Titre de la thèse
Propriétés spectro-photométriques des surfaces de Phobos et Deimos : préparation de la mission Martian Moons eXploration.
Composition du jury
- Pierre Vernazza (Université Aix-Marseille, LAM) - Rapporteur
- Olivier Groussin (Université Aix-Marseille, LAM) - Rapporteur
- François Forget (Sorbonne Université, LMD) - Examinateur
- Eri Tatsumi (Instituto de Astrofisica de Canarias) - Examinatrice
- Cecile Engrand (Université Paris-Saclay, IJCLab) - Examinatrice
- Abigail Fraeman (NASA, JPL) - Examinatrice
- Thomas Gautier (LATMOS) - Directeur de thèse
- Alain Doressoundiram (Observatoire de Paris, LIRA) - Directeur de thèse
Résumé
Phobos et Deimos, les deux satellites de Mars, ont été observés de nombreuses fois depuis les années 1970. Cependant, l’origine des deux lunes est toujours inconnue, deux hypothèses étant principalement discutées. La première est l’hypothèse d’un impact géant, selon laquelle un impacteur serait entré en collision avec Mars au début de son histoire, créant un disque de débris, qui se serait ensuite accrété pour former Phobos et Deimos. La seconde théorie est la capture gravitationelle d’un ou plusieurs astéroïdes. Ces astéroïdes proviendraient de la ceinture principale extérieure ou des Troyens de Jupiter. Cette question de l’origine des lunes devrait être résolue par la mission Martian Moon eXploration (MMX) de l’agence spatiale japonaise dont le lancement est prévu en 2026. En particulier, parmi les instruments de MMX, le spectromètre infrarouge MIRS permettra de caractériser la composition de la surface des lunes martiennes, et le retour d’échantillons de Phobos en 2031 devrait permettre de conclure définitivement sur les origines. Ce travail s’inscrit dans le contexte de la mission MMX et notamment dans la préparation des observations futures de MIRS. Il vise plus précisément à mieux contraindre la surface des lunes martiennes en termes de composition et de texture de surface.
Cette thèse est divisée en deux parties principales : premièrement, j’ai effectué une analyse photométrique et spectroscopique de la surface de Phobos et Déimos en utilisant les données des observations de télescopes au sol, mais aussi en utilisant les observations de la caméra HRSC à bord de Mars Express. Ensuite, j’ai réalisé des expériences de laboratoire et des simulations des observations MMX/MIRS afin de préparer l’interprétation des données et de fournir des contraintes supplémentaires sur les propriétés de la surface. Notre analyse des données du HRSC et des données des observations au sol renforce l’hypothèse d’une origine commune pour Phobos et Deimos. Nous avons également trouvé que l’unité bleue sur Phobos est jusqu’à 50% plus brillante que la surface moyenne, en particulier les rainures sur le bord nord-est du cratère Stickney, qui apparaissent comme les caractéristiques géologiques les plus brillantes sur Phobos. Nous avons révélé la présence d’une unité bleue sur Deimos de manière similaire à Phobos, caractérisée par un spectre visible et proche infrarouge plus brillant (30%) et légèrement moins rouge. Les expériences en laboratoire ont montré que ces variations spectroscopiques associées à l’unité bleue pourraient être dues à la présence d’une couche poreuse de régolithe et pas seulement à des matériaux plus frais et non altérés comme généralement supposé. L’étude précise des unités bleues et rouges sur Phobos et Deimos pourrait aussi révéler l’origine des lunes martiennes. Mes résultats suggèrent que les matériaux similaires à ceux attendues sur les astéroides de type D présentent un effet de bleuissement suite à l’irradiation par les ions, alors que les matériaux basaltiques martiens sont susceptibles de rougir. La présence de différences significatives de marqueurs d’altération spatiale entre ces deux unités pourrait fournir une preuve claire de la distinction entre les unités rouges et bleues. Dans ce cas, l’origine des lunes martiennes serait liée à des matériaux martiens, résultant très probablement d’un impact géant. A l’inverse, la présence de certains composés, par exemple de la matière organique ou de glace d’eau indiquerait clairement une origine liée à la capture d’un astéroïde primitif, et hypothétiquement provenant d’un objet unique de type Z venant de la ceinture principale intérieure qui aurait été disloqué pendant la capture, formant ainsi Phobos et Déimos.
