Le radar de Mars Express recueille une première série de données sur le sol martien

Ce radar a entrepris ses observations scientifiques le 4 juillet 2005, le jour même de la clôture de la phase initiale de sa mise en service. En raison du retard pris dans le déploiement de MARSIS, il avait été décidé d’exécuter la mise en service – qui devait initialement durer quatre semaines – en deux étapes, dont l’une vient de s’achever, l’autre étant appelée à démarrer en décembre prochain. Grâce à cette décision, le radar a pu entamer sa mission scientifique plus tôt que prévu, en période de nuit martienne, seule propice au sondage de subsurface. De jour, en effet, l’ionosphère présente un « niveau d’énergie » plus important qui perturbe les signaux radio utilisés pour l’observation du sous-sol.

Depuis le démarrage de la mise en service, les deux antennes de 20 mètres envoient des signaux radio vers la surface de la planète et reçoivent des échos en retour. « La phase de mise en service a confirmé que le radar marche très bien et qu’il peut fonctionner à plein régime sans perturber les systèmes en place sur la sonde », a déclaré Roberto Seu, responsable de l’instrument MARSIS à l’université de Rome « La Sapienza ».

MARSIS est un instrument très complexe, capable de fonctionner dans différentes bandes de fréquence : les fréquences basses sont optimales pour sonder le sous-sol profond, les fréquences élevées servent à scruter le sol à faible profondeur ainsi que la haute atmosphère, le registre complet des fréquences se prêtant pour sa part à l’étude de la surface.

« Pendant la mise en service, nous nous sommes attachés à tester tous les modes de transmission et à optimiser les performances du radar autour de Mars », précise le Professeur Giovanni Picardi, responsable de recherche pour l’instrument MARSIS à l’université de Rome « La Sapienza », « ce qui nous permet de recevoir, depuis le démarrage des observations scientifiques début juillet, des échos de surface très nets et une première série de données sur l’ionosphère ».

Le radar MARSIS est conçu pour fonctionner à proximité du péricentre de l’orbite, lorsque la sonde passe au plus près de la surface de la planète. A chaque orbite, le radar est activé pendant 36 minutes au voisinage de ce point. Sur la totalité de ce créneau, les cinq premières et cinq dernières minutes sont consacrées au sondage de l’ionosphère, l’essentiel du temps, soit 26 minutes, allant à l’observation de la subsurface.

A basse fréquence, MARSIS a surtout étudié les zones de plaine situées entre 30 et 70 degrés de latitude Nord, et cela à toutes les longitudes. Le Professeur Picardi se dit très content du fonctionnement du radar, ajoutant que « les mesures de surface réalisées jusqu’ici correspondent presque parfaitement aux modèles topographiques existants ». Les mesures en question ont donc constitué un excellent test.

Le choix des régions de plaine pour la collecte des premières données s’explique scientifiquement par le fait que les couches de subsurface y sont en principe plus faciles à identifier, même si cette tâche est encore délicate. « Comme le radar semble fonctionner parfaitement pour la surface, nous avons de bonnes raisons de croire que les ondes radio se propagent aussi correctement dans le sous-sol », déclare le Professeur Picardi.

Selon le professeur, « la phase la plus importante de notre activité vient de démarrer, car nous devons nous assurer que nous pouvons identifier clairement et isoler sans problème les échos renvoyés par le sous-sol martien. Cela suppose d’analyser avec soin la totalité des données et de vérifier que les signaux semblant provenir de couches différentes du sous-sol ne sont pas, en réalité, produits par des irrégularités de surface. Ce travail continuera de nous occuper pendant plusieurs semaines ».

Un certain nombre de résultats préliminaires intéressants ont également été obtenus à la suite de l’analyse des premières mesures ionosphériques de MARSIS. Le radar est particulièrement sensible à la teneur en particules chargées de l’ionosphère (plasma). Cette teneur s’est avérée à certains moments plus importante que ce que l’on pouvait attendre. Selon Jeffrey Plaut, Responsable de recherche associé à ce projet au Jet Propulsion Laboratory de la NASA (Pasadena, Etats-Unis), « nous procédons maintenant à l’analyse des données pour savoir si ces mesures peuvent résulter d’une augmentation brutale de l’activité solaire, analogue à celle qui a été observée le 14 juillet, ou s’il faut émettre de nouvelles hypothèses. Seule une analyse plus approfondie nous le dira ».

