Au cratère Gusev Image: NASA Spirit, MER-A Au cratère Gusev Image: NASA

PLAN Les robots Rover Spirit Les instruments d’analyse Lancement – vol – atterrissage Premiers tours de roue sur le sol de Mars Découvertes Analyses géochimiques Bilan

Mars Exploration Rover Les robots MER, Mars Exploration Rover : MER-A et son frère jumeau MER-B baptisés Spirit et Oppotunity sont la dernière génération de robots envoyés sur la planète rouge à ce jour. Leur objectif est de confirmer la présence d’eau sur Mars sur une période suffisamment conséquente pour permettre l’apparition de la vie. Plus grand que le robot de Mars Pathfinder, ils font près d’un mètre et pèsent 185 kg car ils embarquent de nombreux instruments de mesures. image: NASA

SPIRIT Le robot Spirit est le premier MER lancé et à s’être posé sur Mars d’où son nom de MER-A. Son nom a été choisit en référence au « pioneering spirit », ceci avait pour but de rattaché le robot au mythes fondateur des USA et de redynamiser l‘intérêt du public étasunien pour les missions de la NASA. Son site d’atterrissage, le Cratère Gusev du nom de astronome russe Matvel Gusev, a possiblement été formé à la suite d’un impact et aurait contenu un lac. L’objectif de Spirit était donc de découvrir et d’étudier d’éventuel sédiments lacustres, une mission donc d’ordre principalement géologique. La façon de procéder au choix des noms des rovers montre une tentative de la NASA pour attirer l’attention du public américain sur l’exploration spatiale en la rattachant aux mythes fondateurs des USA, et en essayant de cibler en particulier la jeunesse. Ces noms ont été adoptés en référence à la légende de la Conquête de l’Ouest, désignée comme the land of opportunity pour les colons dotés du pioneering spirit. Ce site a été choisi en raison du caractère plat du terrain, mais surtout parce qu’il a pu abriter un ancien lac, relié par la vallée Ma’adim à un lac de vastes dimensions situé plus au sud. Après l’impact d’une météorite de grande taille, il y a plusieurs milliards d’années, le cratère ainsi formé a pu être inondé par de l’eau apportée par la vallée Ma’adim. Les sédiments et les minéraux qui ont pu se former, se seraient accumulés au fond du cratère, avant que l’eau ne s’échappe du cratère ou ne s’évapore.

Équipement Outre ses 3 antennes de télécommunication et ses 9 caméras le robot transporte avec lui un véritable laboratoire d’analyse géologique: un spectromètre infrarouge miniature d’émission thermique (Mini-TES) un spectromètre Alpha Particle Rayons X (APXS) un spectromètre Mössbauer MIMOS II un outil d’abrasion des roches (RAT) sept aimants destinés à piéger les particules magnétiques un spectromètre infrarouge miniature d’émission thermique (Mini-TES), pour étudier la composition minéralogiques des roches et des sols, en mesurant le rayonnement naturel infrarouge émis par ces objets. Cet appareil est fixé sur le mât de chaque rover, à côté de la caméra panoramique. un spectromètre Alpha Particle Rayons X (APXS), développé par l’Institut pour la chimie Max Planck de Mayence, en Allemagne, employé pour des analyses rapprochées de l’abondance des éléments constitutifs des roches et du sol. Les sources radioactives de Curium 244 de cet appareil bombardent de particules alpha et de rayons X le substrat à étudier. Ensuite, il analyse soit les rayons X émis par les éléments les plus lourds, soit les particules alpha réfléchies par les éléments les plus légers (carbone, oxygène, azote mais pas hydrogène et hélium). Cet instrument est fixé au bout du bras robotisé. un spectromètre Mössbauer MIMOS II, élaboré par le Dr Göstar Klingelhöfer de l’université Johannes Gutenberg de Mayence, en Allemagne, employé pour l’examen rapproché de la minéralogie des roches et des sols. Cet appareil utilise un rayon gamma pour mesurer la présence de minéraux riches en fer et leur état d’oxydation. Il est placé au bout du bras robotisé. A noter également : un outil d’abrasion des roches (RAT), qui permet d’enlever la poussière et la surface des roches à étudier sur un diamètre de 4,5 cm, et une profondeur de 5 mm, grâce à une meule constituée d’éclats de diamants fixés sur une résine solide. Cet instrument permet d’étudier les roches en évitant les biais liés à la poussière ou à une altération de surface. Il est disposé au bout du bras robotisé. L’image ci-contre montre une vue en gros plan prise par la caméra microscope du robot Spirit, d’une zone abrasée par l’outil RAT du rocher Mazatzal, le jour Sol 82 de la mission MER A sur Mars. 7 aimants destinés à piéger les particules magnétiques, et à les étudier à l’aide de la caméra panoramique, de la caméra microscope, et des spectromètres Mössbauer et APXS. Le dispositif de capture magnétique est constitué d’un cylindre central et de trois anneaux, ayant chacun une orientation magnétique alternée. L’ensemble constitue un cylindre de 4,5 cm de diamètre. Les poussières s’accumulent au fil du temps, au fil des captures des particules en suspension dans l’air martien, qui est très riche en poussières. Comme les différents aimants ont des puissances différentes, les plus faibles ne capturent que les particules plus magnétiques, alors que les plus forts les capturent presque tous. En revanche, il ne sera pas possible de savoir quelle est l’origine précise d’un ensemble donné de poussières. 2 paires de caméras monochromes, une paire de caméras panoramiques (PanCam) une paire de caméras grand angle (Navigation Camera ou NavCam), une caméra microscope (Microscopic Imager),

