6 – Mars

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Mars est la quatrième planète en partant du Soleil…

 

 

1) Informations complémentaires :

Mars est la quatrième planète par ordre de distance croissante au Soleil et la deuxième par sa masse et par sa taille après Mercure. C’est une planète tellurique, comme le sont Mercure, Vénus et la Terre, environ dix fois moins massive que la Terre mais dix fois plus massive que la Lune. Sa topographie présente des analogies aussi bien avec la Lune, à travers ses cratères et ses bassins d’impact, qu’avec la Terre, avec des formations d’origine tectonique et climatique telles que des volcans, des rifts, des vallées, des mesas, des champs de dunes et des calottes polaires.

La plus grande montagne du Système solaire est sur Mars et s’appelle Olympus Mons, qui culmine à 21.229 m d’altitude et qui est aussi un volcan bouclier.

On trouve aussi sur Mars le plus grand canyon du système solaire, qui fait 3.770 km de long et jusqu’à 600 km de large par endroits et s’appelle Valles Marineris; c’est la combinaison entre des plateaux soulevés par l’ancienne activité volcanique de Mars jusqu’à plus de 7.000 m au-dessus du niveau de référence de la planète, et un fossé d’effondrement qui se situe à plus de 5.000 m en dessous du niveau de référence martien. Le dénivelé total est donc de plus de 12.000 m à son maximum. Sur Terre, le grand canyon du Colorado n’est qu’une petite éraflure en comparaison… Ces dimensions sont encore plus étonnantes quand on les rapporte à la petite taille de Mars, à peine 53% du diamètre de la Terre !

Mars a aujourd’hui perdu la presque totalité de son activité géologique interne. La période de rotation de Mars est du même ordre que celle de la Terre et son obliquité lui confère un cycle des saisons similaire à celui que nous connaissons; ces saisons sont toutefois marquées par une excentricité orbitale cinq fois et demie plus élevée que celle de la Terre, d’où une asymétrie saisonnière sensiblement plus prononcée entre les deux hémisphères. Mars peut être observée à l’œil nu, avec un éclat bien plus faible que celui de Vénus mais qui peut, lors d’oppositions rapprochées, dépasser l’éclat maximum de Jupiter, atteignant une magnitude apparente de -2,91, tandis que son diamètre apparent varie de 25,1 à 3,5 secondes d’arc selon que sa distance à la Terre varie de 55,7 à 401,3 millions de kilomètres. Mars a toujours été caractérisée visuellement par sa couleur rougeâtre, due à l’abondance de l’hématite amorphe (oxyde de fer [Fe2O3]) à sa surface. C’est ce qui l’a fait associer à la guerre depuis l’Antiquité, d’où son nom en Occident d’après le dieu Mars de la guerre dans la mythologie romaine, assimilé au dieu Arès de la mythologie grecque. En français, Mars est souvent surnommée « la planète rouge » en raison de cette couleur particulière. Avant le survol de Mars par Mariner 4 en 1965, on pensait qu’il s’y trouvait de l’eau liquide en surface et que des formes de vie similaires à celles existant sur Terre pouvaient s’y être développées, thème très fécond dans les ouvrages de science-fiction. Les variations saisonnières d’albédo à la surface de la planète étaient attribuées à de la végétation, tandis que des formations rectilignes perçues dans les lunettes astronomiques et les télescopes de l’époque étaient interprétées, notamment par l’astronome amateur américain Percival Lowell, comme des canaux d’irrigation traversant des étendues désertiques avec de l’eau issue des calottes polaires. Toutes ces spéculations ont été balayées par les sondes spatiales qui ont étudié Mars : dès 1965, Mariner 4 permit de découvrir une planète dépourvue de champ magnétique global, avec une surface cratérisée rappelant celle de la Lune, et une atmosphère ténue. Depuis lors, Mars fait l’objet de programmes d’exploration plus ambitieux que pour aucun autre objet du Système solaire : de tous les astres que nous connaissons, c’est en effet celui qui présente l’environnement ayant eu le plus de similitudes avec celui de notre planète. Cette exploration intensive nous a apporté une bien meilleure compréhension de l’histoire géologique martienne, révélant notamment l’existence d’une époque reculée — le Noachien — où les conditions en surface devaient être assez similaires à celles de la Terre à la même époque, avec la présence de grandes quantités d’eau liquide; la sonde Phoenix a ainsi découvert à l’été 2008 de la glace d’eau à une faible profondeur dans le sol de Vastitas Borealis. Enfin, Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Déimos.

Il y a eu de l’eau sur Mars, en grandes quantités. On suppose fortement qu’il y en a encore dans le sous-sol de la planète. Il y en a sur les pôles sous forme de glace d’eau, mélangée à de la glace carbonique. Mais on a découvert très récemment des traces d’eau ayant légèrement coulé à la surface de Mars, de l’eau saumâtre, salée, en petites quantités. Il fait généralement très froid sur Mars mais, de temps en temps, pendant l’été martien quand Mars est au plus près du Soleil dans son orbite excentrique, il peut faire (à midi) jusqu’à 25 à 28° C.

