Mission de Phoenix vers Mars
Lancement :
État : Mission complétée
C'est au cours de la mission de l'atterrisseur martien Phoenix que la région arctique de Mars a été explorée pour la première fois à partir de la surface même de la planète. Phoenix a été lancé du Centre spatial Kennedy à bord d'une fusée Delta II à 5 h 26 HE, le . Le , il s'est posé à proximité de la calotte polaire de l'hémisphère Nord, dans une région appelée Vastitas Borealis, où il a continué de fonctionner avec succès pendant plus de cinq mois (ce qui bien au-delà de sa durée de vie prévue de 90 jours).
La mission Phoenix a marqué une première pour le Canada. Il s'agissait en fait de la première fois que le Canada, en tant que nation, se posait à la surface de Mars. Le Canada a contribué au module Phoenix une station météorologique qui enregistrait les données météo quotidiennes au site d'atterrissage. Ses instruments ont mesuré la température et la pression sur Mars et ont sondé les nuages, le brouillard et la poussière dans la basse atmosphère martienne. Et plus particulièrement, la station a permis de confirmer qu'il neige sur Mars en détectant des flocons de neige tombant dans l'atmosphère de Mars.
Résumé de la mission
Phoenix a utilisé son bras robotique de 2,35 mètres pour creuser le sol et prélever des échantillons qui ont été analysés à même son laboratoire embarqué. Parmi ses premiers résultats, Phoenix a confirmé la présence de glace d'eau sous la surface martienne, ce que l'orbiteur Mars Odyssey de la NASA avait d'abord détecté à distance en . Les caméras de Phoenix ont également transmis plus 25 000 prises de vue, allant de scènes de vastes étendues à des images à l'échelle quasi atomique, captées à l'aide du premier microscope à force atomique jamais utilisé ailleurs que sur Terre.
Les réalisations scientifiques préliminaires de Phoenix font avancer les recherches visant à déterminer si le milieu arctique martien à déjà été favorable à la vie microbienne. Les analyses effectuées par Phoenix ont permis de découvrir notamment, la présence d'un environnement où le sol est légèrement alcalin et différent de ce qui a été découvert lors de missions précédentes sur Mars, de faibles concentrations de sels qui pourraient servir de nutriments nécessaires à la vie, de sel perchloraté susceptible d'agir sur les propriétés de la glace et du sol et enfin de carbonate de calcium, qui se veut un indicateur des effets de l'eau liquide.
La mission Phoenix a marqué une première pour le Canada. Il s'agissait en fait de la première fois que le Canada, en tant que nation, se posait à la surface de Mars. Le Canada a contribué au module Phoenix une station météorologique qui enregistrait les données météo quotidiennes au site d'atterrissage. Cette station, qui a très bien fonctionné pendant toute la durée de la mission, a amorcé son travail quelques heures seulement après l'atterrissage. Ses instruments ont mesuré la température et la pression sur Mars et ont sondé les nuages, le brouillard et la poussière dans la basse atmosphère martienne. Et plus particulièrement, l'instrument lidar qui équipait la station a permis de confirmer qu'il neige sur Mars en détectant des flocons de neige tombant de nuages situés à environ 4 kilomètres d'altitude au-dessus du module. Fourni par l'Université d'Aarhus au Danemark, le capteur de vent installé au sommet du mât de la station a également mesuré la vitesse et la direction du vent et détecté la présence d'au moins un tourbillon de poussière au point où l'engin s'était posé.
Contribution canadienne
La station météorologique
La station en un coup d'oeil
Les particularités de la station météorologique :
- Masse de 7,5 kilogrammes
- Instrument lidar vertical pour sonder l'atmosphère
- Mât comprenant :
- Trois capteurs de température installés à différentes hauteurs
- Un capteur de vent qui mesure la vitesse et la direction du vent, fourni par l'Université Aarhus (Danemark)
- Capteur de pression, fourni par l'Institut de météorologie de la Finlande situé, sur un boîtier électronique adjacent au mât de la station météorologique.
