Un glacier géant peut-être situé au fond du canyon martien Mariner Valley
Valles Marineris d'après la caméra HRSC de la sonde spatiale Mars Express (ESA). Les couleurs sont proches du réel, l'échelle verticale est multipliée par 4. La superficie de la zone tracée est de 630 000 Km2, résolution 100 m par pixel. L'ovale rouge marque l'emplacement de la région de Candor Chasma (Candor Kandor ) et du glacier du télescope FREND dans le système de Mariner Valley. Image (c) ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO.
Le canyon Valles Marineris a été découvert par l'engin spatial Mariner-9 de la NASA en 1971.
Il s'étend sur un quart de la longueur de l'équateur sur une distance d'environ 4 500 km et a une profondeur allant jusqu'à 7 km.
Le canyon s'est formé il y a environ 3,5 milliards d'années, lorsque les volcans de la province de Tarsis et le mont Olympe volcanique, le plus haut du système solaire, sont apparus sur Mars. Les processus tectoniques causés par les volcans ont conduit à la formation d'une énorme faille qui, sous l'influence de l'érosion hydrique, s'est finalement transformée en un canyon. Le processus de sa formation s'est probablement achevé il y a environ 2 milliards d'années.
On suppose qu'au cours de l'évolution de la planète, le canyon aurait pu occasionnellement être rempli d'eau. Maintenant, sur ses pentes, des glissements de terrain et des canaux sont observés, indiquant seulement indirectement les processus hydrologiques en cours. Par conséquent, ce canyon est l'un des endroits les plus intéressants pour étudier l'histoire de Mars : ses hautes parois contiennent les archives géologiques de la planète.
Des hypothèses ont été exprimées à plusieurs reprises sur la présence de glaciers martiens sur son fond, ce qui fait de l'étude de ce canyon, ainsi que d'autres formations géologiques uniques sur Mars, l'une des principales tâches de l'expérience avec le télescope à neutrons FREND (de l'anglais Fine Resolution Détecteur épithermal de neutrons), qui depuis 2016. travaille à bord du satellite martien Trace Gas Orbiter des missions russo-européennes « ExoMars » (ExoMars 2016).
L'instrument Frend ©IKI.
En orbite martienne, FREND mesure le flux de neutrons provenant de la surface de la planète, résultant de son bombardement par les rayons cosmiques galactiques. Le spectre énergétique des neutrons dépendant de la concentration en atomes d'hydrogène dans le sol, sa mesure permet d'estimer assez précisément la concentration d'hydrogène dans la couche jusqu'à une profondeur d'environ 1 m.
La principale caractéristique du télescope FREND est la capacité de cartographier Mars avec une haute résolution spatiale, de l'ordre de quelques dizaines de kilomètres. Grâce à cela, les scientifiques russes ont pu pour la première fois estimer la teneur en hydrogène dans des "oasis" relativement petites à la surface de Mars.
Le plus intéressant d'entre eux était la région de Candor Chasma (Kandor Canyon) dans la Mariner Valley.
On sait que pratiquement tout l'hydrogène de la matière martienne entre dans les molécules d'eau. Jusqu'à présent, on supposait que sur Mars actuel, la majeure partie de l'eau sous forme de dépôts de glace n'était présente que dans les régions polaires. Les estimations de la teneur en eau du sol aux latitudes tempérées et à l'équateur ne correspondaient qu'à quelques pour cent en poids. Il a été supposé que cette eau forme de fines couches monomoléculaires à la surface des particules de régolithe ou fait partie de minéraux hydratés.
D'après les mesures du télescope FREND, la teneur en hydrogène du matériau de la région de Kandor en termes d'eau correspond à la fraction massique dans la substance d'environ 40 % (région C sur la figure). C'est trop à la fois pour l'eau adsorbée à la surface des particules de régolithe congelées et pour l'eau chimiquement liée dans les minéraux hydratés. Une fraction massique d'eau aussi élevée indique presque sans ambiguïté la présence d'un glacier géant d'eau gelée au fond du canyon.
