Utilisation de modèles 3D dans la recherche de la vie sur Mars

Voici l'un des nouveaux modèles 3D créés pour aider le robot Rosalind Franklin de l'ESA à explorer Mars en 2021. Les modèles sont si détaillés qu'ils montrent, par exemple, des ondulations de dunes à l'intérieur des cratères, comme vous le voyez ici. Image via TU Dortmund / NASA / JPL-Caltech / Europlanet.

Comment les explorateurs spatiaux modernes se préparent-ils à rechercher un terrain inconnu? Peu importe que les explorateurs soient des robots et que les préparateurs soient des scientifiques et des ingénieurs de l'espace. L'été prochain, une nouvelle mission ambitieuse sur Mars devrait être lancée. La mission ExoMars de l'Agence spatiale européenne (ESA) transportera le robot robotique Rosalind Franklin sur Mars. Le rover cherchera des preuves de la vie martienne passée à Oxia Planum, une vaste plaine riche en argiles et contenant un ancien delta du fleuve. Comment se préparent-ils? Une équipe de scientifiques de l’Université TU de Dortmund, en Allemagne, a créé des modèles 3D extrêmement détaillés du lieu d’atterrissage. Le 16 septembre 2019, ces scientifiques ont déclaré qu'ils souhaitaient utiliser les modèles pour comprendre la géographie et les caractéristiques géologiques de cette région inexplorée sur Mars et pour aider à planifier le trajet du rover.

Les modèles 3D sont appelés modèles numériques de terrain (DTM). Il s’agit d’une variante des modèles numériques d’altitude (DEM) utilisés par les scientifiques de l’espace pour comprendre les planètes, les lunes et les astéroïdes. Ces cartes particulières ont une résolution d'environ 25 centimètres par pixel. L'une des scientifiques, Kay Wohlfarth, les a présentées lors de la réunion internationale des astronomes qui s'est tenue la semaine dernière à Genève, en Suisse.

Alors, comment ont été créés les modèles?

L'un des modèles de terrain 3D testés sur Mars. Image via TU Dortmund / NASA / JPL-Caltech / Société Europlanet.

Un autre test des modèles 3D du terrain sur Mars. Image via TU Dortmund / NASA / JPL-Caltech / Société Europlanet.

Tout d'abord, ils utilisent des images haute résolution de la surface de Mars issues de la caméra HiRISE et de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA. Cette image est ensuite appliquée à la méthode stéréo classique consistant à combiner deux images prises sous des angles légèrement différents, afin de créer une image 3D du paysage. Mais ce type de techniques stéréoscopiques peut être limité lorsqu'il s'agit de surfaces poussiéreuses et sablonneuses - essentiellement dépourvues de reliefs - dans des endroits tels que le site d'atterrissage de Rosalind Franklin, Oxia Planum. Par nécessité, le site d'atterrissage est relativement plat pour permettre un atterrissage en toute sécurité.

Les MNT ont ensuite été améliorés en utilisant une technique appelée Shape from Shading (Shape de Shading) dans laquelle l’intensité de la lumière réfléchie dans l’image est traduite en informations sur les pentes de surface. Les données de pente sont combinées avec les images stéréoscopiques, fournissant une estimation bien meilleure de la surface 3D, tout en obtenant la meilleure résolution possible dans le paysage reconstruit.

Les modèles obtenus donnent aux scientifiques une vue beaucoup plus détaillée de la région d'atterrissage. Comme Wohlfarth a expliqué:

Cette technique permet de reproduire même des détails à petite échelle tels que les ondulations de dunes dans les cratères et le substrat rocheux rugueux.

Illustration artistique du rover Rosalind Franklin sur Mars, appartenant à la mission ExoMars de l'ESA. Image via medialab ESA / ATG.

Marcel Hess, premier auteur de l'étude, a déclaré:

Nous avons pris un soin particulier à l’interaction entre la lumière et la surface martienne. Les zones inclinées vers le soleil apparaissent plus claires et les zones opposées, plus sombres. Notre approche utilise un modèle de réflectance et atmosphérique commun qui intègre la réflexion par la surface ainsi que les effets atmosphériques qui diffusent et diffusent la lumière.

Ces nouveaux modèles seront d'une grande aide pour le rover dans sa navigation dans le paysage, à la recherche des meilleurs endroits pour étudier avec sa panoplie d'instruments. Le rover examinera non seulement les roches et le sol, mais il sera également en mesure de forer jusqu'à deux mètres dans le sous-sol, à la recherche de biosignatures, traces chimiques de la vie passée. Les échantillons seront livrés au laboratoire de bord pour analyse.

PanCam, avec ses caméras stéréo et haute résolution, fournira des vues détaillées d’intéressantes fonctionnalités dans les longueurs d’ondes visibles et dans le proche infrarouge. Les spectromètres détermineront en quoi les roches sont composées et combien elles ont été touchées par l'eau.

L'exercice du rover dans une salle blanche sur Terre, en position rangée. La foreuse pourra pénétrer jusqu’à deux mètres (six pieds) dans le sous-sol. Image via ESA.

Selon Jorge Vago, scientifique du projet rover ExoMars de l'ESA:

Notre rover a vraiment pris forme. Nous avons une charge scientifique extrêmement puissante pour explorer la surface et le sous-sol de Mars dans notre quête de biosignatures.

ExoMars sera une mission passionnante et, avec le prochain rover 2020 de la NASA, la première depuis la mission Viking dans les années 1970/1980 à rechercher directement des preuves de la vie. Le rover devrait être lancé entre le 26 juillet et le 13 août 2020 sur un lanceur russe Proton-M. Il arrivera sur Mars en mars 2021.

Plus d'informations sur la mission ExoMars sont disponibles sur le site Web de la mission.

En résumé: De nouveaux modèles tridimensionnels du terrain martien aideront le rover de Rosalind Franklin à rechercher la vie sur Mars en 2021.

Via Europlanet Society