Instrument Lidar :
Les éléments canadiens à bord de Phoenix : le lidar et les thermomètres du mât de la station météorologique MET.
À propos de l'instrument Lidar :
- La technologie a été appliquée pour la première fois à la surface d'une autre planète
- Portée : jusqu'à 20 kilomètres (à la verticale)
- Fréquence des mesures : 4 périodes de prise de mesures de 15 minutes par jour martien ou « sol »
- Dimensions : 22 x 25 x 35 centimètres, soit environ la taille d'une boîte à chaussures
- Masse : cinq kilogrammes
- Consommation d'énergie : pointe à 40 watts
- Longueurs d'ondes : 532 et 1064 nanomètres
Ses objectifs scientifiques :
- Observer la météo au quotidien ainsi que les changements saisonniers
- Utiliser les données recueillies sur la température et la pression pour valider les modèles atmosphériques
- Analyser la structure et la profondeur de la portion de l'atmosphère au voisinage de la surface afin de recueillir des données sur :
- l'emplacement, la structure et les propriétés optiques des nuages, du brouillard et des particules de poussière
- le cycle saisonnier de l'eau, passant de la glace au sol à la vapeur dans l'atmosphère
À propos du mât d'étude météorologique :
- Longueur : 1,14 mètre
- Masse : 0,85 kilogramme
- Consommation d'énergie : 5 watts
- Fréquence des mesures : tout au long du jour martien
Le Lidar
Observation de la météorologie et du climat martiens à la façon canadienne
À l'instar d'un robot scientifique, Phoenix a recherché de l'eau dans le sol de Mars, analysé la composition chimique et minéralogique du terrain et étudié l'atmosphère. La station météorologique de conception canadienne reposait sur la plateforme supérieure du vaisseau spatial. Elle a suivi au quotidien l'évolution de la météorologie ainsi que les variations saisonnières du climat à l'aide d'un réflecteur laser et d'une série de capteurs pour la température, le vent et la pression.
Simulation de l'instrument lidar canadien en action (Sources : Laboratoire de recherche sur la propulsion de la NASA, Université de l'Arizona.)
Module d'instruments de météorologie
Le lidar : un laser pour la veille météorologique
MDA Space Systems de Brampton en Ontario, qui a travaillé en collaboration avec l'entreprise Optech de Toronto, était l'entrepreneur principal chargé de l'instrument lidar (détection et télémétrie par ondes lumineuses) qui avait la taille d'une boîte à chaussures. Le lidar émettait dans l'atmosphère un faisceau de lumière laser aussi fin qu'un crayon, dont les impulsions se réfléchissaient sur les nuages et la poussière atmosphérique en altitude. Les impulsions lumineuses étaient alors réfléchies vers l'atterrisseur et recueillies par un télescope optique de 10 centimètres intégré au système du lidar. Les données obtenues ont permis de déterminer la composition, le mouvement et la taille des nuages et des particules au-dessus de l'atterrisseur.
Pour qu'il puisse traverser la majeure partie de l'atmosphère ténue, le laser était pointé vers le haut et fonctionnait dans deux longueurs d'ondes différentes de manière à obtenir des mesures précises de la hauteur des nuages à 10 mètres près. L'équipe scientifique canadienne activait le laser pendant des périodes de 15 minutes quatre fois par jour dans le but de définir à quelle heure du jour les nuages commençaient à se former au-dessus du site d'atterrissage et de déterminer s'il y avait formation de nuages à différentes altitudes à certains moments de la journée. Malgré une alimentation en énergie de seulement 30 watts (capacité maximale pointant à 40 watts), comparable à celle d'une ampoule électrique, le lidar pouvait émettre jusqu'à 20 kilomètres d'altitude dans l'atmosphère martienne.
L'instrument lidar canadien (Source : NASA / JPL / U. Arizona / Lockheed Martin.)
