Levé magnétique au sol sur Mars depuis le rover Zhurong

Aug 08, 2023

Astronomie de la nature (2023)Citer cet article

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Détails des métriques

Le champ magnétique de Mars a été mesuré à grande échelle par des vaisseaux spatiaux en orbite et à très petite échelle via des météorites martiennes. Nous rapportons ici un levé magnétique au sol à des échelles métriques à kilométriques. Le rover Zhurong a effectué des mesures vectorielles sur 16 sites le long d'une piste de 1 089 m dans le bassin Utopia sur Mars. Il a enregistré un champ magnétique extrêmement faible, avec un ordre d'intensité moyenne inférieur à celui déduit de l'orbite, contrairement au grand champ magnétique d'Elysium Planitia mesuré par InSight. Une mesure d'un vaisseau spatial échantillonne une zone avec un rayon comparable à son altitude, tandis qu'une mesure au sol échantillonne une zone avec un rayon comparable à la profondeur du corps magnétisé. Le faible champ magnétique mesuré par Zhurong n'indique aucune anomalie de magnétisation sur une profondeur de plusieurs kilomètres autour et en dessous de la trajectoire du rover. Nous suggérons deux explications possibles pour le faible champ magnétique : l'ensemble du bassin Utopia pourrait être resté non magnétisé depuis sa formation il y a environ 4 milliards d'années ou le cratère fantôme de 5 km de rayon où Zhurong a atterri pourrait avoir été démagnétisé par l'impact.

Les mesures des champs magnétiques de la croûte terrestre des planètes telluriques fournissent des informations cruciales sur l'histoire de leur dynamo centrale et leur évolution thermique intérieure. Contrairement à la Terre, Mars ne possède aujourd’hui pas de champ magnétique global, mais une magnétisation crustale hétérogène et localement forte, indiquant l’existence d’une ancienne dynamo1. Les levés magnétiques sondent le magnétisme de la croûte terrestre sur des échelles de longueur comparables à la distance, ou à l'altitude, de la source2. Le vaisseau spatial Mars Global Surveyor a cartographié le champ magnétique de Mars globalement à 185 km (magnitude uniquement)3 et 400 km (champ vectoriel), bien que localement aussi bas que 90 km (réf. 4), montrant des champs magnétiques allant jusqu'à 1 500 nT. Le vaisseau spatial Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) a étendu la cartographie du champ magnétique vectoriel global jusqu'à 150 km (réf. 5,6). À l'autre extrémité du spectre, des analyses paléomagnétiques d'échantillons d'une météorite martienne (ALH84001) ont révélé des preuves de l'ancien champ magnétique à de très petites échelles de longueur (~ 1 mm), confortant le fonctionnement d'une dynamo martienne ancienne avant 4,1 Ga ou peut-être 3,9 Ga (réf. 7). Cependant, l’origine de l’aimantation de la croûte martienne ainsi que l’histoire et les attributs de l’ancienne dynamo restent des sujets d’intérêt actif. Bon nombre des questions clés en suspens nécessitent de nouveaux ensembles de données régionales à haute résolution, telles que les mesures du champ magnétique local8. Le magnétomètre à fluxgate (IFG) InSight de la NASA a mesuré le champ magnétique au niveau du sol sur un seul site d'atterrissage9. L'intensité magnétique de surface (~ 2 000 nT) mesurée par IFG est très élevée par rapport à la norme d'un champ crustal terrestre (généralement <200 nT)10 mais peut être expliquée par des variations naturelles de la minéralogie de Mars et/ou de l'épaisseur de la lithosphère. Les levés régionaux à l'échelle du mètre au kilomètre sont particulièrement essentiels pour étudier les caractéristiques des minéralogies magnétiques souterraines ainsi que les structures géologiques. Cela peut, à son tour, limiter le timing et l’évolution de la dynamo martienne8. Ce qui manquait jusqu'à présent, ce sont les mesures magnétiques à l'échelle de longueur la plus utile aux géologues et aux prospecteurs géophysiques, c'est-à-dire les levés de terrain à l'échelle kilométrique.

Le rover Zhurong a atterri dans le sud du bassin Utopia (Fig. 1) le 15 mai 2021 et a effectué un levé magnétique dans les 3 mois suivant l'atterrissage. La charge utile scientifique Mars Rover Magnetometer (RoMAG)11 à bord du rover Zhurong se compose de deux magnétomètres à fluxgate triaxiaux identiques (Fig. 2a) avec une plage dynamique de ± 65 000 nT, un niveau de bruit de 0,01 nT/√Hz à 1 Hz. L'un est monté sur le mât et l'autre à l'intersection du mât et du pont mobile. Le fluxgate supérieur peut tourner autour d'un axe vertical. Le champ magnétique horizontal associé au mobile est supprimé en faisant tourner la vanne de flux supérieure tout en gardant celle du bas fixe et en répétant le processus avec le mobile pointant dans des directions différentes. Il convient toutefois de noter qu’il n’est pas possible de calibrer la composante verticale de cette manière, seules les composantes horizontales sont abordées dans cet article.