Observatoire Royal de Belgique
Direction Opérationnelle "Systèmes de Référence et Planétologie"
Radioscience dans le cadre d'atterrisseurs Martiens en réseau à la surface de Mars" en cours "Radioscience"
L'expérience de radioscience dans le cadre d'atterrisseurs Martiens en réseau à la surface de Mars est une expérience de géodésie et d'étude de l'ionosphère sur Mars. Elle s'inscrit dans le cadre d'une mission future de science en réseau qui consiste à étudier la géophysique de Mars au moyen des données d'observations qui seront collectées par plusieurs stations de mesures déployées sur la planète.
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Première partie :
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(flv file, 21195Kb)Chacune de ces stations mesurera la température de l'air, la pression atmosphérique, les mouvements du sol, les propriétés du sol et du sous-sol. Toutes ces données seront transmises à un orbiteur autour de Mars qui les retransmettra à son tour vers la Terre. Les stations seront lâchées une à une par le satellite. Leur atterrissage sera amorti par un airbag qui, une fois la station stabilisée, sera éjecté. La station pourra alors déployer les panneaux solaires qui assureront son énergie durant la mission, et les instruments qui serviront aux différentes expériences, dont l'expérience radioscience. |
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Deuxième partie :
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(flv file, 1885Kb)La rotation d'une planète n'est pas un mouvement régulier. En effet, la vitesse de rotation n'est pas constante, à cause des interactions entre la planète solide et son noyau s'il est liquide, son atmosphère et éventuellement ses océans. Sur Mars, les changements de taille des calottes polaires causent des variations saisonnières de la vitesse de rotation. Ils sont dus à la condensation du gaz carbonique de l'atmosphère en hiver et à sa sublimation en été, dans chaque hémisphère. On s'attend à ce que la longueur du jour martien varie d'environ 1 milliseconde au cours de l'année. |
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Troisième partie :
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(flv file, 2105Kb)Un deuxième paramètre à étudier sera l'orientation de la planète, ou encore de son axe de rotation, c'est-à-dire la droite fictive autour de laquelle la planète tourne. Tout d'abord, il y a la précession et les nutations qui sont les mouvements périodiques de l'axe de rotation dans l'espace. Ces mouvements sont dus aux forces gravitationnelles induites par le Soleil et les lunes de Mars, appelées Phobos et Deimos. En plus de la précession et des nutations, il existe un mouvement d'oscillation de la planète autour de son axe de rotation ; c'est le " mouvement du pôle ". Ce mouvement est dû à une interaction entre la planète et son atmosphère. On peut le visualiser par le mouvement du point de percée de l'axe de rotation à la surface. En utilisant les ondes qui transitent entre l'orbiteur, les atterriseurs à la surface de Mars et la Terre, l'expérience de radioscience permettra de déterminer l'amplitude de ces mouvements de précession, nutations et du mouvement du pôle, ainsi que les variations saisonnières de la vitesse de rotation de Mars. |
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Quatrième partie :
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(flv file, 3091Kb)Pour cela, il faut pouvoir déterminer l'orientation de Mars par rapport aux étoiles et son évolution. Actuellement, l'orientation de la Terre par rapport aux étoiles est bien connue, ce qu'on a représenté ici par le système d'axes attaché à la Terre. Pour déterminer l'orientation de Mars par rapport aux étoiles, il suffira donc de regarder comment évolue au cours du temps l'orientation de l'orbiteur par rapport à la Terre, et comment évolue au cours du temps l'orientation des atterrisseurs par rapport à l'orbiteur. Ces quantités s'obtiendront en mesurant l'effet Doppler sur les signaux allant des atterrisseurs vers le satellite ou du satellite vers la terre. |
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Cinquième partie :
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(flv file, 1803Kb)On sait qu'un corps tourne différemment selon qu'il contient du liquide ou non, c'est le cas de l'oeuf cuit ou cru. Il en est de même pour les planètes qui ont une rotation différente selon qu'elles ont un noyau solide ou liquide. En particulier, les nutations de Mars seront plus importantes si la planète possède un noyau liquide que si le noyau est solide. Inversement, si les nutations de Mars sont plus grandes que celles que l'on attendrait pour une planète solide, on peut en déduire que la planète possède un noyau liquide, et en tirer des conclusions sur les propriétés de ce noyau. |
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Sixième partie :
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(flv file, 3910Kb)Cependant, avant d'interpréter les observations brutes en terme de structure du noyau, il faut les corriger de l'effet de l'ionosphère. L'ionosphère est une partie de l'atmosphère qui contient beaucoup de particules chargées électriquement. Elle perturbe la propagation des ondes électromagnétiques entre le satellite et les atterrisseurs, induisant un déphasage du signal. Ce déphasage dépend à la fois de la quantité d'électrons présents dans l'ionosphère et de la fréquence du signal. En utilisant deux fréquences très différentes, représentées ici en jaune et vert, on pourra comparer les phases des 2 signaux reçus par le satellite et en déduire la correction ionosphérique sur les mesures de l'expérience de radioscience. De plus, on en déduira la quantité d'électrons que renferme l'ionosphère martienne, et des informations sur les événements qui s'y produisent. En attendant le lancement d'une mission qui permettra de faire de la géophysique de Mars en utilisant un rédeau d'atterrisseurs, les scientifiques développent des stratégies d'analyse de données et réalisent des simulations afin de pouvoir déduire, au départ des données de l'expérience de radioscience, un maximum d'informations sur l'intérieur de Mars.
(Le film entier : wmv file, 37156Kb)
(Le film entier : flv file, 22013Kb)
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