première fois des composés à base de chlore tels que le perchlorate de calcium . Les niveaux détectés dans le sol martien sont d'environ 0,5%, ce qui est un niveau considéré comme toxique pour l'homme. Ces composés sont également toxiques pour les plantes. Une étude terrestre de 2013 a révélé qu'un niveau de concentration similaire à celui trouvé sur Mars (0,5 g par litre) provoquait :

  • une baisse significative de la teneur en chlorophylle des feuilles des plantes,
  • réduction du pouvoir oxydant des racines des plantes
  • réduction de la taille de la plante au-dessus et au-dessous du sol
  • une accumulation de perchlorates concentrés dans les feuilles

Le rapport a noté que l'un des types de plantes étudiées, Eichhornia crassipes , semblait résistant aux perchlorates et pourrait être utilisé pour aider à éliminer les sels toxiques de l'environnement, bien que les plantes elles-mêmes finiraient par contenir une forte concentration de perchlorates. . Il est prouvé que certaines formes de vie bactériennes sont capables de vaincre les perchlorates et même d'en vivre. Cependant, l'effet supplémentaire des niveaux élevés d'UV atteignant la surface de Mars brise les liaisons moléculaires, créant des produits chimiques encore plus dangereux qui, lors de tests en laboratoire sur Terre, se sont révélés plus mortels pour les bactéries que les perchlorates seuls.

Risque de poussière

Le danger potentiel pour la santé humaine de la fine poussière martienne est reconnu depuis longtemps par la NASA . Une étude de 2002 a mis en garde contre la menace potentielle, et une étude a été réalisée en utilisant les silicates les plus courants trouvés sur Mars : l' olivine , le pyroxène et le feldspath . Il a révélé que la poussière réagissait avec de petites quantités d'eau pour produire des molécules hautement réactives qui sont également produites lors de l'extraction du quartz et connues pour produire des maladies pulmonaires chez les mineurs sur Terre, y compris le cancer (l'étude a également noté que la poussière lunaire peut être pire) .

Dans la foulée, depuis 2005, le Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) de la NASA a pour objectif de déterminer les effets toxiques possibles de la poussière sur l'homme. En 2010, le groupe a noté que bien que l' atterrisseur Phoenix et les rovers Spirit et Opportunity aient contribué à répondre à cette question, aucun des instruments n'était adapté pour mesurer les cancérogènes particuliers qui sont préoccupants. Le rover Mars 2020 est une mission d'astrobiologie qui effectuera également des mesures pour aider les concepteurs d'une future expédition humaine à comprendre les dangers posés par la poussière martienne. Il utilise les instruments connexes suivants :

  • MEDA , un ensemble de capteurs atmosphériques qui mesurent diverses choses, notamment le rayonnement, la taille et la forme de la poussière.
  • PIXL , un spectromètre à fluorescence X pour déterminer la composition élémentaire à petite échelle des matériaux de surface martiens.
  • SHERLOC , un spectromètre Raman ultraviolet qui utilise l'imagerie à petite échelle et un laser ultraviolet (UV) pour déterminer la minéralogie à petite échelle

La mission du rover Mars 2020 mettra en cache des échantillons qui pourraient potentiellement être récupérés par une future mission pour leur transport vers la Terre. Toutes les questions sur la toxicité des poussières qui n'ont pas encore été résolues in situ peuvent alors être traitées par des laboratoires sur Terre.

Observations

Comparaison des sols sur Mars - Échantillons par curiosité , opportunité et rovers Spirit (3 décembre 2012). (SiO 2 et FeO sont divisés par 10, et Ni, Zn et Br sont multipliés par 100.)
Première utilisation de la curiosité du rover de scooper comme il tamise une charge de sable à « Rocknest » (7 Octobre 2012).

