Mini-leçon – École spatiale – Astrogéologie

Mini-leçon – École spatiale – Astrogéologie

Thèmes : Science et technologie, Terre et espace, univers vivant, carrière scientifique, compétences et stratégies d’exploration et d’expérimentation.

Tranche d’âge : de 10 à 15 ans

Mots clés/sujets : Phénomènes géologiques et géophysiques, structure interne de la Terre, hydrosphère, habitats, diversité chez les vivants, phénomènes astronomiques, système solaire, astéroïdes et comètes, impacts météoritiques, conditions favorables au développement de la vie, techniques et instruments de la science et de la technologie.

Question directrice : Quelle importance a l’étude de la Terre et du cratère de Haughton dans l’exploration spatiale ? Pourquoi le cratère de Haughton, sur une île éloignée du Grand Nord canadien, est-il un bon site pour la préparation de missions vers la planète Mars ?

Résumé : Alors qu’on associe les astronautes à l’espace et à l’apesanteur, ils passent en fait énormément de temps les deux pieds sur terre à préparer leurs missions et à affiner leur sens de l’observation.

Lorsque ces femmes et ces hommes quittent la surface terrestre pour partir en mission, ils nous offrent une perspective unique pour tenter de comprendre les mécanismes qui transforment les planètes et qui pourraient avoir joué un rôle dans l’apparition de la vie, au moins sur la nôtre. Ils sont, en quelque sorte, les yeux et les bras de nombreuses équipes scientifiques qui n’ont pas la chance de quitter la Terre.

Nous suivons ici l’entraînement de l’astronaute canadien Jeremy Hansen, qui se joint à l’équipe de l’astrogéologue Gordon Osinski dans son exploration du plus extraterrestre des environnements terrestres.

Activité 1 : Schématisation, dessin à l’échelle

École Spatiale ONF – Astrogéologie – Leçon 4 – Chapitre 1 – Couches de la Terre, Scott Simpson, offert par l'Office national du film du Canada

L’extrait ci-dessus nous explique comment les impacts météoritiques permettent d’en apprendre plus sur la nature des roches profondément enfouies sous la surface. L’étude des ondes sismiques, produites principalement durant les tremblements de terre, permet aussi de modéliser la structure interne de notre planète et d’autres corps du système solaire.

Par un processus similaire aux techniques d’imagerie médicale (ex. : l’échographie), les ondes sismiques se propagent à l’intérieur des corps célestes, réfléchissant et déviant au hasard des matériaux et des structures rencontrés, et nous permettent de nous en faire une image. Un sismomètre capable de mesurer les vibrations du sol a même récemment été déployé sur Mars par la sonde InSight.

Sur une feuille de papier ou un ordinateur, tentez de représenter la structure interne de la Terre et de Mars à la même échelle (échelle suggérée : 1 cm doit équivaloir à 1000 km). Voici les différentes structures et leur taille réelle.

Terre
Noyau interne : ~ 1220 km de rayon
Noyau externe : rayon externe à ~ 3480 km
Manteau : rayon externe à ~ 6340 km
Croûte : rayon externe à ~ 6370 km

Mars
Noyau : ~ 1300 km de rayon
Manteau : rayon externe à ~ 3360 km
Croûte : rayon externe à ~ 3390 km

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Le site européen de la sonde InSight, laquelle s’est posée sur Mars en novembre 2018, contient une foule d’informations sur la structure interne des planètes et la science de l’astrogéologie. On y découvre aussi une autre façon dont les impacts météoritiques peuvent révéler ce qui se cache sous la surface de la planète rouge.

L’activité tectonique étant beaucoup plus faible sur Mars que sur Terre, nous comptons sur des impacts pour générer des ondes sismiques qui nous permettront de sonder l’intérieur de la planète. Cliquez sur ce lien pour en apprendre plus et explorer le site de la mission.

Activité 2 : Établissement d’un protocole expérimental

Ecole Spatiale ONF – Astrogeologie – Lecon 3 – Chapitre 2 – Les roches sur le terrain, Scott Simpson, offert par l'Office national du film du Canada

Un astronaute comme Jeremy Hansen doit détenir de nombreuses connaissances variées pour pouvoir participer efficacement à des missions aux objectifs scientifiques divers. Mais les astronautes sont avant tout des personnes qui possèdent des connaissances techniques et des capacités physiques et psychologiques leur permettant de se rendre dans des lieux quasi inaccessibles aux géologues et aux autres scientifiques.

La collaboration en équipe et le travail méthodique sont donc essentiels à la réalisation d’une mission scientifique.

En utilisant comme référence la vidéo ci-dessus, listez dans l’ordre les étapes que devrait suivre un ou une astronaute en mission de récupération d’échantillons de sol sur Mars. Dans votre réponse, soulignez les outils et les instruments qui seront utilisés et expliquez pourquoi le cratère de Haughton est un bon site pour la préparation de missions vers la planète Mars.

Toujours dans le cadre de cette mission, décrivez aussi le rôle que pourrait jouer une ou un géologue resté sur Terre (avant, pendant et après la mission).

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Le cratère de Haughton, sur l’île Devon, est un site de prédilection pour l’entraînement des astronautes et la simulation de missions martiennes. Google Earth nous offre d’ailleurs d’accompagner une expérience analogue dans le cadre d’une visite virtuelle VIP du cratère.

