Mars Global Surveyor

Les instruments scientifiques

Pendant deux ans (la durée de sa mission), la sonde enverra vers la Terre près de 83 gigabytes de données (assez pour remplir 130 cd-roms) avec un débit maximal de 85,333 bits/s. Mars Global Surveyor, avec ses six instruments, va permettre une étude détaillée de l'atmosphère de Mars, de l'interaction surface-atmosphère, de la surface martienne (topographie, géologie, propriétés physico-thermales), des propriétés magnétiques et des ressources minéralogiques de la planète (en particulier de la distribution des minéraux).

Ces précieuses informations seront utilisées pour améliorer notre connaissance de la Terre (en la comparant à Mars). La planète rouge et la Terre étaient similaires il y a des milliards d'années, mais la situation est bien différente aujourd'hui. Une comparaison de la Terre avec Mars nous permettra de mieux appréhender l'histoire de notre planète et éventuellement son futur. Mais les données recueillies par MGS serviront aussi à repérer des sites d'atterrissage intéressants pour les missions dont l'objectif sera de ramener sur Terre des échantillons de roches et de sols martien. Enfin, la sonde sera utilisée comme relais pour les communications entre les modules des futures missions spatiales et la Terre.

Caméra haute résolution (MOC)

La caméra de Mars Global Surveyor (MOC) est l'instrument qui générera le plus de données. Elle fonctionne un peu comme une caméra de télévision, mais n'envoie que des images fixes. Elle possède deux modes de fonctionnement.

Le premier mode lui permet de prendre des images à haute résolution et en noir et blanc de la surface de Mars et de saisir des détails de 1,4 mètres d'envergure, avec un champ de 0,4° (et 50 centimètres par pixel avec le mode amélioré cProto). A titre de comparaison, la plus grande partie des images Viking ont une résolution de 230 mètres/pixel et les images les plus précises une résolution de 20 mètres/pixel. Les images de MGS permettront la compréhension précise de nombreux phénomènes géologiques, sans que l'homme pose le pied sur Mars. La haute résolution permettra de résoudre des rochers à la surface ou même d'apercevoir des atterrisseurs, comme les Viking.

Le deuxième mode est un mode grand-angle, avec un champ de 140° et une résolution de 280 m à 2 km/pixel. Les images obtenues avec le grand angle seront en couleurs (filtre rouge de 058 à 0,62 nanomètres, filtre bleu de 0,40 à 0,45 nanomètres). Elles seront analogues à celles de la Terre lors des bulletins météorologiques des journaux télévisés du soir. Ces clichés spectaculaires permettront de réaliser des animations pour suivre la vie de Mars, en particulier les tempêtes de sable, la formation des nuages et les changements de taille des calottes polaires.

Altimètre laser (MOLA)

L'altimètre laser de la sonde Mars Global Surveyor (MOLA) permettra de mesurer de manière précise la hauteur des reliefs martiens. La sonde envoie dix fois par seconde vers la surface de Mars un rayon laser infrarouge (1,06 microns). Celui-ci est réfléchit par le sol et retourne vers la sonde (qui "attrape" le rayon revenant de Mars grâce à un miroir collecteur). En multipliant le temps de réflexion avec la vitesse de la lumière, les scientifiques pourront connaître l'altitude des reliefs martiens avec une grande précision (2 mètres de résolution verticale moyenne et 160 mètres de résolution spatiale moyenne). Il sera même possible d'atteindre par endroit une précision verticale de 30 à 40 cm. Pour l'instant, les altitudes de la surface martienne sont connues au mieux à 500 mètres près et au pire à 2000 mètres près. Il sera possible de détecter des coulées individuelles de lave ou de déceler la stratification des calottes polaires. La combinaison des données du MOLA avec celles du MOC rendra possible la création d'un atlas topographique de grande précision de Mars ainsi qu'une meilleure compréhension des forces géologiques qui ont façonné la planète rouge.

Spectromètre d'émission thermique (TES)

Le spectromètre d'émission thermique (TES) prendra des images de la planète Mars dans le spectre infrarouge (de 6,25 à 50 microns, donc dans des longueurs d'ondes invisibles à l'œil nu), avec une résolution de 3 km. Des régions de la surface martienne qui présentent des différences marquées n'auront pas la même température (même si elles sont exposées au même flux de rayons solaires). Certaines seront plus froides, alors que d'autres seront plus chaudes. Cela va permettre au TES de déterminer les propriétés du sol et des roches (composition, quantité et distribution à la surface de Mars).