Le voyage Le lancement de la sonde contenant le Rover a été effectué grâce une fusée Delta II 7925 depuis la station de Cap Canaveral en Floride à eu lieu le 10 juin 2003 à 17 h 58 min 47 s UTC. Puis suit un voyage d’environ six mois durant lesquels la sonde parcourt la distance relativement courte de 56 millions de km, à la fin de l’année 2003 la Terre et Mars sont en effet très proche l’une de l’autre. Le 3 janvier 2004 la sonde entre dans l’atmosphère à une vitesse de 19000 km/h, et atteint le sol après une chute de 6 minutes. L’appareil rebondit pendant près d’une minute avant de s’immobiliser sur le sol martien. La mission Spirit a utilisé un fusée Delta II 7925 standard, qui a décollé le 10 juin 2003 à 17 h 58 min 47 s UTC. Le 1er lancement avec la fusée Delta II 7925 a eu lieu dans le complexe spatial 17A (SLC-17A) de la station Cap Canaveral de l’Air Force Station en Floride. Traversée de l’atmosphère martienne : la prise de contact s’est faite à plus de 19 000 km/h. La traversée a provoqué une décélération de 7 g, correspondant à un ralentissement de plus de 4 000 km/h par minute. Le bouclier thermique a été porté à une température de 1 500 °. Déploiement du parachute au bout de 4 minutes, à une vitesse de 1 600 km/h et à 10 km au-dessus du sol martien. Largage du bouclier thermique, 20 secondes plus tard. Airbags des rovers Spirit et Opportunity. Sortie de l’atterrisseur depuis le module de descente, 10 secondes plus tard, le long d’un câble de 20 m, à 6 km d’altitude. Ce dispositif permet de placer les airbags hors de portée des rétrofusées, et d’éviter que leur allumage ne les fasse éclater. De plus, ce système perdulaire réduit le risque d’un emballement de l’atterrisseur dans le parachute causé par des turbulences de l’atmosphère martienne. À 2 500 m du sol, évaluation de la vitesse de chute par le radar d’approche, pour déterminer la durée de fonctionnement des rétrofusées, ainsi que la vitesse horizontale et de la direction, pour déterminer les fusées à actionner. Gonflement des airbags. À 200 m du sol, allumage des rétrofusées pour amener la vitesse verticale à zéro. À 12 m du sol, coupure du câble et chute de l’atterrisseur pendant 3 secondes. Contact avec le sol martien provoquant une décélération de 3 g, avec un amortissement par les airbags, et rebond à 10 m de haut. Rebonds pendant une minute, jusqu’à l’immobilisation finale Le module d’atterrissage du robot Spirit s’est posé le 3 janvier 2004 dans le cratère Gusev, une cavité de 145 km de diamètre, située à 15° au sud de l’équateur. Le nom de ce cratère vient de Matvel Gusev, un astronome russe du 19e siècle. La température à la surface du cratère Gusev varie entre 0° et -100°.