Activité 3 : Mise à l’épreuve des conceptions spontanées

École Spatiale ONF – Astrogéologie – Leçon 4 – Chapitre 3 – La Terre par rapport aux autres planètes, Scott Simpson, offert par l'Office national du film du Canada

Avant de visionner l’extrait vidéo, prenez un moment pour naviguer sur Internet et jeter un coup d’œil à la surface de la Lune, de Mars et de la Terre. Dessinez un tableau et notez les différences géologiques que vous y remarquez : nombre de cratères et de montagnes, uniformité de la surface, traces d’écoulement d’eau, traces de vent, présence d’une atmosphère, etc.

Écrivez quelle serait la cause, selon vous, qui expliquerait les différences géologiques observées entre ces trois corps (votre hypothèse).

Après avoir visionné la vidéo, relisez votre hypothèse et commentez-la en utilisant un crayon d’une autre couleur. Est-elle confirmée par les experts ? Quelle serait selon eux la raison de la présence d’un moins grand nombre de cratères visibles sur la surface terrestre par rapport à la Lune et à Mars ?

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Le site suivant permet de visualiser sur une carte Google les différents cratères d’impact recensés sur Terre.

Les marqueurs rouges montrent des cratères visibles, alors que les cratères effacés par l’érosion sont marqués en vert. Allez en voir quelques-uns pour vous amuser. Remarquez-vous une différence entre le type de cratère présent en milieu désertique (nord de l’Afrique, Australie) et celui présent en milieu tempéré (Amérique du Nord, Europe) ?

Les environnements désertiques ne sont pas seulement propices à l’astrogéologie en raison de leur érosion plus lente qui préserve les cratères d’impact ; la recherche de météorites y est aussi plus facile.

Même s’il est possible que vous découvriez une météorite n’importe où — dans votre cour arrière ou en camping cet été —, les chasseurs de météorites expérimentés voyagent vers les environnements désertiques dans le but d’augmenter leurs chances de trouver un de ces précieux cailloux.

Mais attention, ce n’est pas que les météorites y tombent plus fréquemment, c’est simplement que la recherche et l’identification y sont plus simples, ce qui augmente les chances d’une chasse fructueuse : les déplacements y sont facilités ; les obstacles visuels, telle la végétation, sont absents, de même que l’eau, qui pourrait détériorer la surface des météorites, etc.

Activité 4 : Analyse comparative

École Spatiale ONF – Astrogéologie – Leçon 5 – Chapitre 2 – Recherche de vie, Scott Simpson, offert par l'Office national du film du Canada

Après avoir regardé la vidéo, décrivez les caractéristiques de l’habitat que représente le cratère de Haughton. Voici quelques caractéristiques pour vous inspirer, mais n’hésitez pas à en décrire d’autres : situation géographique, climat, relief, type de sol, présence d’eau, flore et faune, etc. Vous pouvez consulter d’autres sources pour enrichir votre recherche.

La majorité des écosystèmes que nous connaissons dépendent de la transformation de l’énergie solaire par des organismes capables de photosynthèse. C’est la productivité primaire qui fournit l’énergie au reste de la chaîne alimentaire.

Nous savons aussi que l’eau est essentielle à toutes les formes de vie que nous connaissons. Or, 30 % de l’eau douce de l’hydrosphère est souterraine, et ce pourcentage est encore plus important dans des environnements désertiques comme l’île Devon. La planète Mars contient aussi de l’eau glacée dans son sol.

Les extrêmophiles sont des organismes vivant dans des habitats mortels pour la plupart des espèces : en l’absence de lumière, avec très peu d’eau ou dans des températures extrêmement froides, par exemple. Les endolithes vivant dans les roches, présentés dans la vidéo, en sont un exemple.

En vous inspirant de l’exemple des endolithes présents dans l’habitat du cratère de Haughton, imaginez et décrivez le type d’organismes qui pourraient vivre (ou avoir vécu) sur Mars, ainsi que le type d’environnements martiens qu’ils pourraient avoir colonisés. Vous pouvez penser au volcan géant de Mars, aux rivières et aux mers anciennes ou aux calottes polaires !

Le site d’atterrissage du robot d’exploration Curiosity ressemble-t-il à ce type d’environnements ?

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Ce site vous permet d’explorer virtuellement Mars grâce aux données recueillies par Curiosity, sur votre navigateur internet ou en réalité virtuelle sur un appareil mobile.

Curiosity n’est pas lui-même équipé pour détecter la vie sur Mars. Les recherches faites avec cet astromobile s’orientent plus vers l’étude de la viabilité présente et passée de Mars. Le robot jumeau de Curiosity, nommé Perseverence, aura quant à lui la capacité de détecter des traces de vie passée sur Mars. Si tout va bien, Perseverence se posera en 2021 dans le delta d’une rivière asséchée dans le cratère Jezero. Recherchez ce robot et la mission Mars 2020 sur Internet pour en apprendre plus.

Conclusion

L’étude comparative des environnements terrestres et de ceux des autres mondes du système solaire n’est pas seulement importante pour la préparation des missions des futurs astronautes. Elle nous permet aussi de comprendre l’histoire des planètes et comment la vie s’y est ancrée, du moins sur la Terre.
Comprendre comment survivent des organismes dans des environnements aussi extrêmes que le cratère de Haughton nous aide à mieux choisir nos sites de recherche sur Mars. En définitive, cela nous permettra peut-être de répondre enfin à l’une des plus grandes questions qu’il soit possible de poser : sommes-nous seuls dans l’Univers ?