Principal AstéroïdesUne sonde de l'aube découvre des traces de glace souterraine sur le Vesta

Une sonde de l'aube découvre des traces de glace souterraine sur le Vesta

Astéroïdes : Une sonde de l'aube découvre des traces de glace souterraine sur le Vesta

En 2011, l'engin spatial Dawn de la NASA a mis en orbite autour du grand astéroïde (alias planétoïde) appelé Vesta. Au cours des 14 prochains mois, la sonde a mené des études détaillées de la surface de Vesta avec sa gamme d'instruments scientifiques. Ces découvertes ont révélé beaucoup d'informations sur l'histoire du planétoïde, ses caractéristiques de surface et sa structure, que l'on croit différenciée, à l'instar des planètes rocheuses.

En outre, la sonde a recueilli des informations vitales sur la teneur en glace de Vesta. Après avoir passé en revue les données de la sonde au cours des trois dernières années, une équipe de scientifiques a produit une nouvelle étude indiquant la possibilité de formation de glace sous la surface. Ces découvertes pourraient avoir une incidence sur notre compréhension de la formation des corps solaires et de la manière dont l'eau était traditionnellement transportée dans le système solaire.

Leur étude, intitulée «Observations radar orbitales bistatiques de l’astéroïde Vesta par la mission Dawn», a récemment été publiée dans la revue scientifique Nature Communications. Dirigée par Elizabeth Palmer, une étudiante diplômée de la Western Michigan University, l’équipe s’est appuyée sur les données obtenues par l’antenne de communication embarquée à bord du vaisseau spatial Dawn pour effectuer la première observation radar de Vesta par radar bistatique orbital (BSR).

Représentation d'artiste du vaisseau spatial Dawn en orbite autour de Vesta. Crédit: NASA / JPL-Caltech

Cette antenne HGA (High-Gain Telecommunications Antenna)) a transmis des ondes radioélectriques en bande X pendant l’orbite de Vesta à l’antenne du Deep Space Network (DSN) sur Terre. Au cours de la majeure partie de la mission, l’orbite de Dawn a été conçue de manière à ce que le HGA soit dans la ligne de mire des stations au sol sur Terre. Cependant, pendant les occultations (lorsque la sonde passait derrière Vesta pendant 5 à 33 minutes à la fois), la sonde était hors de cette ligne de mire.

Néanmoins, l’antenne transmettait en permanence des données de télémétrie, ce qui provoquait la réflexion des ondes radar transmises par HGA sur la surface de Vesta. Cette technique, connue sous le nom d'observations radar bistatique (BSR), a été utilisée dans le passé pour étudier les surfaces de corps terrestres tels que Mercure, Vénus, la Lune, Mars, Titan, la lune de Saturne, et la comète 67P / CG.

Mais comme l'explique Palmer, utiliser cette technique pour étudier un corps tel que Vesta était une première pour les astronomes:

«C’est la première fois qu’une expérience radar bistatique est menée en orbite autour d’un petit corps. Cela pose donc plusieurs défis uniques par rapport à la même expérience réalisée sur de grands corps comme la Lune ou Mars. Par exemple, comme le champ de gravité autour de Vesta est beaucoup plus faible que Mars, le vaisseau spatial Dawn n’a pas à orbiter à une vitesse très élevée pour se maintenir à distance de la surface. La vitesse orbitale de l’engin spatial prend de l’importance, car plus l’orbite est rapide, plus la fréquence de l’écho de surface change (effet Doppler décalé) par rapport à la fréquence du signal. signal direct (c'est-à-dire le signal radio sans obstacle qui voyage directement depuis les antennes HGA de Dawn vers les antennes du réseau de l'espace lointain de la Terre sans brouter la surface de Vesta). Les chercheurs peuvent faire la différence entre un «écho de surface» et le «signal direct» en fonction de leur différence de fréquence (si la vitesse orbitale de Dawn est plus lente autour de Vesta), cette différence de fréquence très petite et nous a demandé plus de temps pour traiter les données BSR et isoler les «échos de surface» afin de mesurer leur force.

