Thesis (Ph. D.)--California Institute of Technology, 1976. / Includes bibliographical references.

Existing martian relative age chronologies rely entirely or predominantly on Mariner 9 images, extrapolated numbers of craters, and craters 500(DEGREES)K) for the planet are consistent with the derived chronology.

Thesis (Ph.D.)--York University, 2005. Graduate Programme in Earth and Space Science. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 113-120). Also available on the Internet. MODE OF ACCESS via web browser by entering the following URL: http://gateway.proquest.com/openurl?url_ver=Z39.88-2004&res_dat=xri:pqdiss&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&rft_dat=xri:pqdiss:NR11603

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2004. / Document formatted into pages; contains xvi, 158 p. Includes bibliographical references. Abstract available online via OhioLINK's ETD Center; full text release delayed at author's request until 2005 Sep. 20.

La recherche de vie extraterrestre et en particulier de vie sur Mars est devenue un des enjeux majeurs des prochaines explorations spatiales. Dans ce cadre, la recherche de molécules organiques et l’étude de leur énantiomérie pourrait permettre d'obtenir les premiers indices en faveur d'une présence passée ou présente de vie sur cette planète. En effet la vie telle que nous la connaissons est uniquement basée sur des acides aminés L et sucres D. Ces molécules organiques et leur éventuel excès énantiomérique pourraient avoir été conservés dans les conditions martiennes. La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CPG-SM) est actuellement la technique analytique spatialisable la plus pertinente pour la détection de composés organiques volatils. Afin de rendre volatils les composés réfractaires tels que les acides aminés, nous proposons une fonctionnalisation chimique au diméthylformamide diméthyl-acétal (DMF-DMA). Cette fonctionnalisation couplée à une séparation chromatographique sur une colonne chirale est une technique parfaitement adaptée à la séparation énantiomérique et à la spatialisation. Nous avons donc mis au point une méthode de fonctionnalisation des molécules organiques chirales par l’agent de méthylation DMF-DMA afin de séparer les énantiomères et de les étudier in situ en CPG-SM lors des futures missions martiennes. Cette technique d'analyse des molécules réfractaires chirales a ensuite été adaptée à une utilisation spatiale. Ainsi, la méthode d’analyse est constituée d’un four réactionnel dans lequel l’échantillon solide estplacé, les molécules d’intérêt exobiologique sont ensuite successivement extraites et fonctionnalisées au DMFDMA pour être analysées en CPG-SM. Les résultats ont permis de montrer qu’ à partir d’une faible quantité de sols d'analogues martiens (50 mg de sol du désert d’Atacama, Chili) et après optimisation de chacune des étapes, plusieurs types de molécules organiques présentes à l’état de traces ont pu être détectées, telles que des acides aminés, des acides carboxyliques et des bases nucléiques. Parmi ces molécules chirales, plusieurs ont pu être séparées selon leur forme énantiomérique. Le protocole est élaboré dans les limites technologiques et opératoires d’une analyse spatiale ; chaque étape est pensée pour un usage robotisé. Nous avons ainsi développé une expérience globale, sensible et robuste, totalement compatible avec les exigences d’une analyse in situ. C’est la raison pour laquelle cette expérience sera intégrée sur la prochaine mission martienne Exomars 2016/2018 afin de rechercher des traces de matière organique à la surface et en subsurface de Mars. La découverte d’un excès énantiomérique, voire d’une homochiralité, apporterait des indices forts quant à la présence d’une vie passée ou présente sur la planète rouge. / Looking for extraterrestrial life, particularly on Mars, has become a challenging aim for future space missions. In this framework, looking for organic molecules and studying their enantiomeric properties could lead to the first clues of an extinct or extant life on this planet. Indeed, life as we know it consists in one of the two specular forms of organic molecules only, and it has been shown that conditions at Mars could preserve, at least partially, this enantiomeric excess. Gas Chromatograph coupled to a Mass Spectrometer (GC-MS) is nowadays the most pertinent space compatible analytical tool for the detection of volatile organics. In order to transform refractory molecules suchas amino acids into volatile ones, we are putting forward a chemical derivatization with dimethylformamidedimethyl-acetal (DMF-DMA). This reaction, when coupled with an analytical step using a chiral chromatographic column, is perfectly adapted to enantiomeric separation within the space constraints. This thesis develops a method of derivatization of the chiral organic molecules with methylation reagent DMFDMA in order to separate and analyze in situ the enantiomers by GC-MS during the future Martian missions. This analytical tool consists in a reaction chamber into which the solid sample is dropped. From this sample, the molecules of interest are successively extracted and derivatized with DMF-DMA to be detected byGC-MS. From a low quantity of Martian analogue soil (50 mg of Atacama soil) and after a complete optimization of each step, numerous molecules of different kinds present at traces levels have been successfully detected, such as amino, carboxylic and nucleic acids. Among these molecules, some of the chiralones have been resolved regarding their enantiomeric forms. The whole procedure is elaborated within the technological and operational limits imposed by a space experiment, each step having been designed to becarried out robotically. Thus, we have developed a complete experiment, sensitive, robust and entirely meeting the requirements of an in situ analysis. That is the reason why this experiment has been selected to be integrated onboard the next Martian mission Exomars 2016/2018 in order to search traces of organic matter at Mars surface and subsurface. Determining an enantiomeric excess, or even homochirality, would be a remarkable breakthrough regarding the presence of an extinct or extant life on the red planet.

