C'est pas sorcier
L'eau dans l'espace
Première direction : les planètes
► Les planètes regorgent de mystères et d'informations à découvrir... Les sondes nous permettent d'en connaitre plus sur notre système solaire.
♦ Les sondes Voyager 1 et 2
Lancées en 1977. Sorties du système solaire.
Agence : NASA
Le programme Voyager est un programme d'exploration robotique de la NASA créé pour étudier les planètes à l’extérieur du système solaire. Sa particularité est que celui-ci repose sur deux sondes identiques, Voyager 1 et Voyager 2 lancées en 1977. Celles-ci ont survolé Jupiter, Saturne, Uranus ainsi que leurs lunes.
Les sondes sont à l’heure actuelle toujours en fonction, et officiellement Voyager 1 est la première à être sortie du système solaire en 2004.
▬ Les caractéristiques techniques de Voyager
Ci-dessus, un schéma de la sonde avec ses instruments.
Ci-contre, le trajet de Voyager 1 et 2 à travers le système solaie avec les planètes avant le lancement et au moment de la visite de la sonde.
Les sondes Voyagers 1 et 2 pèsent 800 kg avec à leur bord plus de 100kg d’instruments scientifiques.
Il existe une petite différence entre les deux sondes : en effet, Voyager 1 dispose d'une électronique plus protégée, car la sonde s'approche plus près de Jupiter tandis que Voyager 2 a des générateurs thermoélectriques plus puissants, car elle doit visiter la planète la plus éloignée de la Terre.
Entre autre, elles ont pu faire des analyses sur la magnétosphère des planètes géantes. Il s'agit de la zone d'action du champ magnétique d'une planète. Le champs magnétique de la Terre permet de la protéger des vents solaires par exemple.
Instruments scientifiques :
→ une caméra couleur grand angle de résolution 0.64 MP (800*800 pixels) + caméra avec un objectif standard
→ un capteur de rayons cosmiques
→ un détecteur de plasmas
→ un capteur de particules faible énergie
Ces 3 appareils sont des détecteurs de particules ayant pour objectif d’étudier des rayons cosmiques, du vent solaire et des magnétosphères des planètes.
→ un magnétomètre
Cet instrument permet de mesurer les variations du champ magnétique solaire en fonction du temps et de la distance, mais aussi à étudier les champs magnétiques des planètes rencontrées et leurs interactions avec les satellites.
→ un photo-polarimètre
Cet instrument mesure l'intensité et la polarisation de la lumière de huit longueurs d'onde entre 235 nm et 750 nm, permettant ainsi de déterminer la composition des atmosphères de Jupiter et Saturne ainsi que de leurs anneaux, la texture et la composition probable des surfaces de leurs satellites…
→ un interféromètre et un spectromètre
Permet de superposer deux ondes électromagnétiques afin de mesurer leurs interférences. Le spectromètre permet de déterminer la constitution de la matière d'un objet, la nature des molécules et leur nombre.
→ un radiomètre infrarouge ayant pour objectif de déterminer la température d'un corps, de repérer la présence de certaines substances dans une atmosphère ou sur une surface et de mesurer quelle proportion de la lumière solaire reçue par un corps est réfléchie par ce dernier.
→ un spectromètre ultraviolet
Cet instrument sensible aux rayons ultraviolets permet de détecter la présence de certains atomes ou ions, ces derniers absorbent certaines fréquences de lumière.
L'image de gauche est un comparatif entre une image prise avec hubble (à gauche) et avec un interféromètre (à droite). Le deuxième cliché, celui réalisé grâce à l'interféromètre, a mis en évidence la présence de monoxyde de carbone (en rouge et orange) près de la galaxie EGS 1205123.
A titre informatif, voici le fonctionnement d'un interféromètre :
La source envoie un rayon lumineux qui est dévié par un miroir. Il y a ainsi deux faisceaux. Le faisceau dit de référence va être mis en interférence avec le deuxième faisceau et la caméra va ainsi détecter les résultats.