Le TES fournira également un relevé minéralogique de la planète (par carré de 9 km de côté). Il est particulièrement sensible à la présence de certains composés, comme les sulfates et les carbonates. L'existence de carbonates à la surface de Mars attesterait de la présence d'eau liquide à un moment donné dans l'histoire de la planète (le CO2 se transforme en carbonate sous l'action de la pluie par exemple). Il pourra éventuellement repérer des sources chaudes, comme des geysers, des sources hydrothermales. Ces endroits seront de bons candidats pour la recherche d'une éventuelle vie martienne. Le TES renverra enfin des données sur l'atmosphère martienne.

Magnétomètre et reflectomètre à électrons (Mag/ER)

Le magnétomètre/réflectomètre à électrons (MAG/ER) permettra l'étude du champ magnétique global et local de Mars, ainsi que les restes d'anciens champs magnétiques. L'étude du champ magnétique martien offrira des données pour améliorer notre connaissance de la structure interne de la planète et des forces géophysiques qui ont façonné Mars. La position des champs magnétiques pourra être comparée avec le relief de la surface martienne. Les deux magnétomètres sont fixés à l'extrémité des panneaux solaires de la sonde, pour éviter la "pollution" par les signaux magnétiques de la sonde.

Expérience radio

Le système de communication de la sonde Mars Global Surveyor a aussi un rôle scientifique de première importance et va permettre l'étude des variations du champ de gravité martien (gravimétrie). Ce ne sont pas les données contenues dans le signal qui sont importantes, mais les caractéristiques du signal lui même. MGS emporte une petite horloge électronique (USO pour Ultra Stable Oscillator) qui permettra de connaître avec une précision extraordinaire certaines caractéristiques du faisceau radio. Les accidents de terrain de la surface martienne vont très légèrement accélérer ou ralentir la sonde sur son orbite, modifiant ainsi de manière très faible les caractéristiques du signal radio.

Couplé au MOLA, cet appareillage va permettre d'établir une carte topographique de Mars extrêmement précise et d'étudier de manière poussée la croûte martienne (épaisseur, résistance mécanique). Le signal radio servira également à obtenir des renseignements sur la pression et la température atmosphérique lors des occultations de la sonde par la planète Mars (juste avant la disparition ou la réapparition du signal radio, celui-ci traverse pendant un temps très court l'atmosphère de Mars). Couplé au TES, cet instrument nous fournira donc une connaissance détaillée de l'atmosphère de Mars.

Relais radio

Le relais de communication est le seul des six instruments de Mars Global Surveyor qui ne recueillera pas de données scientifiques. Il servira de relais entre les futurs modules qui se poseront sur Mars et la Terre, permettant ainsi aux lander de ne pas emporter d'antenne puissante pour communiquer avec notre planète (faisant ainsi de la place pour d'autres instruments scientifiques). Le relais opère en UHF à une fréquence de 437,1 MHz. Il peut recevoir des données depuis des stations martiennes situées à une distance maximale de 5000 km. En décembre 1999, la NASA utilisera pour la première fois ce relais avec l'atterrisseur de la mission Mars Surveyor 98 qui doit se poser près du pôle sud. C'est le CNES, en partenariat avec la société française Elta, qui a construit et fourni ce relais, dans le cadre d'une coopération internationale pour l'étude de Mars. Notons qu'il devait servir à relayer les communications des petites stations au sol de la mission Mars 96 et des ballons de Mars 98 (initialement Mars 94).

La charge scientifique de Mars Global Surveyor

Les instruments de Mars Global Surveyor (Crédit photo : NASA/JPL).

MOC

La caméra de Mars Global Surveyor (Crédit photo : NASA/JPL).

MOLA

L'altimètre laser (Crédit photo : NASA/JPL).

TES

Spectromètre d'émission thermique (Crédit photo : NASA/JPL).

  MER

Magnétomètre/réflectomètre à électrons (Crédit photo : NASA/JPL).

RS

Radio Science (Crédit photo : NASA/JPL).

MR

Le relais de communication (Crédit photo : NASA/JPL).

 

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