Les études géologiques des régions volcaniques de Mars ont clairement montré la diversité et la complexité du volcanisme martien avec des structures aux morphologies variées, témoins de son évolution volcanique et magmatique. Une meilleure compréhension de ce volcanisme nécessite toutefois une connaissance plus précise de la composition minéralogique de ces régions. Cette composition est en effet très dépendante des conditions internes de la planète et de son évolution. Dans ce travail de thèse je me suis donc intéressée à l’évolution volcanique et interne de Mars à partir d’une étude de la minéralogie obtenue grâce à l’imageur hyperspectral OMEGA/Mars Express. Le jeu de données OMEGA a permis la cartographie à l’échelle globale et avec une résolution kilométrique des principaux minéraux mafiques (pyroxènes et olivines), et des phases ferriques, incluant les oxydes ferriques nanophases, qui permettent de jauger l’état d’oxydation de la surface et de tracer la présence de poussière. Leurs distributions spatiales confirment la composition basaltique des terrains de l’hémisphère sud et de certaines régions sombres des plaines du nord ainsi que la nature nanophasée des oxydes ferriques présents dans la poussière martienne. Ces cartes représentent des produits complets et finaux qui sont mis à la disposition de la communauté. En complément de cette analyse globale, la distribution de l’olivine à la surface de Mars a fait l’objet d’une étude locale plus détaillée mettant en évidence plusieurs aspects du volcanisme et du magmatisme martien. Des laves hespériennes enrichies en olivine ayant rempli des dizaines de cratères et de dépressions de l’hémisphère sud ont été identifiées. De l’olivine a également été identifiée dans les plaines du nord associée à du matériau excavé par des cratères (<20 km) et à des affleurements étendus suggérant que ces plaines du nord soient également en partie recouvertes de ces laves. Ces observations peuvent s’expliquer par un évènement planétaire de volcanisme fissural durant le début de l’Hespérien. Ceci indique également que la couche supérieure de sédiment présente dans les plaines du nord est peu épaisse et d’origine volcanique. Cet enrichissement en olivine des laves hespériennes, à l’opposé des terrains noachiens dépourvus de signatures, pose la question d’une évolution des conditions internes de la planète entre ces deux périodes, et/ou d’une altération importante des terrains noachiens. De l’olivine associée à des éjectas de grands cratères (>20 km) dans les plaines du nord, ainsi qu’à des buttes dans l’hémisphère sud suggère que la croûte noachienne/primitive enfouie soit enrichie en olivine au moins en certains endroits. Enfin, de l’olivine associée à des buttes sur les terrasses des bassins d’Argyre et d’Hellas, interprétées comme étant des éjectas de manteau, indique que le manteau martien a subi un overturn à la suite de sa cristallisation. La dernière étape de mon travail a consisté à identifier les régions sources de certaines météorites martiennes en recherchant la similarité de leurs signatures spectrales dans l’infrarouge proche avec celle de la surface de Mars. Un des résultats majeurs de cette étude est que les shergottites basaltiques Los Angeles et Shergotty ont des signatures spectrales similaires à celles des grands massifs volcaniques hespériens tels que Syrtis Major, Thaumasia et Hespéria Planum. Une telle analogie est en accord avec un âge ancien pour ces météorites. / Geologic studies of martian volcanic regions have demonstrated the diversity and complexity of the martian volcanism through various morphologies, witnesses of the volcanic and magmatic evolution of this planet. A better understanding of this volcanism nevertheless requires a better knowledge of the mineralogical composition of these regions. This composition highly depends on the internal conditions of the planet and its evolution. In my PhD thesis, I focused on the internal and volcanic evolutions of Mars from a study of the mineralogy obtained with the visible near-infrared imaging spectrometer OMEGA / Mars Express. The OMEGA dataset has allowed the mapping of key anhydrous mineral of the martian surface at a global scale with a kilometer spatial resolution. These minerals are major mafic minerals (pyroxene and olivine), and ferric phases, including nanophase ferric oxides. Their spatial distributions confirm the basaltic composition of the southern hemisphere and the low albedo regions of the northern plains, as well as the nanophase nature of ferric oxides present in the martian dust. These global maps represent complete and final products and are available for the community. In addition to this global analysis, the global distribution of olivine on the surface of Mars was the subject of a more detailed local study highlighting several aspects of the martian volcanism and magmatism. Hesperian olivine enriched lavas that have filled dozens of craters and depressions in the southern hemisphere were identified. Olivine was also identified in the northern plains associated with material excavated by craters (<20 km) and with extended outcrops, suggesting that the northern plains were also partly filled with these lavas. These observations can be explained by a planetary event of olivine enriched fissural volcanism during the early Hesperian. They also indicate that the upper layer of sediment present in the northern plains is very fine (<100m) and of volcanic origin. This olivine enrichment of hesperian lavas, unlike olivine-depleted noachian terrains, questions the variation of internal conditions of the planet between these two periods, and/or significant alteration of the noachian terrains. Olivine associated with large crater ejectas (> 20 km) in the northern plains, and buttes in the southern hemisphere suggests that the buried noachian/primitive crust was olivine enriched in some locations. Finally, olivine found in buttes on terraces of Argyre and Hellas basins, interpreted as mantle ejectas, indicates that the martian mantle have experienced an overturn after its crystallization. The last chapter of my work was to identify the source regions of Martian meteorites by looking for some similarity in their spectral signatures in the near infrared with those of the martian surface. A major outcome of this study is that the basaltic shergottites Shergotty and Los Angeles have spectral signatures similar to those of the hesperian volcanic massifs such as Syrtis Major, Hesperia Planum and Thaumasia Planum. Such an analogy is consistent with an old age for these meteorites.

