Mars, the dusty planet

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A team of researchers from ISAE-SUPAERO record the sound of a Martian dust devil for the first time. Published in Nature Communications on 13 December 2022, these scientific analyses could improve understanding of dust storms and climate variability on Mars.

The Mars 2020 mission teams have just accomplished a scientific feat by recording both the sound and images of a Martian dust devil for the first time ever. This feat was made possible by combined usage of the various sensors on the Perseverance Rover, including the SuperCam microphone, designed by ISAE-SUPAERO, CNES and the JPL.

Le son d'un tourbillon de poussière martien capturé par le microphone de SuperCam sur Persévérance !
Research

Le son d’un « diable de poussière » martien capturé par le microphone ISAE-SUPAERO sur Persévérance !

Research

Le son d’un « diable de poussière » martien capturé par le microphone ISAE-SUPAERO sur Persévérance ! NASA

13 December 2022

Cette vidéo et cet audio montrent les résultats obtenus par le rover martien Persévérance de la NASA et son microphone SuperCam lors de l’enregistrement des sons d’un tourbillon de poussière martien passé à sa verticale le 27 septembre 2021, le 215e jour martien ou sol, de la mission. Le tourbillon de poussière mesurait 25 mètres de large pour au moins 118 mètres de haut, et se déplaçait à 19 km/h environ.
C’est la première fois qu’un tel enregistrement est réalisé, car capturer un tourbillon de poussière demande un peu de chance. En effet, il a survolé le rover au moment où tous les capteurs de Persévérance mesurant le vent, la pression, la température et la poussière plus la caméra NavigationXXX (Navcam) étaient en marche.
Cela a permis aux scientifiques de combiner les sons, les images et les données atmosphériques. La combinaison unique de ces données, ainsi que la modélisation atmosphérique, ont permis aux chercheurs d’estimer les dimensions du tourbillon de poussière.
Les scientifiques ne peuvent pas prédire précisément le passage de ces vortex. Les rovers comme Persévérance et Curiosity les surveillent régulièrement. Lorsque les scientifiques constatent qu’ils sont plus fréquents à un certain moment de la journée ou qu’ils s’approchent d’une certaine direction, ils concentrent leur surveillance pour tenter d’attraper un tourbillon de poussière avec tous les capteurs à leur disposition.
> Pour mieux comprendre la vidéo, elle montre trois rangées d’images :
- la rangée du haut est une image brute de la surface martienne prise par la NavcamSuperCam ; bien que la caméra soit capable de prendre des couleurs, elle prend des images en noir et blanc lorsqu’elle recherche des tourbillons de poussière afin de réduire la quantité de données renvoyées vers la Terre (la plupart des images reviennent sans tourbillon de poussière détecté).
- la rangée du milieu montre la même image traitée avec un logiciel de détection des changements pour indiquer où le mouvement s’est produit au fil du temps ; la couleur est utilisée pour montrer la densité de la poussière, allant du bleu (bruit à la poussière de faible densité) au jaune en passant par le violet. Les zones où le mouvement est détecté sont indiquées par la couleur, le violet correspondant à un mouvement léger et le blanc à un mouvement plus rapide.
- la dernière ligne est un graphique montrant l’amplitude du son provenant du microphone de SuperCam et une chute soudaine de la pression atmosphérique enregistrée par la suite de capteurs de Perseverance, appelée Mars Environmental Dynamics Analyzer, fournie par le Centro de Astrobiología (CAB) à l’Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial à Madrid et l’amplitude du son provenant du microphone de SuperCam .
Un objectif clé de la mission de Persévérance sur Mars est l’astrobiologie, notamment la recherche de signes de vie microbienne ancienne. Le rover caractérisera la géologie et le climat passé de la planète, ouvrira la voie à l’exploration humaine de la planète rouge et sera la première mission à collecter et à mettre en cache de la roche et du régolithe martiens (roche brisée et poussière).

The teams were able to record the exact moment when the whirlwind of dust passed vertically over the rover. At that moment, all of its meteorological sensors for measuring pressure, temperature, dust and wind, as well as a camera and microphone were switched on and it was possible to record both the sound and image as well as all the atmospheric information. The model drawn up by the scientists based on this unique combination of multiple data sources, enabled them to calculate that the dust devil was about 25 meters wide, almost 10 times the size of the rover, at least 118 meters high and that it was moving at a speed of around 19 km/h.

A NEW MARTIAN FIRST

Although this phenomenon is common on the surface of Mars, especially in the Jezero crater where the Perseverance Rover is located, the sound of a dust devil had never been recorded until then. There was indeed only 1 chance in 200 of hearing such a whirlwind with the microphone recording.

An additional step has just been taken in understanding atmospheric phenomena on Mars!

microperseverancetourbillon2022

The questions raised are many, why is the Jezero crater crossed by so many dust devils while other areas are covered with stagnant dust? Is it related to weather conditions or processes that lift the dust? To find answers to these questions, the ISAE-SUPAERO research team focused on analyzing the particle fluxes carried by this vortex.

« The soundtrack is extremely rich. » explained Martin Gillier, PhD student who studies the data from the Martian microphone at ISAE-SUPAERO, « We can hear the wind associated with the vortex, but also hundreds of dust grain impacts. »

This is the first time that an instrument on Mars has been able to directly measure the particle flux transported by the wind. This is an important measure giving us a better understanding of how dust is lifted from the surface of Mars. It will greatly improve our ability to predict dust storms and climate variability on the planet. This information is also important for future space exploration, as grain impacts damage the equipment on the surface of Mars.

« Our team has been convinced for years of the scientific interest of microphones for a better understanding of the Martian atmosphere. This encounter with the dust devil demonstrates the strong potential of acoustic data in planetary exploration », said Naomi Murdoch, ISAE-SUPAERO researcher and lead author of the study.

It is certain that new sound recordings of dust devils will be made by Perseverance which will enable comparative studies to be made between various dust devils at different Martian sites and thereby improve our understanding of the climate.

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