♦ La sonde Phoenix
Lancé 04/08/2007 - Arrivée 26/05/2008
Agence : NASA Mission terminée
Phoenix est une sonde spatiale lancée par la NASA en vue de l’exploration de la planète Mars. Plus précisément en ce qui concerne la recherche de l’eau selon un communiqué officiel: « enquêter sur l'histoire de l'eau liquide qui a pu exister dans l'arctique martien aussi récemment qu'il y a seulement 100 000 ans ».
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Phoenix est constituée de composants créés au départ pour la sonde Mars Suveyvor dont la mission a été annulée en 2001 à la suite de l’échec de la mission Mars Polar Lander d’où son nom : Phoenix.
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Peu de temps après son arrivée sur la planète Mars, celle-ci confirme la présence d’eau à l’état de glace grâce à l’analyse d’un échantillon prélevé.
Si la planète Mars est visée, c'est sans doutes à cause du fait que cette planète aurait pu connaître des conditions comparables à celle de la Terre. Mars constitue une destination incontournable si l'humanité doit se lancer dans un programme spatial habité ambitieux. Dans cette perspective, il est nécessaire d'effectuer des missions de reconnaissance.
Sur le plan scientifique l'exploration de Mars comporte actuellement trois objectifs :
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comprendre la genèse de la planète et son évolution,
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reconstituer l'histoire de son climat,
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savoir si Mars peut abriter la vie ou si elle l'a abritée par le passé.
Les réponses à ces trois questions sont susceptibles de nous aider à comprendre l'histoire de notre propre planète.
Mise en évidence de la présence de fleuves sur la surface de Mars.
▬ Les instruments à bord de Phoenix
L’ensemble des instruments de Phoenix ont une masse de 55kg et sont les instruments les plus avancés qui ont été posés sur Mars.
Atterrisseur :
1 = Panneau solaire
2 = Bras robotisé RA
3 = Caméra du bras, RAC
4 = Imageur stéréo SSI
5 = Station météorologique MET
6 = Caméra de descente MARDI
7 = Laboratoire MECA
8 = Analyseur de gaz TEGA
Le bras robotisé [R.A] - Réalisé par le Jet Propulsion Laboratory
Long de 2,35m, et construit en alliage de titane et d’aluminium, celui ci permet à Phoenix de creuser dans le sol jusqu’à 50cm de profondeur au moyen d’une petite pelle et de récolter des échantillons qui peuvent transférer vers d’autres instruments pour les analyser. Il peut exercer une force de 80N.
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La caméra du bras robotisé [R.A.C] - Réalisé par l’Université d’Arizona et l’institut Max Planck
La caméra est fixée à l’extrémité du bras robotisé. Un ensemble de petites LED de couleurs permettent de prendre des images avec un éclairage rouge, vert ou bleu. La lentille est protégée de la poussière par un cache transparent amovible.
La caméra a réalisé des images des échantillons collectés par la pelle mais n’a pas pu prendre d’images des parois des tranchées creusées par le bras ni pu être déplacée vers les roches voisines pour en analyser leur texture.
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L’imageur stéréo [S.S.I] - Réalisé par l’Université d’Arizona
Cette caméra SSI a constitué les yeux de l’atterrisseur. Elle a pris des images stéréoscopiques en couleurs du site d’atterrissage, pratiquement à hauteur d’homme (2m au-dessus de la surface martienne).
Des roues à filtres ont permis à la caméra d’observer dans 12 longueurs d’ondes différentes (du violet à l’infrarouge) le sol, le ciel et le soleil. Les panoramas obtenus ont permis de caractériser la géologie du site d’atterrissage, d’identifier les minéraux des roches et du sol ainsi que de réaliser des cartes pour définir les déplacements du bras robotique.
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L’analyseur de Gaz (T.E.G.A) - Réalisé par les Universités d’Arizona et du Texas
Cet équipement composé de petits fours et d’un spectromètre de masse a pour fonction d’analyser les échantillons du sol et de glace récoltés par le bras robotisé.
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La caméra de descente (Mar.D.I) - Réalisé par Malin Space Science Systems
L’instrument MARDI est une caméra ayant pour objectif de prendre des images grands angles et en couleurs du site d’atterrissage lors de la descente sur la surface martienne. Malheureusement suite à un problème de programmation aucune photo du site d’atterrissage n’a été prise.