Une carte de la fraction massique d'eau au fond de la vallée martienne Mariner Valley Canyon, basée sur les mesures du rayonnement neutronique de Mars par le télescope à neutrons FREND à bord de la sonde spatiale Trace Gas Orbiter (Roscosmos / ESA). Les couleurs indiquent les estimations de la fraction massique de l'eau dans la matière de surface jusqu'à une profondeur d'environ 1 m. La couleur grise montre le relief selon les données de l'instrument MOLA à bord du vaisseau spatial Mars Global Surveyor (NASA). Dans la partie centrale du canyon, trois zones concentriques ont été trouvées avec une fraction massique croissante d'eau dans le sol vers le centre : 40,3 % dans la zone centrale C, 12,4 % dans la zone B et 7 % dans la zone frontalière A.
La superficie couverte par le glacier est d'environ 41 000 km carrés. C'est plus du double de la superficie du lac Ladoga (17700 km2), le plus grand réservoir d'eau douce d'Europe.
La conclusion sur la présence d'eau sous forme de glacier au fond du canyon devrait être vérifiée lors des futures expéditions martiennes.
Dans les conditions de la planète Mars actuelle, l'existence d'un glacier près de l'équateur martien nécessite des conditions particulières d'éclairement, de pression et de température. De telles conditions ne peuvent avoir lieu qu'au fond de gorges profondes. Le glacier aurait pu se former avec le canyon lui-même il y a 2 milliards d'années et était constitué de l'ancienne eau gelée de la jeune planète Mars. Il est également possible que le processus de formation du glacier se poursuive à l'heure actuelle - des canaux épisodiques d'eau souterraine le long des pentes du canyon peuvent s'accumuler et geler à son fond.
Quoi qu'il en soit, l'étude du glacier au fond de la vallée de la Mariner pourrait devenir à l'avenir l'une des directions principales de la recherche martienne. Premièrement, l'ancienne eau gelée doit contenir des sels minéraux dissous et des composés chimiques complexes formés aux premières époques de l'évolution de Mars. Deuxièmement, l'eau de la jeune planète Mars aurait pu être l'environnement à l'origine de la vie primitive, et ses fragments de reliques pourraient rester dans le glacier jusqu'à nos jours.
Quelle que soit l'origine de l'eau et la forme de sa présence dans le sol, la découverte du dispositif FREND indique la présence d'une immense ressource en eau à proximité immédiate de l'équateur martien. Sa disponibilité à des fins de recherche et d'utilisation pourrait avoir un impact important sur la mise en œuvre de futures missions habitées et non habitées vers Mars.
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Le projet ExoMars est un projet conjoint de Roscosmos et de l'Agence spatiale européenne.
Le projet est mis en œuvre en deux étapes. La première mission, lancée en 2016, comprend deux engins spatiaux : le Trace Gas Orbiter (TGO) pour observer l'atmosphère et la surface de la planète et l'atterrisseur Schiaparelli pour tester les technologies d'atterrissage.
Les tâches scientifiques de l'appareil TGO sont l'enregistrement de petits composants de l'atmosphère martienne, dont le méthane, la cartographie de l'abondance de l'eau dans la couche supérieure du sol avec une haute résolution spatiale de l'ordre de dizaines de kilomètres, et l'imagerie stéréo de la surface. L'appareil est équipé de deux instruments, créés en Russie : le complexe spectrométrique ACS (ACS - Atmospheric Chemistry Suit, Complex for study chimie atmosphérique) et le télescope à neutrons haute résolution FREND (FREND, Fine-Resolution Epithermal Neutron Detector). La Russie fournit également un lanceur Proton avec un étage supérieur Briz-M pour le lancement.
La deuxième étape du projet (lancement en 2022) prévoit la livraison de la plate-forme d'atterrissage russe Kazachok à la surface de Mars avec à son bord le rover européen Rosalind Franklin. La Russie fournit un lanceur Proton-M avec un étage supérieur Briz-M pour le lancement.
Dans le cadre de ces deux étapes, un complexe scientifique au sol du projet ExoMars, uni à l'ESA, est en cours de création en Russie pour recevoir, archiver et traiter l'information scientifique.
Sources: IKI et Roscosmos; Crédits graphiques: IKI/ESA