En balayant et en sondant aussi minutieusement et pour la première fois le ciel au-dessus du pôle martien depuis le sol, les chercheurs canadiens ont pu observer divers phénomènes atmosphériques comme jamais auparavant. Ils pouvaient voir des nuages de glace et de poussière, du brouillard au sol et même des tourbillons de poussière balayer le site d'atterrissage. Les chercheurs utilisent ces données uniques sur la région polaire de la planète rouge pour mieux comprendre les rouages internes des cycles de l'eau qui passe de l'état de glace à la surface à l'état de vapeur dans l'atmosphère.
Les capteurs de température
Mesure des conditions météorologiques locales sur Mars
Un froid intense
Lorsque Phoenix a atterri près de la calotte polaire nord de Mars, le Soleil était près de son point le plus élevé de l'année et il a fait jour pendant presque 24 heures. Les températures locales étaient comprises entre -33 °C et -73 °C à -100 °C.
La station météo était équipée de trois capteurs de température, fixés au mât à différents niveaux. Le capteur supérieur se trouvait à environ 2,3 mètres au-dessus du sol.
Les capteurs mesuraient la température en analysant l'effet qu'elle avait sur un courant électrique dans un circuit fermé. C'est le groupe Missions spatiales de MDA (Brampton) qui s'était chargé de leur fabrication.
Les mesures de pression aident à prévoir le temps sur Mars
À peu près de la taille d'un paquet de cartes, le capteur de pression pouvait effectuer des mesures barométriques continues sur le site d'atterrissage de Phoenix. Il était monté sur le côté d'un boîtier électronique installé sur la plateforme de l'atterrisseur.
La pression atmosphérique était équivalente à environ un pour cent de celle observée sur Terre. Les chercheurs ont pu établir une corrélation entre ces données barométriques et les données des autres capteurs pour faire des prévisions météorologiques quotidiennes concernant le site d'atterrissage.
Le capteur barométrique a été fourni par l'Institut météorologique de la Finlande (en anglais seulement).
Qui a vu le vent?
Le capteur de vent situé près du sommet du mât, à côté d'un capteur de température, mesurait la direction et la vitesse du vent sur le site d'atterrissage. Les chercheurs ont dû faire preuve d'imagination et mettre au point un appareil petit et léger composé d'un petit tube et d'une balle pour l'atterrisseur. Lorsque la balle se soulevait et s'animait sous l'effet du vent, des caméras stéréoscopiques installées à bord enregistraient ses mouvements. La déflexion subie par la balle indiquait alors la vitesse et la direction du vent.
Source : Agence spatiale canadienne / Lockheed Martin.
La planète Mars est la plupart du temps balayée par des vents légers d'environ quatre kilomètres à l'heure. Ces vents peuvent atteindre 15 à 40 kilomètres à l'heure durant la journée. On a cependant observé les effets produits par des vents violents allant jusqu'à 150 kilomètres à l'heure. Ces tempêtes ont nettoyé le sol des plaines jonchées de cratères et formé des dunes géantes aussi hautes qu'un immeuble de six étages.
Les tempêtes martiennes transportent d'énormes quantités de poussière. Plusieurs dizaines de tempêtes de poussière surviennent chaque année sur la planète rouge. Tous les cinq ou six ans, l'une de ces tempêtes prend des proportions monstrueuses et balaie la planète entière.
Le capteur de vent a été mis au point par l'Université Aarhus du Danemark (en anglais seulement) avec le soutien des membres de l'équipe scientifique canadienne.
Illustration du module d'atterrissage Phoenix. (Source : Laboratoire de recherche sur la propulsion de la NASA, Université de l'Arizona.)
Images
Le 25 mai 2008, l'atterrisseur martien Phoenix s'est posé de façon spectaculaire sur Mars. Des millions de téléspectateurs ont ainsi pu partager le sentiment d'allégresse qui a animé l'équipe internationale réunie au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la National Aeronautics and Space Administration (NASA). Quelques heures seulement après avoir touché le sol martien, l'engin spatial a transmis vers la Terre des images de la région polaire rocailleuse de Mars. Cette image panoramique est en fait une mosaïque constituée de centaines d'images de la sonde Phoenix et de son environnement stérile immédiat. En y regardant de plus près, cette région n'est pas sans rappeler les régions nordiques de notre propre planète. (Source : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona/Université A&M du Texas.)
