Des rayures sur Mercure montrent : Mercure n'est pas une « planète morte »

Bien que Mercure ait été géologiquement active à ses débuts, sa surface semble aujourd'hui presque entièrement figée. C'est pourquoi elle est souvent perçue comme une planète morte et sèche. Une nouvelle étude dirigée par le Dr. Valentin Bickel du Center for Space and Habitability de l'Université de Berne et du PRN PlanetS, en collaboration avec des chercheuses et chercheurs de l'Observatoire astronomique de Padoue (INAF), a réalisé une première analyse systématique de ce que l'on appelle les bandes de pente ou « lineae ». L'abondance et la distribution des lineae donnent un nouvel aperçu de l'activité géologique de la plus petite planète de notre système solaire, qui est également la plus proche du Soleil.

Dans son étude, le groupe de recherche a tout d'abord établi un inventaire systématique des lineae sur Mercure à l'aide de l'apprentissage automatique. Grâce à une analyse géostatistique de cet inventaire les chercheuses et chercheurs ont pu montrer que ces bandes claires en forme de lignes, qui se dessinent sur les pentes de la planète, se sont probablement formées par le dégazage de matières volatiles du sous-sol. Cela indique qu'il y a une libération continue de matières volatiles de Mercure dans l'espace – encore aujourd'hui. L'étude vient d'être publiée dans la revue Nature Communications Earth & Environment.

Inventaire des rayures sur Mercure grâce à l'apprentissage automatique

L'équipe de recherche a analysé, à l'aide d'une approche de deep learning, environ 100'000 images haute résolution de la sonde spatiale MESSENGER de la Nasa, qui a exploré la planète Mercure de 2011 à 2015. L’équipe de recherche a ainsi cartographié la répartition et les caractéristiques morphologiques de quelques 400 bandes claires sur Mercure. « Jusqu'à présent, les lineae de Mercure n'avaient pas encore été cartographiés et étudiés de manière systématique, seule une petite poignée de bandes était connue. Grâce à l'analyse des images, nous avons pu établir le premier recensement, c'est-à-dire un inventaire systématique, des rayures sur Mercure », explique Valentin Bickel, premier auteur de l'étude.

Activité géologique sur une planète supposée morte

L'inventaire montre que les bandes claires apparaissent surtout sur les pentes ensoleillées de jeunes cratères d'impact qui ont traversé le matériau volcanique et pénétré dans la roche sous-jacente, potentiellement riche en volatilité. Le fait que les lineae se multiplient précisément dans ces régions particulièrement exposées et temporairement chaudes indique que le rayonnement solaire joue un rôle important dans la formation des lineae. « Les matières volatiles peuvent remonter des couches plus profondes à travers des fissures dans la roche des cratères, créées par l'impact précédent », explique Bickel. « La plupart des bandes semblent provenir de creux clairs, appelés 'hollows'. Ces creux se forment probablement aussi par le dégazage de matières volatiles et se trouvent généralement à l'intérieur peu profond ou le long des bords des grands cratères d'impact », poursuit Bickel.

« Grâce à notre analyse, nous avons donc pu montrer que les bandes se forment probablement par le dégazage de matières volatiles comme le soufre ou d'autres éléments légers provenant de l'intérieur de la planète», poursuit Bickel. La nouvelle étude suggère que la planète Mercure est géologiquement plus active que l'on pensait jusqu'à présent. « Nos découvertes révèlent une image très différente et dynamique de la planète Mercure, supposée morte, sèche et ennuyeuse », explique Bickel.

Des connaissances importantes pour les futures missions vers Mercure

Le rôle des lineae en tant qu'indicateurs potentiels du dégazage de matières volatiles sur Mercure fournit des informations importantes sur la dynamique géologique et la composition de la planète. Bickel déclare : « Nos résultats suggèrent que Mercure n'a pas seulement eu un passé mouvementé, mais qu'elle est encore soumise à des changements aujourd'hui. » Les résultats obtenus sont particulièrement importants pour les futures missions vers Mercure. « Comme les bandes sur Mercure sont probablement dues au dégazage de matières volatiles, elles pourraient être un indicateur prometteur du 'budget volatile' de Mercure, c'est-à-dire de la quantité de matière volatile que la planète perd continuellement », explique Bickel. Les chercheuses et chercheurs espèrent maintenant pouvoir prouver clairement leur hypothèse sur l'activité des lineae avec de nouvelles images de Mercure qui devraient être fournies par la mission BepiColombo de l'Agence spatiale européenne ESA et de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale JAXA.

La mission BepiColombo est actuellement en route vers Mercure. L'Université de Berne participe à plusieurs instruments de cette mission : Au laser altimètre BELA (BepiColombo Laser Altimeter), au spectromètre de masse STROFIO ainsi qu'à l'instrument à plasma ENA (Energetic Neutrals Analyzer). BELA a été conçu et construit entre autres à l'Institut de physique de l'Université de Berne et mesurera, à l'aide d'impulsions laser, la distance à la surface de Mercure avec une précision d'environ 10 cm depuis une altitude orbitale d'environ 1'000 km. Ces données permettront de créer un modèle 3D détaillé de la topographie de Mercure. De plus, les modèles existants de la déformation tectonique et de la nature de la surface de la planète seront affinés, de sorte que les processus géologiques de Mercure pourront être reconstruits de manière encore plus précise. STROFIO est un instrument de la NASA pour lequel l'Université de Berne a conçu, calculé et construit le système dit d'optique ionique. STROFIO permettra d'enregistrer la très fine atmosphère de Mercure et d'en analyser la composition chimique. ENA est un instrument d'imagerie du plasma de l'Institut suédois de physique spatiale (IRF), auquel l'Université de Berne a également contribué par des composants d'optique ionique permettant de diriger et de concentrer de manière ciblée des particules chargées. De plus, Valentin Bickel travaille en étroite collaboration avec le chercheur principal et l'équipe de l'instrument SIMBIO-SYS à l'Observatoire astronomique de Padoue (INAF). SIMBIO-SYS est un spectromètre d'imagerie intégré qui est également en route vers Mercure avec la mission BepiColombo. Il fournira notamment des images à haute résolution et des images 3D de la surface de Mercure.

L'équipe de recherche prévoit d'utiliser de manière ciblée l'inventaire établi dans le cadre de l'étude actuelle pour photographier et étudier à nouveau certaines régions avec des lineae avec la mission BepiColombo. L'objectif est de déterminer si de nouvelles bandes sont apparues entre les observations de la sonde spatiale MESSENGER et les futurs clichés de BepiColombo, et si oui, en quelle quantité. « Avec ces études, nous souhaitons mieux comprendre les mécanismes de formation et l'évolution temporelle de ces structures et ainsi obtenir de nouvelles indications sur le rôle des matières volatiles comme moteur de l'activité géologique sur Mercure », conclut Bickel.