L’exploration spatiale effectuée par les missions orbitales et in situ a permis de mettre en évidence la grande diversité d’objets planétaires rencontrés dans le Système Solaire. Les propriétés de leurs surfaces et notamment leurs compositions sont d’excellents témoins des différents processus physiques endogènes et exogènes ayant façonné ces différents corps depuis leur formation jusqu’à aujourd’hui. Ma thèse a pour contexte l’exploration spatiale multi-échelle des surfaces de deux types d’objets que sont les astéroïdes de type-C et Mars. Les astéroïdes de type C sont des corps très primitifs et ainsi reconnus pour contraindre les premiers stades d’évolution du Système Solaire. Ils peuvent notamment apporter de nombreux indices concernant la présence de phases altérées et de matière organique lors des phases primordiales du Système Solaire. Quant à Mars, sa surface se révèle fascinante en particulier grâce à la grande variété des minéraux détectés par les différentes sondes spatiales. Ces minéraux sont traceurs de nombreux processus physiques qui ont prévalu à la surface permettant ainsi de mieux comprendre les interactions entre les différentes enveloppes que sont la structure interne, la surface, l’atmosphère et l’environnement spatial de Mars. Dans ce travail de thèse je me suis intéressée à l’étude de la minéralogie des surfaces obtenue par imagerie hyperspectrale, d’une part à l’échelle macroscopique avec l’instrument OMEGA/Mars Express dans le but de quantifier les abondances des minéraux traceurs des roches ignées sur Mars et, d’autre part, à l’échelle microscopique avec le microscope MicrOmega, en préparant les futures investigations de la mission Hayabusa-2 à destination de l’astéroïde de type-C Ryugu grâce à l’étalonnage de l’instrument et la caractérisation d’échantillons en laboratoire.Concernant Mars, les résultats majeurs sont les suivants. Un nouveau produit basé sur le jeu complet de données de l’instrument OMEGA dans le proche infra-rouge a été construit, combinant toutes les observations adaptées à l’étude globale des minéraux. Ce cube 3D global de réflectance de Mars a été utilisé pour produire de nouvelles cartes de détections et obtenir un niveau supplémentaire d’analyse en comparaison aux études passées. Un modèle de transfert radiatif a alors été appliqué à tous les spectres des zones présentant des signatures de minéraux mafiques dans le but de quantifier les abondances de ces minéraux traceurs de l’activité magmatique et volcanique. Les cartes globales de pyroxènes, olivine et plagioclase présentées dans cette thèse représentent les premières cartes de minéralogie modale de Mars à une résolution de ~1.5 km/px. Une méthode de classification a mis en lumière la présence de plusieurs classes minéralogiques variées révélant ainsi une hétérogénéité de la surface à différentes échelles. La composition chimique a ensuite été calculée et comparée avec les mesures orbitales et in situ.Dans le cadre de la mission Hayabusa-2, j’ai exploité les données d’étalonnage du microscope hyperspectral proche infra-rouge MicrOmega développé à l’IAS. La réduction et l’analyse des données a permis la construction de la fonction de transfert 4D (position sur le champ de vue, longueur d’onde et température d’opération) de l’instrument dans la gamme complète des valeurs de ces paramètres fonctionnels. Les performances instrumentales concernant l’aspect détection ont été également validées. Cet étalonnage a aussi mis en évidence l’importance de bien définir les opérations en amont de façon à maximiser le rapport signal sur bruit en fonction des paramètres fonctionnels et ainsi d’interpréter au mieux les données scientifiques qui seront acquises une fois au sol de l’astéroïde. Enfin, j’ai également participé à différentes campagnes de mesures d’échantillons naturels avec MicrOmega révélant la capacité de cet instrument à caractériser des échantillons à l’échelle microscopique (10s µm/px). / Space exploration carried out through orbital and in situ missions enables us to highlight the great diversity of objects found in the Solar System. The properties of planetary surfaces and especially their compositions are excellent witnesses of the various endogenous and exogenous physical processes that have shaped these different bodies from their formation to the present day. My thesis is based on the multi-scale spatial exploration of the surfaces of two types of