Sur cette image montrant les tranchées creusées par le bras robotique de Phoenix, les taches blanches que l'on peut voir sous seulement quelques centimètres de sol sont en réalité de la glace martienne. (Source : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona/Université A&M du Texas.)
Phoenix a aussi détecté du carbonate de calcium dans le sol martien. Ce minéral, qui est ordinairement présent dans les roches terrestres comme le calcaire et la craie (il est aussi un élément important des coquillages et des coquilles d'œufs, et on le retrouve dans le brocoli et le chou frisé), a mené les scientifiques à croire que l'environnement où Phoenix a atterri pourrait jadis avoir été humide. Sur Terre, là où il y a de l'eau, il y a la vie. Il est donc normal que la première étape sur Mars consiste à suivre la trace de l'eau afin de déterminer si notre voisine du système solaire peut, ou si elle a déjà pu, entretenir la vie. (Source : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona/Université A&M du Texas.)
Image : Projection verticale d'images captées par les caméras embarquées de Phoenix, assemblées comme si l'on regardait le rover en plongée. (Source : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona/Université A&M du Texas.)
C'était la première fois, avec la mission Phoenix, que le Canada faisait partie d'une mission d'exploration à la surface de Mars. Le 26 mai 2008, l'atterrisseur martien Phoenix a transmis vers la Terre la première image du mot « Canada », bien en vue sur le côté de l'instrument à lidar. Ce dispositif était une composante de la station météorologique de fabrication canadienne qui a étudié la météo et le climat de la planète pendant toute la mission. Il a recueilli des données sur les nuages, le brouillard et la poussière présents dans la basse atmosphère. Le revêtement thermique du lidar arbore fièrement le même mot-symbole « Canada » que celui qui apparaissait sur l'emblématique Canadarm de la navette spatiale, sur le Canadarm2 et sur Dextre, les robots canadiens qui équipent la Station spatiale internationale (ISS). (Source : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona/Université A&M du Texas.)
Au cours du 99e jour de la mission, le lidar canadien a fait une découverte sans précédent. Il a détecté des flocons de neige tombant de nuages situés à environ 4 kilomètres d'altitude au-dessus du site d'atterrissage. Les couleurs de ce graphique représentent les nuages martiens. Les chutes de neige prennent la forme de traits courbes dans la portion droite du graphique illustrant des vents plus rapides à des altitudes supérieures. « Nous n'avons jamais rien vu de tel sur Mars », a déclaré le scientifique responsable de la station météorologique de l'Agence spatiale canadienne (ASC), Jim Whiteway, de l'Université York. (Source : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona/Agence spatiale canadienne)
L'étude des conditions météo sur Mars est une activité on ne peut plus canadienne. Pendant toute la mission, la station météorologique de l'Agence spatiale canadienne (ASC) a enregistré les températures et la pression barométrique pour produire des rapports quotidiens sur les conditions martiennes. Les Terriens pouvaient ainsi comparer le temps qu'il faisait sur leur propre planète avec celui de Mars. Des collaborateurs danois de l'Université d'Aarhus ont également fourni des données sur la vitesse des vents. Ce rapport météo porte sur le jour martien (ou sol) 151, et représente les dernières données transmises par l'atterrisseur Phoenix. Conçu pour fonctionner pendant 90 jours, Phoenix a dépassé toutes les attentes puisqu'il a continué à travailler pendant cinq mois. La National Aeronautics and Space Administration (NASA) a officiellement mis fin à la mission le 25 mai 2010, après avoir déterminé que l'engin spatial n'avait probablement pas survécu aux difficiles conditions hivernales de Mars. (Sources : NASA/JPL-Caltech/Agence spatiale canadienne. Vent : Université d'Aarhus.)
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