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L'analyseur microscopique et électrochimique (M.E.C.A.) - Réalisé par le Jet Propulsion Laboratory, l'Université de Neuchâtel et l'Université de l'Arizona
Cet instrument est un petit laboratoire humide qui a pour mission d’analyser les caractéristiques du sol comme le pH, le potentiel d'oxydo-réduction (réaction chimique qui se mesure en Volts), la salinité (magnésium, sodium, chlore, brome et sulfates), l'acidité ou l'alcalinité, ou encore les concentrations en oxygène et dioxyde de carbone.
Les composants de la sonde spatiale :
1 = bouclier thermique
2 = Radar atterrissage
3 = Atterrisseur
4 = Bouclier arrière
5 = Étage de croisière
Analyse de chaque élément
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Le bouclier thermique
Le bouclier thermique permet de limiter les dégâts matériels liés à la chaleur lors de l’entrée de la sonde dans l’atmosphère.
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Le radar d'atterrissage
Le radar d'atterrissage également appelé radar altimétrique assure la phase finale de la descente de la sonde.
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L’atterrisseur
L’atterrisseur est un engin spatial conçu pour survivre à l'atterrissage sur le sol d’une planète ou d’une lune, mais aussi pour collecter à l’aide d’instruments spécifiques des données sur la surface qui sont ensuite transmises vers la Terre.
A noter que l'atterrissage en douceur est le plus gros défi des constructeurs de ces engins.
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Etage de croisière
L’étage de croisière a pour dimensions 2,64m de diamètre et 1,74m de hauteur et est équipé de 2 panneaux solaires. Il fournit l’énergie nécessaire aux systèmes de vol tels que les ordinateurs de bord, les appareils de changement de trajectoire pendant la durée du voyage Terre → Mars.
Pour information, celui-ci est largué 7 minutes avant le début de l’entrée dans l’atmosphère.
▬ Objectifs et résultats
Objectifs scientifiques :
Objectif 1: étudier l'histoire de l'eau dans toutes ses phases
Objectif 2: recherche de preuves de vie
Les buts de la NASA :
Objectif 1: Déterminer si la vie a existée sur Mars
Objectif 2: Caractériser le climat de Mars
Objectif 3: Caractériser la géologie de Mars
Objectif 4 : Préparer le terrain pour une exploration humaine.
Résultats :
Différentes photographies réalisées par Phoenix ont montré la disparition d'une matière blanche contenue dans une tranchée creusée par le bras robotisé de la sonde. La NASA a affirmé que cette matière est de la glace d'eau qui s'est sublimée à la suite de son exposition au soleil.
La présence d'eau gelée dans le sol martien du pôle nord est confirmée, grâce à l'analyse d'un échantillon prélevé par le bras robotique de Phoenix, relevant des vapeurs dégagées par la chaleur.
Illustration mettant en évidence la présence de glace sous la surface rocheuse de Mars.
On observe la disparition des fragments de glace dans le coin superieur droit.
♦ Le rover Curiosity
Lancé 26/11/2011 - Arrivée 26/08/2012
Agence : NASA Mission en cours
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Recenser les composés organiques présents à la surface de Mars et établir leur distribution ainsi que leur concentration ;
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Quantifier les éléments chimiques fondamentaux de la biochimie : carbone, oxygène, hydrogène, azote, phosphore et soufre ;
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Identifier d'éventuelles traces de processus biologiques ;
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Caractériser la composition de la surface martienne et des couches superficielles du sol d'un point de vue minéralogique, isotopique et chimique ;
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Comprendre les processus de formation et d'altération des sols et des roches sur Mars ;
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Déterminer le schéma d'évolution de l'atmosphère de Mars sur les quatre derniers milliards d'années ;
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Établir le cycle de l'eau et le cycle du dioxyde de carbone sur Mars ainsi que la distribution actuelle de ces deux molécules sur la planète ;
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Mesurer le spectre large des radiations à la surface de Mars issues des rayons cosmiques, des bouffées de protons énergétiques émis par les éruptions solaires ou par les ondes de choc d'éjections de masse coronale, voire des neutrons secondaires issus de réactions de fission nucléaire dans l'atmosphère sous l'effet des rayonnements incidents.