objects, the C-type asteroids and Mars. C-type asteroids are very primitive bodies and are thus recognized as excellent candidates to constraint the early stages of evolution of the Solar System. In particular, they should provide numerous insights concerning the presence of altered phases and organic matter during the primordial phases of the Solar System. As for Mars, its surface is fascinating especially thanks to the wide variety of minerals detected by various space probes. These minerals are tracers of many physical processes that have prevailed on the surface, allowing us to better understand the interactions between the different envelopes that are the internal structure, the surface, the atmosphere and the space environment of Mars. In the work I carried out during my thesis, I focused on the study of the surface mineralogy obtained by hyperspectral imagery, at a macroscopic scale with the OMEGA/Mars Express instrument for quantifying the abundance of minerals tracing the magmatic and volcanic activities on Mars and, at the microscopic scale, with the microscope MicrOmega, focusing on the calibration of the instrument and the characterization of samples in laboratory, within the framework of the future investigations of the Hayabusa-2 mission to the C-type asteroid Ryugu.Regarding Mars, the major results are the following. A new product based on the entire OMEGA instrument dataset acquired in the near infrared has been constructed, combining all the observations adapted to the study of mineral distribution at the global scale. This global 3D reflectance cube of Mars was used to produce new mineral maps providing a further step of analysis compared to past studies. A radiative transfer model was then applied to all spectra presenting mafic mineral signatures in order to quantify the abundances of minerals tracing the magmatic and volcanic activities. The global maps of pyroxenes, olivine and plagioclase presented in this thesis represent the first maps of modal mineralogy of Mars at a resolution of ~ 1.5 km/px. A classification method has highlighted the presence of several distinct mineralogical classes revealing a certain heterogeneity of the surface at different scales. The chemical composition was then calculated and compared with the orbital and in situ measurements.As part of the preparation of the Hayabusa-2 mission, I exploited the calibration data of the hyperspectral imaging microscope MicrOmega. The data reduction and analysis allowed us to derive the 4D transfer function (position on the field of view, wavelength and operating temperature) of the instrument in the full range of values of its functional parameters. The instrumental performances regarding to the identification were also validated: detection of absorption bands of the order of 1% in reflectance with an accuracy of 5 nm on the position of the band and a quantification of the overall reflectance level of the order of 20%. This calibration also highlighted the fact to carefully prepare in advance the operations so as to maximize the signal-to-noise ratio as a function of the functional and environmental parameters and, thus to interpret as much as possible the scientific data that will be acquired once on the asteroid surface. Finally, I also participated in various campaigns of measurements of natural samples with MicrOmega revealing the ability of this instrument to characterize samples at a microscopic scale (10s μm/px).

No description available.

No description available.

Using high-resolution topography, we link the stratigraphy of layered ice deposits at the north pole of Mars to astronomically driven climate variability. Observations of trough exposures within these deposits are used to construct virtual ice cores at 16 sites, to which we apply wavelet analysis to identify periodicities in layer properties. To confidently relate these periodicities to climatic forcing, we identify overlapping dominant stratigraphic wavelengths and compare their ratios to that of the two dominant modes of insolation variability. The average ratio of stratigraphic wavelengths in the profiles is 1.90.1, lower than the ratio of 2.3 between dominant insolation periodicities. A similar analysis of synthetic stratigraphic profiles created with a climate-driven model of ice and dust accumulation shows that this lower stratigraphic ratio is a natural consequence of time-variable ice accumulation rates.