Une équipe de chercheurs a détecté une anomalie thermique de 200 à 400 °C sous les hautes terres du sud de Mars. Cette chaleur longe la frontière entre les deux hémisphères de la planète.

Les hautes terres méridionales culminent à près de six kilomètres au-dessus des plaines du nord - ©Willams Harking / Shutterstock
Les hautes terres méridionales culminent à près de six kilomètres au-dessus des plaines du nord - ©Willams Harking / Shutterstock
Alexander Berne, chercheur formé à Caltech et désormais en poste à l’université de l’Arizona, a dirigé cette étude avec Amirhossein Bagheri, chercheur postdoctoral à Caltech et ancien membre de la mission InSight. Nicholas Wagner et Harriet Lau, de l'université Brown, ont aussi participé aux travaux, aux côtés de neuf autres chercheurs rattachés à des institutions internationales et financés par la NASA.

L'’équipe a mesuré, sur seize années de suivi radio en bande X, d’infimes variations dans le champ de gravité de Mars, captées par la sonde Mars Global Surveyor puis par ses relais Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter, via le réseau d’antennes Deep Space Network.

Ces variations indiquent la rigidité du manteau martien à différentes profondeurs. Sous les hautes terres du sud, ce manteau est plus chaud de 200 à 400 °C que sous les basses terres du nord, et partiellement fondu.

Une technique inédite pour ausculter l’intérieur de Mars

Les scientifiques auscultent habituellement l’intérieur de Mars avec des sismomètres, comme celui posé au sol par la sonde InSight entre 2018 et 2022, à un seul endroit de la planète. Une autre équipe, dirigée par Mingwei Dai, a détecté par ailleurs de la roche partiellement fondue entre 70 et 100 kilomètres de profondeur sous Elysium Planitia, une région volcanique proche de l’équateur, à partir des données sismiques d'’InSight.

Cette étude a été publiée en avril dans Nature Communications. Pour sonder cette fois l’ensemble de la planète, les chercheurs ont choisi la tomographie des marées, jamais appliquée à Mars auparavant. Le Soleil déforme légèrement la planète à chaque orbite, un peu plus fortement là où les roches profondes sont chaudes et molles. En suivant, par radio, la position exacte des sondes pendant seize ans, les chercheurs ont capté cette déformation avec une précision suffisante pour cartographier le manteau entier.

Les écarts mesurés atteignent, par endroits, trois fois les prévisions calculées pour une planète uniforme. « Les scientifiques supposent généralement que l'intérieur des corps planétaires est globalement à symétrie sphérique, mais ce n'est pas nécessairement vrai  », selon Alexander Berne.

Par ailleurs, la dichotomie entre les deux hémisphères de Mars est connue depuis les années 1970, dès les premières images orbitales de la planète. Les hautes terres méridionales culminent à près de six kilomètres au-dessus des plaines du nord. L’anomalie est particulièrement marquée sous le bassin d’Hellas, l’un des plus grands cratères d’impact connus du Système solaire.

En suivant, par radio, la position exacte des sondes pendant seize ans, les chercheurs ont capté cette déformation avec une précision suffisante pour cartographier le manteau entier - ©Diego Barucco / Shutterstock
En suivant, par radio, la position exacte des sondes pendant seize ans, les chercheurs ont capté cette déformation avec une précision suffisante pour cartographier le manteau entier - ©Diego Barucco / Shutterstock

Un impact géant ou une chaleur interne emprisonnée

Ici, deux hypothèses s’affrontent pour expliquer cette dichotomie.

Un impact géant aurait pu frapper l’hémisphère nord et disperser sa chaleur interne, tôt dans l’histoire de Mars. À l’inverse, des mouvements propres au manteau austral, ou une croûte méridionale assez épaisse pour piéger la chaleur pendant des milliards d’années, pourraient expliquer ce contraste sans impact extérieur.

Nicholas Wagner estime que ces travaux n’apportent pas de réponse définitive, mais ajoutent un élément de preuve supplémentaire. Le chercheur de Brown rappelle aussi l’absence de tectonique des plaques sur Mars, à la différence de la Terre.

Selon Amirhossein Bagheri, cette dichotomie renseigne également sur l'histoire hydrologique de Mars. D’anciens bassins auraient pu contenir de l’eau liquide dans l'hémisphère nord, une hypothèse qu’un futur rover de l’agence spatiale européenne doit examiner sur le terrain.

L'’anomalie thermique pourrait par ailleurs expliquer les anomalies magnétiques détectées dans les minéraux de fer du sud, un indice supplémentaire sur l’ancienne dynamo interne de Mars et son champ magnétique aujourd’hui disparu.

Toutefois, la fonte n’est pas requise par les résultats de l’étude. La remontée du magma serait alors freinée par une croûte plus épaisse au sud, une explication possible à l'absence de volcanisme récent malgré ces températures élevées.