Premières observations …et premières déception, en effet Spirit ne détecte au cratère Gusev que des roches basaltiques, pas de traces des sédiments possiblement recouvert par la lave et les dépôts éoliens. L’espoir d’étudier d’abondantes traces d’une sédimentation lacustre a été déçu, car Spirit a détecté essentiellement du basalte. Les sédiments lacustres qui existeraient éventuellement dans ce cratère ont apparemment été enterrés sous des laves. Contrairement au site d’atterrissage d’Opportunity, celui de Spirit ne montrait pas d’affleurement rocheux permettant de conduire des études sur la nature du sous-sol. L’observation a surtout montré des rochers d’origine volcanique et du sable apporté par le vent. La présence simultanée de galets de taille très variable (20 cm environ pour les plus grands) et de sable représente un indice de dépôts de nature deltaïque. Toutefois leur forme évoquant des "Dreikanter" fait penser à une érosion éolienne. Spirit se dirige vers le cratère de Bonneville…

Cratère Bonneville Laguna Hollow, sur le chemin du cratère, Spirit tente de creuser dans le sol à la recherche d’une indice confirmant la présence d’eau. Aucun signe. Humphrey (roche volcanique) présente au sein de fissures des minéraux cristallisé, ceci est un indice de présence d’eau liquide même en quantité faible dans le cratère de Gusev. Le 11 mars 2004, arrivé au cratère Bonneville. Le rover Spirit a donc été dirigé vers le cratère d'impact Bonneville, de 192 m de diamètre, dans l’espoir que celui-ci serait suffisamment profond pour mettre à jour des affleurements de roches. En cours de route, Spirit a été stoppé au milieu de la dépression Laguna Hollow afin de creuser le sable avec l’une de ses roues en rotation alors que les autres roues étaient bloquées. L’objectif de la manœuvre était de déterrer une hypothétique croûte dont la présence aurait été l’indice d’une eau stagnante dans le passé. Malheureusement, cet espoir a été déçu. Le rover Spirit sur Mars, à la date de Sol 50, tente de creuser le sable de la dépression Laguna Hollow pour mettre à jour sans succès une hypothétique croûte dont la présence aurait été l’indice d’une eau stagnante dans le passé. L’examen du cratère d'impact Bonneville a montré que celui-ci n’était pas assez profond pour laisser apparaître des affleurements rocheux. L’impact n’a pas été suffisant pour que les éjectats proviennent d’une sous couche volcanique. Le rover Spirit a donc été dirigé vers les collines Columbia, à 2,3 km de distance, toujours dans l’espoir de trouver des affleurements rocheux. Trajet du rover Spirit sur Mars à la date de Sol 46, depuis son site d’atterrissage jusqu’à la dépression Laguna Hollow, en direction du cratère d’impact Bonneville. Une première preuve de l’écoulement passé d’eau pour Spirit « Si nous trouvions ce rocher sur Terre, nous dirions qu'il s'agit d'une roche volcanique dans lequel un peu de liquide est passé » a informé Ray Arvidson, un des chefs de l’équipe scientifique réunie au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie. D’après les analyses de Spirit, le rocher Humphrey est d’origine volcanique, tout comme le premier roc qui a été analysé par le robot, à savoir Adirondack. Cependant, à la différence de ce dernier, Humphrey est tailladé par de nombreuses petites fissures visibles sur les images microscopiques renvoyées par Spirit. Des fissures et de petits creux dans la roche où l’on aperçoit des traces brillantes qui pourraient être des minéraux cristallisés. L’eau contenue dans le magma volcanique a pu déposé ces cristaux plus tard lorsque celui-ci s’est refroidit. Toutefois, cette hypothèse reste à vérifier, il est possible en effet que les traces brillantes soient en réalité de la poussière qui se serait infiltrée dans les fissures du rocher lors du dernier brossage. Les scientifiques ont donc programmé d’effectuer cette même analyse plus tard sur un autre rocher mais avec une profondeur de trou de 4 millimètres, s’ils observent une structure semblable, cela confirmera leur hypothèse. Si cette observation est confirmée, elle n’aura cependant rien à voir avec la découverte de Opportunity. En effet « nous ne parlons pas de beaucoup d'eau ici » a déclaré Ray Arvidson. La quantité d’eau nécessaire pour former ces possibles cristaux dans la roche volcanique est minime. Néanmoins, « cela signifie que Mars est une planète diversifiée et que l'eau y a coulé » a conclu Arvidson. Opportunity gagne donc pour l’instant mais qui sait, lorsque Spirit atteindra le grand cratère vers lequel il se dirige… peut-être trouvera-t-il de nouvelles surprises ! En attendant, il reste encore au robot 138 mètres à parcourir avant d’atteindre le grand cratère Bonneville au fond duquel il trouvera peut-être la réponse au mystère du cratère de Gusev.