La mission Mars Science Laboratory poursuit quatre objectifs principaux :
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déterminer si des conditions propices à la vie ont pu exister sur Mars ;
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caractériser le climat de Mars ;
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préciser la géologie de Mars ;
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préparer l'exploration humaine de la planète rouge.
Dans cette optique, et particulièrement du point de vue de l'habitabilité de la planète, Mars Science Laboratory devra travailler selon huit axes principaux:
Première photo prise par la caméra Navcam située en tête du mat de Curiosity. On distingue à l'horizon les reliefs qui forment le rebord du cratère où la sonde s'est posée.
▬ Les instruments à bord de Curiosity
- deux instruments pour faire des analyses à distance : fournissent une première analyse chimique et géologique de l'environnement.
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Mast Camera (Mastcam) : sur le mat, deux caméras panoramiques,
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Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Chemistry and Microimaging (ChemCam) également sur le mat, spectroscopie à plasma induite par laser, permet d'analyser des éléments chimiques après qu'un laser ait tiré sur une roche pour créer un plasma.
- deux instruments scientifiques fonctionnant au contact de l'objet à analyser : fournissent la composition chimique et des images détaillées facilitant la sélection des échantillons à analyser.
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Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS), spectromètre à rayon X et à particules alpha,
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Mars Hand Lens Imager (MAHLI), sur le bout du bras robotique, caméra microscope.
- deux laboratoires d'analyse logés dans le corps du rover et alimentés en échantillon de sol ou de roche martienne par la foreuse et la mini pelleteuse situés au bout du bras du rover :
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Chemistry and Mineralogy (CheMin), un instrument qui effectue l'analyse minéralogique d'échantillons de roches par spectrographie de masse au rayon X (permet de connaître le nombre et la nature des molécules dans un échantillon).
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Sample Analysis at Mars (SAM), qui effectue l'analyse des éléments organiques et volatiles.
- quatre instruments pour analyser l'environnement martien :
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Radiation Assessment Detector (RAD), un détecteur de particules qui mesure les radiations qui parviennent jusqu'au sol,
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Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) un détecteur actif et passif de neutrons qui doit mesurer l’hydrogène présent dans la couche superficielle du sol martien (moins de 1 mètre de profondeur). Ses données doivent permettre de déduire l'abondance de l'eau sous forme libre ou dans des minéraux hydratés,
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Rover Environmental Monitoring Station (REMS), une station météorologique,
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Mars Descent Imager (MARDI), la caméra de l'étage de descente qui réalise avant l'atterrissage des photos de la zone environnante.
Schéma avec les composants du rover.
Curiosity utilise la chemcam qui permet la spectroscopie de la roche transformée en plasma par l'action du laser.
Curiosity lors de son aterrissage sur Mars, grâce à l'étage de descente qui a gruté le rover en août 2012.
Précédemment, avec la sonde Mars Express, les scientifiques avaient découvert des traces de méthane dans l'atmosphère de Mars. Curiosity a permis de confirmer cette présence avec l'instrument SAM. Ce dernier à détecté des pics de méthane lors du trajet du rover.
Regardons un communiqué de l'ESA sur la sonde Mars Express, lancée en 2003
Grâce aux missions sur Mars, nous savons désormais qu'il y a eu de l'eau sur Mars, mais aussi qu'il y aurait peut-être de la vie ! Si le méthane présent dans l'atmosphère martienne a été produit par des bactéries, cela nous donnerait une idée du fonctionnement des formes de vies extraterrestres... Ou peut être des premières formes de vies sur notre Terre.
Nous savons aussi que la "planète rouge" avait de l'eau liquide à sa surface et avait des caractéristiques semblables à la Terre... au moment où celle-ci abritait ses premières cellules.
La recherche d'eau et de vie a donc permis de mettre en évidence la probabilité d'une vie extraterrestre sur des planètes de notre système solaire... Mars possède de l'eau et peut-être des traces de vie, et les lunes de Jupiter et de Saturne seraient peut-être composées d'eau. Penchons nous maintenant sur les Lunes