Mars est recouverte de vastes étendues de sable et de poussière et sa surface est jonchée de roches et de rochers. La poussière est parfois ramassée dans de vastes tempêtes de poussière à l' échelle de la planète . La poussière de Mars est très fine et il en reste suffisamment en suspension dans l'atmosphère pour donner au ciel une teinte rougeâtre. La teinte rougeâtre est due à la rouille des minéraux de fer qui se sont vraisemblablement formés il y a quelques milliards d'années lorsque Mars était chaud et humide, mais maintenant que Mars est froide et sèche, la rouille moderne peut être due à un superoxyde qui se forme sur les minéraux exposés aux rayons ultraviolets du soleil. . On pense que le sable ne se déplace que lentement dans les vents martiens en raison de la très faible densité de l'atmosphère à l'époque actuelle. Dans le passé, l'eau liquide s'écoulant dans les ravins et les vallées fluviales peut avoir façonné le régolithe martien. Les chercheurs de Mars étudient si l'érosion des eaux souterraines façonne le régolithe martien à l'époque actuelle et si des hydrates de dioxyde de carbone existent sur Mars et jouent un rôle.

Première vue par diffraction des rayons X du sol martien - L'analyse CheMin révèle du feldspath , des pyroxènes , de l' olivine et plus encore ( Curiosity rover à " Rocknest ", 17 octobre 2012).

On pense que de grandes quantités d'eau et de glace de dioxyde de carbone restent gelées dans le régolithe dans les parties équatoriales de Mars et à sa surface à des latitudes plus élevées. Selon le détecteur de neutrons à haute énergie du satellite Mars Odyssey , la teneur en eau du régolithe martien atteint jusqu'à 5 % en poids. La présence d' olivine , qui est un minéral primaire facilement altérable, a été interprétée comme signifiant que les processus d'altération physiques plutôt que chimiques dominent actuellement sur Mars . On pense que les fortes concentrations de glace dans les sols sont à l'origine du fluage accéléré du sol , qui forme le « terrain adouci » arrondi caractéristique des latitudes moyennes martiennes.

En juin 2008, l' atterrisseur Phoenix a renvoyé des données montrant que le sol martien était légèrement alcalin et contenait des nutriments essentiels tels que le magnésium , le sodium , le potassium et le chlorure , qui sont tous des ingrédients nécessaires à la croissance des organismes vivants sur Terre. Les scientifiques ont comparé le sol près du pôle nord de Mars à celui des jardins sur Terre et ont conclu qu'il pourrait convenir à la croissance des plantes. Cependant, en août 2008, le Phoenix Lander a mené des expériences chimiques simples , mélangeant l'eau de la Terre avec le sol martien dans le but de tester son pH , et a découvert des traces de perchlorate de sel , tout en confirmant également les théories de nombreux scientifiques selon lesquelles la surface martienne était considérablement basique , mesurant à 8,3. La présence du perchlorate rend le sol martien plus exotique qu'on ne le croyait auparavant (voir la section Toxicité ). Des tests supplémentaires ont été nécessaires pour éliminer la possibilité que les lectures de perchlorate soient causées par des sources terrestres, qui, à l'époque, auraient pu migrer du vaisseau spatial vers les échantillons ou l'instrumentation. Cependant, chaque nouvel atterrisseur a confirmé leur présence dans le sol localement et l' orbiteur Mars Odyssey a confirmé qu'ils sont répartis globalement sur toute la surface de la planète.

Sol " Sutton Inlier " sur Mars - cible du laser de ChemCam - rover Curiosity (11 mai 2013).

En 1999, le rover Mars Pathfinder a effectué une mesure électrostatique indirecte du régolithe martien. L'expérience d'abrasion de la roue (WAE) a été conçue avec quinze échantillons de métal et des isolants en film montés sur la roue pour refléter la lumière du soleil vers un capteur photovoltaïque. Les caméras Lander ont montré que de la poussière s'accumulait sur les roues lorsque le rover se déplaçait et le WAE a détecté une baisse de la quantité de lumière frappant le capteur. On pense que la poussière peut avoir acquis une charge électrostatique lorsque les roues roulent sur la surface, provoquant l'adhérence de la poussière à la surface du film.

Alors que notre compréhension des sols martiens est extrêmement rudimentaire, leur diversité peut soulever la question de savoir comment nous pourrions les comparer avec nos sols terrestres. L'application d'un système basé sur la Terre est largement discutable, mais une option simple consiste à distinguer la Terre (en grande partie) biotique du système solaire abiotique et à inclure tous les sols non terrestres dans une nouvelle base de référence mondiale pour le groupe de référence sur les ressources en sols ou la taxonomie des sols de l'USDA. Ordre, qui pourrait être provisoirement appelé Astrosols.

