L’océan polaire martien confirmé par MARSIS

En étudiant les données accumulées pendant 5 ans par le radar MARSIS, embarqué sur Mars Express, une équipe internationale de chercheurs menée par l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble vient de faire une avancée significative dans le débat sur la nature géologique des basses plaines circum-polaire de l’hémisphère Nord de Mars.

MARSIS est un radar basse fréquence embarqué sur la mission européennne Mars Express. Cet instrument a la capacité de sonder profondément le sous-sol martien, jusqu’à plusieurs kilomètres sous les calottes polaires. C’est en étudiant la réflectivité radar de la surface de Mars (l’intensité du premier écho radar réfléchi) qu’une carte globale de la constante diélectrique a pu être établie. Celle-ci dépend directement de la composition et des propriétés physiques des premières dizaines de mètres du sous-sol et donc à la nature géologique des terrains.

Carte des hémisphères nord (a,c) et sud (b) de Mars entre les latitutes 30º et les pôles en projection stéréographique polaire. L’échelle de couleur bleu-rouge représente les constantes diélectriques mesurées par MARSIS. Les valeurs faibles (bleu) sont mieux expliquées par des matériaux de faibles densités et/ou la présence de glace d’eau. Alors que les fortes valeurs (rouge) indiquent la présence de matériaux volcaniques denses. Pour les contours indiquant la présence de plus de 10% d’eau (équivalent hydrogène ou WEH) dans le premier mètre et celui donnant la limite théorique de stabilité de la glace sont aussi tracés sur ces cartes. Les lignes continues et pointillées (figure en bas) montrent la région délimitée par le rivage de l’hypothétique océan (“Oceanus Borealum” ; “Deuteronilus” et “Arabia”).
Les mesures topographiques de Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) sont montrées en relief.

La carte obtenue montre une zone de faible constante diélectrique (faible réflectivité radar) dans les basses plaines de l’hémisphère Nord. « Nous avons immédiatement été très intrigués lorsque nous nous sommes aperçus que cette zone de faible constante diélectrique correspondait à l’emplacement du possible océan martien » confie Jérémie Mouginot, premier auteur de l’article. Cette zone correspond, en effet, à une région délimitée par une possible ligne de rivage, identifiée selon des arguments géomorphologiques sur les photographies des sondes Viking et, dans une moindre mesure, selon des arguments topographiques sur les données altimétriques de la sonde Mars Global Surveyor. Cette interprétation a néanmoins toujours été controversée, en particulier en raison de l’absence d’observations de compositions chimique et minéralogique particulières dans ces régions.

Les faibles valeurs de la constante diélectrique apportent désormais un nouvel argument de poids en faveur de la présence passée d’un océan circum-polaire sur Mars. En effet, seuls deux types de matériaux sont à même d’expliquer des valeurs aussi faibles : des sédiments très poreux ou une large concentration de glace d’eau. Ces deux possibilités renvoient à l’existence dans un passé éloigné d’une important masse d’eau chargée en sédiments autour du pôle nord de Mars.

Alors que de nombreuses méthodes géophysiques de télédétection ne sondent que les niveaux les plus superficiels du sous-sol martien, le sondage par radar basse fréquence employé dans cette étude permet de caractériser les propriétés des matériaux intégrées sur des épaisseurs de plusieurs dizaines de mètres en dessous de la surface. En sondant à des profondeurs plus importantes, il devient possible de retracer le déroulement d’événements survenus il y a plusieurs milliards d’années en s’affranchissant des perturbations climatiques récentes qui affectent les unités géologiques les plus superficielles. En l’occurrence, l’extension géographique de la zone de faible constante diélectrique suggère l’implication des grands chenaux de débâcle des régions de Chryse, Utopia et Arcadia Planitia qui ont pu charrier de grandes quantités de sédiments vers les plaines circum-polaires, il y a deux ou trois milliards d’années de cela.

Le devenir de cet océan polaire (Oceanum Boreale) reste aujourd’hui inconnu. Une première possibilité est que l’eau ait été perdue dans l’espace par des mécanismes d’échappement atmosphérique. Une seconde, est que celle-ci soit toujours présente sur Mars aujourd’hui, piégée dans le sous-sol au sein d’une profonde et épaisse cryosphère.

Références de l’article

J. Mouginot(1,2), A. Pommerol(1,3), P. Beck(1), W. Kofman(1) and S. Clifford(4), Dielectric map of the Martian northern hemisphere and the nature of plain filling materials, Geophysical Research Letters 19 janvier 2012

(1) Laboratoire de Planétologie de Grenoble, Grenoble, France

(2) Department of Earth System Science, University of California, Irvine, California, USA

(3) Space Research and Planetary sciences Division, Physikalisches Institut, Universität Bern, Switzerland

(4) Lunar and Planetary Institute Houston, Texas, USA.

Contacts

Contact scientifique : Wlodek Kofman | IPAG | +33 4 76 51 41 47 | wlodek.kofman (at) univ-grenoble-alpes.fr
Responsable CNES de la thématique système solaire : Francis Rocard | francis.rocard (at) cnes.fr

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