L’envoi de signaux radar à la surface pour scruter le sous-sol martien se poursuivra jusqu’à la mi-août, donc quasiment jusqu’à la fin de la phase d’observation nocturne. Ensuite, priorité sera donnée à des instruments adaptés aux observations de jour, comme la caméra HRSC et le spectromètre de cartographie OMEGA. MARSIS continuera néanmoins d’explorer de jour la surface de la planète et son ionosphère. Plus de 20% de toutes les orbites de Mars Express seront réservées à ce sondage ionosphérique, quelles que soient les conditions d’éclairement solaire.

En décembre 2005, le péricentre de l’orbite de Mars Express sera de nouveau exposé à la nuit martienne. Il se sera alors rapproché du pôle Sud de la planète, ce qui permettra à MARSIS de reprendre dans des conditions optimales ses observations de nuit pour scruter le sous-sol, cette fois dans l’hémisphère Sud.

Note aux rédactions

La première phase de mise en service a eu pour objet de tester l’électronique et le logiciel de MARSIS ainsi que les deux antennes (dipolaires) de 20 mètres. La seconde phase, qui durera une dizaine de jours, sera consacrée à l’étalonnage de l’antenne monopolaire de 7 mètres. Cette dernière doit être utilisée en association avec les antennes dipolaires pour corriger tout effet de rugosité de surface dû aux ondes radio émises par les antennes dipolaires et réfléchies par des irrégularités de surface. Elle sera utilisée de manière optimale pour étudier les zones présentant la plus grande rugosité de surface.

L’instrument MARSIS a été réalisé dans le cadre d’un Mémorandum d’Accord entre l’Agence spatiale italienne (ASI) et la NASA. Son développement a été assuré par Alenia Spazio sous la conduite de l’ASI et sous la supervision scientifique de l’Université de Rome La Sapienza, en association avec le Jet Propulsion Laboratory (JPL) et l’université de l’Iowa. Le JPL a fourni l’antenne fabriquée par Astro Aerospace. Il s’agit du premier instrument conçu précisément pour scruter le sous-sol martien.

MARSIS a pour principaux objectifs de caractériser les différentes couches de sédiments du sous-sol martien, de détecter la présence éventuelle de glace ou d’eau souterraine, de réaliser une cartographie altimétrique à grande échelle et de fournir des données sur l’ionosphère martienne.

Pour explorer le sous-sol de la planète, l’instrument MARSIS doit se trouver à une altitude comprise entre 300 et 800 kilomètres. Pour le sondage de l’ionosphère, en revanche, il a déjà prouvé qu’il pouvait fournir des résultats acceptables jusqu’à 3000 kilomètres d’altitude. La résolution verticale du radar est de l’ordre de 150 mètres (dans l’espace libre), tandis que la résolution horizontale, de l’ordre de quelques kilomètres, dépend de l’altitude de la sonde.

Par ailleurs, l’équipe italo-américaine de MARSIS est étroitement associée au projet de radar SHARAD, fourni par l’ASI pour être installé à bord de l’orbiteur MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) de la NASA, dont le lancement est prévu en août 2005. MARSIS et SHARAD sont conçus pour apporter des informations complémentaires sur le sous-sol martien. MARSIS est en effet capable d’explorer la subsurface jusqu’à une profondeur moyenne de cinq kilomètres tandis que SHARAD examinera en priorité les couches plus proches de la surface de la planète.

Pour en savoir plus :

Giovanni Picardi,

Responsable de recherche (principal investigator) de l’instrument MARSIS, Département INFOCOM - Université de Rome “La Sapienza”

picar@infocom.uniroma1.it

Jeffrey Plaut

Responsable de recherche associé (co-principal investigator) de l’instrument MARSIS, NASA/JPL

plaut@jpl.nasa.gov

Roberto Seu,

Responsable (manager) de l’instrument MARSIS et chef de l’équipe SHARAD, Départ. INFOCOM. – Université de Rome “La Sapienza”

roberto.seu@uniroma1.it

Agustin Chicarro

Responsable scientifique (project scientist) du projet Mars Express à l’ESA

Agustin.chicarro@esa.int

Fred Jansen

Responsable (manager) de la mission Mars Express à l’ESA

fjansen@rssd.esa.int

Enrico Flamini

ASI – Responsable de programme (Program Manager) pour la contribution de l’Italie à Mars Express

Enrico. Flamini@asi.it