Vingt ans d'images de Mars Express aident à construire la mosaïque de la planète rouge

7 juin 2023

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par Matt Williams, Univers aujourd'hui

L'orbiteur Mars Express, la première mission interplanétaire de l'Agence spatiale européenne (ESA), est entré en orbite autour de Mars le 2 juin 2003. Depuis lors, la sonde a cartographié la surface martienne à l'aide de sa caméra stéréo haute résolution (HRSC), un instrument construit par le Centre aérospatial allemand (DLR) avec des partenaires commerciaux. En l'honneur du 20e anniversaire de la mission, une célébration a eu lieu vendredi dernier (2 juin) au Centre européen des opérations spatiales (ESOC) de l'ESA à Darmstadt, en Allemagne.

Pendant les festivités, une série d'images en mosaïque de couleurs mondiales ont été diffusées en direct depuis l'orbiteur Mars Express vers la Terre. La mosaïque est le résultat d'une campagne à haute altitude menée par l'équipe scientifique du HRSC et d'un traitement d'image de pointe. Le résultat est une mosaïque sans précédent dans les détails, la résolution spatiale et la diversité des couleurs qui fournit un aperçu précieux de l'environnement martien. Cela comprend la révélation de la composition de la surface, la démonstration de la façon dont l'eau y coulait autrefois et les phénomènes météorologiques modernes.

Pendant près de 20 ans, le HRSC a cartographié près de toute la surface de Mars en couleur et en trois dimensions avec une résolution sans précédent. Ceci est possible grâce aux quatre canaux de couleur de la caméra (rouge, vert, bleu et infrarouge) et aux cinq canaux panchromatiques nadir, stéréo et photométriques. La caméra, exploitée par le DLR Institute of Planetary Research, ne devait à l'origine durer qu'une année martienne (environ 687 jours terrestres). Mais le succès de la mission a incité l'ESA à prolonger la mission à plusieurs reprises, plus récemment jusqu'à la fin de 2026.

Les images à haute altitude ont été planifiées et acquises par l'équipe HRSC du Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) - le Centre aérospatial allemand - à Berlin. Le développement du modèle de couleur et le traitement de la mosaïque ont été réalisés par le Dr Greg Michael, astrophysicien et radioastronome à la Freie Universität Berlin et co-investigateur du HRSC. Un article scientifique de l'équipe HRSC sera publié prochainement, ainsi que l'ensemble de données géoréférencées fourni par l'installation de stockage invité de l'ESA.

Depuis sa mise en service en janvier 2004, le HRSC a photographié la quasi-totalité de la planète à des résolutions de 50 à 20 m (164 à 65,6 pieds) par pixel. Normalement, la mission photographierait Mars à une altitude d'environ 300 km (186 mi) lorsque le vaisseau spatial est le plus proche sur son orbite de la planète. Cependant, pour la mosaïque, 90 images individuelles prises à des altitudes de 4000 à 10000 km (2485,5 à 6215 mi) ont été utilisées, couvrant une zone d'environ 2500 km (1550 mi) de diamètre et avec une résolution spatiale de 2 km (1,2 mi) par pixel. De nombreuses zones de la mosaïque apparaissent à la résolution la plus élevée possible de l'instrument de 12,5 m par pixel.

Une autre caractéristique impressionnante est le niveau de couleur capturé dans les images. D'ordinaire, il est très difficile de prendre des photos de Mars qui capturent avec précision la couleur de sa surface en raison de la transparence en constante évolution de son atmosphère. Cela est dû aux différents degrés de poussière dans l'atmosphère, qui provoquent la diffusion et la réflexion de la lumière, entraînant des changements de couleur entre les images. Pour supprimer cet effet, les agences spatiales utilisent souvent un traitement d'image qui fait diminuer les variations de couleur sur de plus grandes distances.

Cette fois, une nouvelle campagne d'observation à haute altitude a été utilisée pour construire un modèle de couleur global, que l'équipe du HRSC a utilisé pour référencer en couleur chaque image de la mosaïque. Cela a permis des variations de couleurs à longue portée et a abouti à une image de Mars avec un niveau de diversité de couleurs jamais vu auparavant. Les variations de couleur révèlent également des informations sur sa composition, qui comprend la grande quantité de fer oxydé dans son régolithe de surface. C'est ce qui a valu à Mars le surnom de "planète rouge", mais les observations ont également montré qu'elle a des zones sombres qui apparaissent bleues, grises et noires.

Ces régions correspondent à des sables volcaniques qui ont formé de larges couches de sable sombre que les astronomes observent depuis des siècles. Ces sables ont été principalement entassés par le vent pour former des champs de dunes de barkhanes, constituées de minéraux basaltiques non altérés (semblables aux sables volcaniques et aux dunes soufflées par le vent que l'on trouve sur Terre). Il existe également des plaques de sables volcaniques plus légers qui ont été altérés au fil du temps par l'eau, qui coulait autrefois à la surface de Mars (il y a environ 3 à 2 milliards d'années). Cela a été étudié par les rovers Curiosity et Perseverance sous la forme de dépôts d'argile dans les cratères Gale et Jezero (respectivement).

Les argiles et les minéraux sulfatés, les deux minéraux les plus courants sur Mars, sont relativement faciles à repérer dans les images composites couleur car ils sont particulièrement brillants. Par exemple, d'importants gisements de sulfate de calcium (gypse) et de sulfate de magnésium (kiesérite) peuvent être observés dans le système de canyon Valles Marineris le long de l'équateur (voir ci-dessous). Ces minéraux sont recouverts d'un mince placage de sable plus foncé mais sont visibles grâce aux variations de couleur révélées par le HRSC. Les argiles et les sulfates à la surface sont l'une des nombreuses preuves attestant du passé aquatique de la planète.

Les profondeurs de Valles Marineris sont recouvertes de phénomènes atmosphériques, tels que les nuages ​​faibles indiqués par la tache blanche brillante en bas à gauche. Il y a aussi la couche de brouillard brumeux dans Valles Marineris, qui se forme généralement dans le canyon à certaines heures de la journée et de l'année. Des couches de brouillard similaires ont été observées dans les dépressions et d'autres zones basses, comme les bassins d'Argyre et d'Hellas dans les hautes terres du sud, et dans les zones de cratères des basses terres du nord (comme les bassins d'Isidis et d'Utopia).

Le succès du HRSC a été un facteur majeur dans la décision de prolonger la mission Mars Express, qui est restée en opération autour de Mars pendant 19 ans, cinq mois et 12 jours (à la date de publication de cet article). Au 19 octobre 2023, la mission aura effectué 25 000 orbites elliptiques autour de Mars, ce qui en fait le deuxième vaisseau spatial continuellement actif, derrière Mars Odyssey de la NASA en 2001, également toujours actif autour de la planète rouge.

Fourni par Univers aujourd'hui