Le 17 octobre 2012 ( rover Curiosity à « Rocknest »), la première analyse par diffraction des rayons X du sol martien a été réalisée. Les résultats ont révélé la présence de plusieurs minéraux, dont du feldspath , des pyroxènes et de l' olivine , et ont suggéré que le sol martien de l'échantillon était similaire aux " sols basaltiques altérés " des volcans hawaïens . Les cendres volcaniques hawaïennes sont utilisées comme simulant de régolithe martien par les chercheurs depuis 1998.

En décembre 2012, des scientifiques travaillant sur la mission Mars Science Laboratory ont annoncé qu'une analyse approfondie du sol martien effectuée par le rover Curiosity a montré des preuves de molécules d'eau , de soufre et de chlore , ainsi que des indices de composés organiques . Cependant, une contamination terrestre , comme source des composés organiques, n'a pas pu être exclue.

Le 26 septembre 2013, des scientifiques de la NASA ont signalé que le rover Mars Curiosity avait détecté de l' eau « abondante et facilement accessible » (1,5 à 3 % en poids) dans des échantillons de sol de la région Rocknest d' Aeolis Palus dans le cratère Gale . De plus, la NASA a signalé que le rover Curiosity avait trouvé deux types de sol principaux : un type mafique à grain fin et un type felsique à grain grossier dérivé localement . Le type mafique, similaire aux autres sols martiens et à la poussière martienne , était associé à l'hydratation des phases amorphes du sol. De plus, des perchlorates , dont la présence peut rendre difficile la détection de molécules organiques liées à la vie , ont été trouvés sur le site d'atterrissage du rover Curiosity (et plus tôt sur le site plus polaire de l' atterrisseur Phoenix ), suggérant une "distribution mondiale de ces sels". La NASA a également signalé que la roche Jake M , une roche rencontrée par Curiosity sur le chemin de Glenelg , était une mugéarite et très similaire aux roches de mugéarite terrestre.

Le 11 avril 2019, la NASA a annoncé que le rover Curiosity sur Mars avait foré et étudié de près une « unité contenant de l'argile » qui, selon le chef de projet du rover, est une « étape majeure » dans le voyage de Curiosity jusqu'au mont. Fort .

Curiosité percée dans une " unité argileuse ".

Les humains auront besoin de ressources in situ pour coloniser Mars. Cela exige une compréhension des sédiments en vrac locaux non consolidés, mais la classification de ces sédiments reste un travail en cours. Trop peu de la surface martienne entière est connue pour dessiner une image suffisamment représentative. En attendant, il est correct de mieux utiliser le terme sol pour désigner les sédiments non consolidés de Mars.

Poussière atmosphérique

Diable de poussière sur Mars - vu par le rover Curiosity - (9 août 2020)
Diable de poussière sur Mars ( MGS )
Les diables de poussière provoquent des traînées sombres sur la surface martienne
Poussière de Serpent Diable de Mars ( MRO )
Diables de poussière à Valles Marineris ( MRO )
Martian Dust Devil - dans Amazonis Planitia (10 avril 2001) ( aussi ) ( vidéo (02:19) ).
25 novembre 2012
18 novembre 2012
Les emplacements des rovers Opportunity et Curiosity sont notés ( MRO )

De la poussière de taille similaire se déposera de l'atmosphère martienne plus mince plus tôt que sur Terre. Par exemple, la poussière suspendue par les tempêtes de poussière mondiales de 2001 sur Mars n'est restée dans l'atmosphère martienne que pendant 0,6 an, tandis que la poussière du mont Pinatubo a mis environ deux ans à se déposer. Cependant, dans les conditions martiennes actuelles, les mouvements de masse impliqués sont généralement beaucoup plus faibles que sur Terre. Même les tempêtes de poussière mondiales de 2001 sur Mars n'ont déplacé que l'équivalent d'une couche de poussière très fine – environ 3 µm d'épaisseur si elle est déposée avec une épaisseur uniforme entre 58° au nord et au sud de l'équateur. Le dépôt de poussière sur les deux sites du rover s'est produit à un taux d'environ l'épaisseur d'un grain tous les 100 sols .