Cette carte géologique haute résolution de Vesta est dérivée des données du satellite Dawn. Les couleurs marron représentent la surface la plus ancienne et la plus fortement cratérisée. Crédit: NASA / JPL-Caltech / ASU

En étudiant les ondes réfléchies BSR, Palmer et son équipe ont pu obtenir des informations précieuses sur la surface de Vesta. À partir de cela, ils ont observé des différences significatives dans la réflectivité radar de surface. Mais contrairement à la Lune, ces variations de rugosité de surface ne pouvaient pas être expliquées par la seule formation de cratères et étaient probablement dues à l’existence de glace de sol. Comme Palmer a expliqué:

«Nous avons constaté que cela résultait de différences dans la rugosité de la surface à l'échelle de quelques centimètres. Des échos de surface plus forts indiquent des surfaces plus lisses, tandis que des échos de surface plus faibles ont rebondi sur des surfaces plus rugueuses. Lorsque nous avons comparé notre carte de rugosité de surface de Vesta à une carte de concentrations d'hydrogène dans le sous-sol - mesurée par les scientifiques de Dawn à l'aide du détecteur de rayons gamma et de neutrons (GRaND) ​​- nous avons constaté que de vastes zones plus lisses chevauchaient des zones où l'hydrogène avait également augmenté concentrations! "

En fin de compte, Palmer et ses collègues ont conclu que la présence de glace enfouie (passée et / ou présente) sur Vesta était responsable du fait que certaines parties de la surface étaient plus lisses que d'autres. Fondamentalement, chaque impact sur la surface transfère beaucoup d’énergie au sous-sol. Si de la glace enfouie était présente à cet endroit, elle serait fondue au moment de l'impact, remonterait à la surface le long des fractures générées par l'impact, puis serait gelée sur place.

De la même manière qu'une lune comme Europa, Ganymede et Titania connaissent un renouvellement de surface en raison du fait que le cryovolcanisme provoque la pénétration de l'eau liquide à la surface (où elle gèle), la présence de glace souterraine provoquerait le lissage de parties de la surface de Vesta heures supplémentaires. Cela conduirait finalement au genre de terrain accidenté dont Palmer et ses collègues ont été témoins.

Le planétoïde Vesta, étudié par la sonde Dawn de juillet 2011 à septembre 2012. Photo: NASA

Cette théorie est étayée par les fortes concentrations d'hydrogène détectées sur des terrains plus lisses, mesurant des centaines de kilomètres carrés. Cela concorde également avec les preuves géomorphologiques obtenues à partir des images de la caméra Dawn Framing, qui montraient des signes d'écoulement d'eau transitoire sur la surface de Vesta. Cette étude a également contredit certaines hypothèses antérieures concernant Vesta.

Comme l'a noté Palmer, cela pourrait également avoir des implications en ce qui concerne notre compréhension de l'histoire et de l'évolution du système solaire:

«L'astéroïde Vesta était censé avoir épuisé toute teneur en eau il y a longtemps en raison de la fonte mondiale, de la différenciation et du maraîchage extensif des régolithes sous l'impact de corps plus petits. Cependant, nos résultats corroborent l'idée selon laquelle il pourrait y avoir de la glace enfouie sur Vesta, ce qui est une perspective intéressante puisque Vesta est une protoplanète qui représente un stade précoce de la formation d'une planète. Plus nous en saurons sur la présence de glace d'eau dans le système solaire, mieux nous comprendrons comment l'eau a été fournie à la Terre et à quel point elle était intrinsèque à l'intérieur de la Terre au cours des premiers stades de sa formation. "

Ce travail a été sponsorisé par le programme de géologie et de géophysique planétaires de la NASA, un effort basé sur JPL qui vise à encourager la recherche de planètes de type terrestre et de grands satellites du système solaire. Les travaux ont également été menés avec l'aide de la Viterbi School of Engineering de l'USC dans le cadre d'un effort continu visant à améliorer l'imagerie radar et à micro-ondes afin de localiser les sources d'eau souterraines sur les planètes et autres corps.

Lectures supplémentaires: USC, Nature Communications

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