Mars, la planète bouge

Les équipes de la mission Mars 2020 viennent de réaliser une prouesse scientifique en captant pour la première fois en simultané le son et l’image d’un tourbillon de poussière martien. Cet exploit a été rendu possible grâce à la concordance des différents capteurs du Rover Perseverance dont le microphone SuperCam, conçu par l’ISAE-SUPAERO, le CNES et le JPL.

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

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

13 décembre 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).

Les équipes ont pu enregistrer le moment exact où le tourbillon de poussière passait à la verticale du rover. A cet instant, l‘ensemble de ses capteurs météorologiques pour la mesure de la pression, la température, la quantité de poussière et du vent, une caméra, et le microphone étaient allumés et a permis d’enregistrer à la fois le son, l’image et les paramètres atmosphériques. La combinaison unique de ces multiples données, et la modélisation a permis aux chercheurs d’estimer que le tourbillon de poussière mesurait environ 25 mètres de large, soit presque 10 fois la taille du rover, au moins 118 mètres de haut, et qu’il se déplaçait à une vitesse d’environ 19 km/h.

Une nouvelle première martienne

Bien que ce phénomène soit courant à la surface de Mars, en particulier dans le cratère Jezero, où se situe le rover Perseverance, jamais le son d’un tourbillon de poussière n’avait été jusqu’alors enregistré. Il y avait en effet seulement 1 chance sur 200 d’entendre un tel tourbillon avec l’enregistrement du microphone

Une étape supplémentaire vient d’être franchie dans la compréhension des phénomènes atmosphériques de Mars !

Les questions soulevées sont nombreuses Pourquoi le cratère Jezero est-il balayé par tant de tourbillons de poussière alors que d’autres sites géographiques sont quant à eux couverts de poussière stagnante ? Est-ce lié aux conditions météorologiques ou aux processus qui soulèvent la poussière ? C’est pour y répondre que l’équipe de recherche de l’ISAE-SUPAERO s’est intéressée à l’analyse des flux de particules portés par ce tourbillon.

« La bande sonore est extrêmement riche. » explique Martin Gillier, doctorant qui exploite les données du microphone martien à l’ISAE-SUPAERO, « Nous pouvons entendre le vent associé au tourbillon, mais aussi des centaines d’impacts de grains de poussière. »

C’est la première fois qu’un instrument sur Mars a pu mesurer directement le flux de particules transportés par le vent. C’est une mesure importante pour mieux comprendre comment la poussière est soulevée de la surface de Mars, et ainsi améliorer la capacité à prévoir les tempêtes de poussière et les variabilités climatiques sur la planète. Ces informations sont aussi importantes pour l’exploration spatiale future, car les impacts de grains sont impliqués dans la dégradation du matériel présent à la surface de Mars.

« Notre équipe est convaincue depuis des années de l’intérêt scientifique des microphones pour mieux appréhender l’atmosphère de la planète Mars. Cette rencontre avec le tourbillon de poussière démontre le fort potentiel des données acoustiques dans l’exploration planétaire », affirme Naomi Murdoch, chercheuse à l’ISAE-SUPAERO et auteure principale de l’étude.

Il est certain que de nouveaux enregistrements sonores de tourbillons de poussière, seront réalisés par Perseverance ce qui permettra d’effectuer des études comparatives entre divers tourbillons sur différents sites géographiques martiens pour mieux en comprendre le climat.