La différence de concentration de poussière dans l'atmosphère terrestre et celle de Mars provient d'un facteur clé. Sur Terre, la poussière qui quitte la suspension atmosphérique s'agrège généralement en particules plus grosses sous l'action de l'humidité du sol ou se met en suspension dans les eaux océaniques. Cela aide que la majeure partie de la surface de la Terre soit recouverte d'eau liquide. Aucun de ces processus ne se produit sur Mars, laissant la poussière déposée disponible pour la suspension dans l'atmosphère martienne. En fait, la composition de la poussière atmosphérique martienne - très similaire à la poussière de surface - telle qu'observée par le spectromètre d'émission thermique Mars Global Surveyor , peut être dominée volumétriquement par des composites de feldspath plagioclase et de zéolite qui peuvent être dérivés mécaniquement des roches basaltiques martiennes sans altération chimique. . Les observations des pièges à poussière magnétiques des Rovers d'exploration de Mars suggèrent qu'environ 45% du fer élémentaire dans la poussière atmosphérique est oxydé au maximum (3+) et que près de la moitié existe dans la titanomagnétite, tous deux compatibles avec la dérivation mécanique de la poussière avec une altération aqueuse limitée à seulement fines pellicules d'eau. Collectivement, ces observations soutiennent l'absence de processus d'agrégation de poussières provoquées par l'eau sur Mars. De plus, l'activité du vent domine actuellement la surface de Mars, et les champs de dunes abondants de Mars peuvent facilement céder des particules en suspension atmosphérique par des effets tels que des grains plus gros désagrégeant des particules fines lors de collisions.

Les particules de poussières atmosphériques martiennes ont généralement un diamètre de 3 µm. Il est important de noter que si l'atmosphère de Mars est plus mince, Mars a également une accélération gravitationnelle plus faible, de sorte que la taille des particules qui resteront en suspension ne peut pas être estimée avec l'épaisseur atmosphérique seule. Les forces électrostatiques et de van der Waals agissant parmi les particules fines introduisent des complexités supplémentaires dans les calculs. Une modélisation rigoureuse de toutes les variables pertinentes suggère que des particules de 3  µm de diamètre peuvent rester en suspension indéfiniment à la plupart des vitesses du vent, tandis que des particules d'un diamètre aussi grand que 20  µm peuvent entrer en suspension à partir du repos lors d'une turbulence de vent de surface aussi faible que 2 ms −1 ou rester en suspension à 0,8 ms -1 .

En juillet 2018, des chercheurs ont signalé que la plus grande source de poussière sur la planète Mars provenait de la formation Medusae Fossae .

Tempête de poussière sur Mars – profondeur optique tau – mai à septembre 2018
( Mars Climate Sounder ; Mars Reconnaissance Orbiter )
(1:38 ; animation ; 30 octobre 2018 ; description du fichier )
Mars (avant/après) tempête de poussière (juillet 2018)
Mars sans tempête de poussière en juin 2001 (à gauche) et avec une tempête de poussière mondiale en juillet 2001 (à droite), vue par Mars Global Surveyor
Dune de sable du Namib (côté sous le vent) sur Mars
( rover Curiosity ; 17 décembre 2015).
Érosion par tempête de poussière

Recherche sur Terre

Un petit tas de simulateur de sol JSC MARS-1A

Les recherches sur Terre se limitent actuellement à l'utilisation de simulateurs de sol martien , basés sur l'analyse des différents engins spatiaux martiens . Il s'agit d'un matériau terrestre utilisé pour simuler les propriétés chimiques et mécaniques du régolithe martien pour la recherche, les expériences et les tests de prototypes d'activités liées au sol martien, telles que l'atténuation de la poussière des équipements de transport, les systèmes avancés de survie et l'utilisation des ressources in situ .

Un certain nombre de missions de retour d'échantillons de Mars sont en cours de planification, ce qui permettrait de ramener le sol martien réel sur Terre pour une analyse plus avancée que ce qui est possible in situ à la surface de Mars . Cela devrait permettre des simulations encore plus précises. La première de ces missions est une mission en plusieurs parties commençant par l' atterrisseur Mars 2020 . Cela permettra de collecter des échantillons sur une longue période. Un deuxième atterrisseur recueillera ensuite les échantillons et les ramènera sur Terre .

Galerie

Voir également

Les références

Liens externes