L'interprétation des spectres de surface requiert de compenser la lumière diffusée dans l'atmosphère, afin d'augmenter le contraste et d'éliminer les absorptions qui ne sont pas dues à la minéralogie. Par ailleurs, les aérosols jouent un rôle majeur dans la dynamique de l'atmosphère de Mars, et l'étude de leur propriétés permet de mieux comprendre la climatologie (images extraites de Erard et al., Icarus 1994).
La diffusion par les aérosols contribue au rougissement du ciel vespéral, sur Mars comme sur Terre (image Mars Pathfinder, NASA)
Cette contribution est observable directement au limbe de la planète, en regardant au-dessus de la surface. Les observations de ce type n'ont qu'une valeur indicative parce qu'elles sont partiellement contaminées par la lumière provenant de la surface. Dans la figure ci-dessous, un autre spectre acquis à plus haute altitude est soustrait pour atténuer cet effet. Ce spectre comporte des absorptions atmosphériques (gaseuses), un continuum dont la forte pente spectrale dépend de la taille des particules (de l'ordre de 1 micron), et de faibles absorptions qui reflètent leur composition.
Spectre d'aérosols au limbe de Mars (données ISM/Phobos-2)
Une estimation plus fiable peut être faite à partir de régions observées à plusieurs reprises sous des angles différents. Le spectre suivant est la moyenne d'une centaine d'estimations faites à l'est de Pavonis Mons, à l'aide d'un modèle simplifié des contributions lumineuses. La ligne continue est le continuum ajusté sur les données, dont la forme permet d'estimer la distribution en taille des aérosols. Elle est compatible avec un rayon moyen de 1,2 µm et une variance effective de 0,2, pour une opacité de 0,2 à 1,9 µm. Ceci correspond à un rayon moyen deux fois plus petit que celui mesuré par Viking en 1977 et à une distribution plus étroite ; ce résultat est probablement relié à l'absence de tempête de poussière globale à la fin des années 80.
Spectre d'aérosols déduit des observations à émergence multiple (ISM)
Les bandes d'absorption apparaissent plus clairement sur le spectre rapporté à son continuum, et permettent d'identifier la nature des particules. Le spectre est ici comparé à un spectre de glace d'eau (en bleu), qui rend compte des principales absorptions.
Comparaison des signatures avec un spectre de glace H2O.
Les autres absorptions permettent d'identifier la composante minérale (poussières). Elles sont ici comparées à la glace H2O (en bleu) et à un spectre d'argile (en vert ; kaolinite hydratée), qui ensemble rendent compte des principales signatures spectrales observées. En pratique il est difficile d'aller plus loin que la simple identification minéralogique, les estimations d'abondance étant très dépendantes des modèles employés
Les spectres ci-dessous sont moyennés dans des régions uniformes représentatives de la diversité des zones observées par ISM. En première approximation, le signal mesuré est la somme de la lumière réfléchie par la surface et d'une composante rétrodiffusée par les aérosols. Celle-ci modifie sensiblement les absorptions apparentes, même quand l'atmosphère est claire comme c'était le cas lors des observations ISM. Cet effet doit donc être pris en compte pour interpréter les signatures de surface. Les principales absorptions atmosphériques gaseuses sont indiquées
On obtient une meilleure estimation des spectres de la surface en corrigeant les observations de la composante diffusée. Ces spectres sont nettement plus sombres (10-20% vers 1 µm), le contraste spatial est plus marqué, les bandes d'absorption sont plus profondes et légèrement décalées vers les courtes longueur d'onde (de 25-50 nm), et les pentes spectrales sont moins fortes et moins variables. L'effet des aérosols sur la pente spectrale observée est du même ordre que celui attendu pour des variations des propriétés de surface (variations granulométriques, pellicules d'altération par des matériaux oxydés...). Dans les régions claires, toutes les variations de pente spectrale semblent pouvoir s'expliquer par les variations photométriques de la composante diffusée dans l'atmosphère
L'effet est particulièrement sensible sur des rapports de spectres sombre/clair. Sans correction, la bande à 1 µm est à peine visible, et la forme générale du rapport dans cette région est due au continuum de diffusion. Sur le rapport de spectres corrigés on voit par contre très nettement la bande Fe2+ des matériaux sombres et plus faiblement la bande Fe3+ des spectres clairs qui apparaît en négatif (comme une bosse) vers 0,85 µm. Les deux bandes semblent situées à des longueurs d'onde légèrement plus grandes sans la correction, à cause de la forte pente des spectres d'aérosols ; cet effet est important, parce qu'il change notablement l'interprétation minéralogique
Voir aussi :
Liens sur Mars L'exploration de Mars Observations téléscopiques de Mars au Pic du Midi Quelques cartes de Mars en ligne