Les 90 premiers jours de Spirit sur le sol martien Ces objectifs ont été atteints par le robot Spirit le 5 avril 2004, correspondant au jour Sol 91, depuis son atterrissage sur Mars. Malgré une immobilisation initiale de 2 semaines causée par un problème informatique, et un problème sur l’une de ses roues ralentissant sa progression, le faible taux de problèmes techniques observés laisse espérer que le rover sera actif bien au-delà de sa durée prévue de 90 jours.

Premiers résultats géochimiques -Le Mini-TES confirme nettement la présence de silicates repérés par le spectromètre thermique de Mars Global Surveyor -Le fer et le silicium représente les éléments majeurs du sol martien. Il est donc constitué par des silicates riches en fer. Analyses sur les silicates Le graphique 1 a été obtenu par le Mini-TES et le 2 par le APXS, ils montrent tout les deux la présence de silicates, riches en fer comme les observations de Mars Global Surveyor nous l’avait déjà montré. Cependant aucune information sur la présence durable d’eau liquide.

Le résultats suivant concerne les recherches de traces d’eau liquide et semblent être contradictoire : Figure 1 : grâce au spectromètre de Mössbauer on note la présence de minéraux riches en fer et on peut identifié notamment l’olivine, cependant l’étude de la surface de la roche ne montre pas d’altération chimique possiblement induite par l’eau. Figure 2: le Mini-TES outre les silicates montre ici la présence de carbonates, ceux-ci se sont formé en présence d’eau. Mais le résultat le plus attendu était celui des carbonates dont la présence est indiscutable. Or les carbonates ne se forment qu'en présence d'eau. Ne reste donc qu'un petit doute pour affirmer la présence indiscutable d'eau liquide dans le passé : les carbonates peuvent aussi se former au contact de la vapeur d'eau atmosphérique. Il faudra donc confirmer que les carbonates ne se limitent pas à une couche superficielle. -Ce graphe obtenu par le spectromètre prouve la présence de trois minéraux différents riches en fer. Le premier identifié est l'olivine. Sa présence en surface indique qu'il n'y a eu aucune altération chimique donc signerait l'absence d'eau liquide.

The Columbia Hills, la destination finale de Spirit (March 26, 2004) Enfin, la plus importante des découvertes faites par le robot Spirit revient à une petite roche à l’allure biscornue baptisée « Pot of Gold ». Cette roche représentait en effet de l’or pour les scientifiques de la mission ! Les instruments de Spirit y ont détecté de l’hématite pour la première fois dans le cratère de Gusev ! Deux tranchées ont été creusées dans le sol martien par le géologue électronique lors de son périple. Or, les analyses effectuées par ses spectromètres montrent une concentration de magnésium et de soufre dans le sol. Les scientifiques de la mission pensent qu’il pourrait s’agir de sulfate de magnésium, formé lorsque de l’eau liquide se serait infiltrée dans le sol puis évaporée, laissant derrière elle les minéraux qui la constituaient, dont le sel. Tranchés contenant S et Mg Pot of Gold Durant son ascension vers Columbia Hill Spirit recueille quelques nouveaux indices confirmant la présence d’eau liquide dans la région :de possibles dépôts de sulfate de magnésium et ce qui semble bien être des cristaux d’hématite.

Bilan Aujourd’hui le robot Spirit… Site d’atterrissage 30 septembre 2005 .

Initialement la durée de fonctionnement de Spirit avait été prévu pour 90 jours à la surface de Mars dans ce temps le robot devait parcourir une distance de 600 m. Le 3 janvier 2005, Spirit fête sa 1ère année à la surface de Mars avec plus de 3 km parcouru à cette date. Aujourd’hui il est à près de 4 km de son point d’atterrissage. Mission réussi sur le plan de la longévité. Les découvertes de Spirit concernant la présence d’eau liquide ne sont cependant pas aussi évidentes et nombreuses que celles d’Opportunity et on ne peut pas affirmé que de l’eau liquide soit resté pour un temps géologique conséquent dans la région du cratère Gusev. Les derniers analyses effectuées sur la route pour Columbia Hill se sont montrés toutefois plus concluant et on peut admettre que de l’eau liquide à été présente dans cette zone.

Bibliographie Les informations et photographies proviennent des sites suivants : NASA : http://marsrovers.jpl.nasa.gov/ http://marsprogram.jpl.nasa.gov/ Ministère de l‘éducation et de la recherche (France) : http://www.educnet.education.fr/planeto/default.htm Encyclopédie : http://en.wikipedia.org/wiki/MER Missions Rover en direct : http://orbitmars.futura-sciences.com/missions2003.php#mera Athena, Mission to Mars : http://athena.cornell.edu/