Il se passe en outre une chose sur Mars qui est assez exceptionnelle. On est là-bas parfois dans des conditions qui s’appellent « le point triple de l’eau ». En pratique, c’est un état très instable où l’eau peut être, presque simultanément, solide (glace), liquide et gazeuse. Il faut des conditions très particulières de température et de pression : 0,01°C pour la température et 611 pascals de pression. Or il se trouve que, sur Mars, cette température n’est pas rare et la très faible pression atmosphérique de la planète varie de 30 à 1155 pascals avec une moyenne à 636 pascals. Ces variations de pression peuvent dépendre de l’altitude : très différentes entre le sommet d’Olympus Mons [faible pression] à 21,2 km d’altitude et le fond de Valles Marineris [forte pression], 5.000 mètres sous le niveau de référence martien. Donc trouver une pression de 611 pascals doit être assez courant car proche de la moyenne martienne. On doit donc facilement pouvoir assister à cet état instable de l’eau, quand il y en a ! Ceci explique que de la glace d’eau puisse couler, puis s’évaporer et enfin revenir à l’un des deux autres états.

Diagramme de phase de l’eau. ↑  Le point triple de l’eau est à T = 273,16 K (soit 0,01 °C) et P = 611 Pa (soit 0,006 atmosphères terrestres).

 

Mars a toujours tenu une place à part dans l’inconscient collectif des humains. C’est une planète géographiquement très proche de nous, qui étonne par sa couleur et qui a été le cadre d’innombrables livres et films de science-fiction. Quand on pensait « extra-terrestres » on pensait « Martiens ». L’auteur britannique H.G. Wells (1866-1946) fut historiquement l’un des premiers grands auteurs à succès de science-fiction avec La machine à remonter le temps (1895), L’île du docteur Moreau (1896), L’homme invisible (1897), La guerre des mondes (ou les martiens attaquent la Terre) (1898), Les premiers hommes dans la Lune (1901). Tous ces romans ont été adaptés plusieurs fois chacun au cinéma et même à la télévision ! Les martiens ont presque toujours été représentés (chez Wells et chez d’autres) comme des ennemis et/ou des envahisseurs.

Donc Mars nous a toujours fascinés, même inconsciemment. Mars nous intéresse, c’est notre voisine (même si elle est un peu moins proche de nous que Vénus). Mais on sait qu’envoyer des hommes sur Vénus est complètement illusoire à cause des températures infernales qui y règnent (+430 à + 490° C). Donc on se retourne vers Mars, non pas tellement pour y installer des hommes en permanence et y fonder une « colonie », mais pour étudier de plus près une planète-sœur qui a pu, dans un lointain passé, avoir eu une évolution géologique comparable à la nôtre. Ceci nous ferait beaucoup avancer dans notre connaissance de la formation des planètes et du système solaire en général. On n’y cherche pas une « vie » actuelle mais éventuellement des traces d’une « vie passée » qui a pu s’y développer quand Mars était couverte de rivières et de lacs et qu’elle avait une atmosphère plus substantielle. Pas une vie comparable à ce que l’on trouve sur Terre, mais une vie peut-être microbienne ou végétale.

 

À quand les premiers hommes sur Mars ?

Envoyer des hommes sur Mars n’est pas pour « demain matin ». Techniquement, on peut le faire, la NASA a déjà envoyé plusieurs atterrisseurs sur la planète rouge, déposant d’abord un premier « Rover », appelé Sojourner (65 cm de long et 11,5 kg) le 4 juillet 1997 qui devait fonctionner une semaine mais qui est resté opérationnel pendant près de 3 mois en roulant sur une centaine de mètres. Ensuite 2 « Rovers à 6 roues de type MER » (longueur 1,6 m et 174 kg) en janvier 2004, Spirit et Opportunity; ils devaient fonctionner au moins 13 semaines : Spirit a fonctionné 5 ans en ayant parcouru 7,7 km et Opportunity vient de s’arrêter définivement en juin 2018 [à cause de l’obstruction de ses panneaux solaires par une très forte tempête martienne] après avoir parcouru 45,16 km en 14 ans et demi ! La NASA a ensuite posé un atterrisseur statique (sans roues) en 2008 (Phœnix Lander) posé à 68° Nord de Mars; il devait fonctionner 90 jours mais s’est finalement arrêté après 157 jours. Enfin, la NASA a posé un autre Rover à 6 roues de type MSL (taille 3 mètres et 900 kg) le 6 août 2012, Curiosity, alimenté par un générateur à radio-isotope; il devait fonctionner 2 ans mais il roule encore en juin 2018 après avoir parcouru 19,29 km en près de 6 ans. Les vraies difficultés sont ailleurs :

• Il faut entre 6 et 9 mois pour aller sur Mars, et autant pour en revenir, dans la meilleure configuration respective des planètes Terre et Mars, ce qui veut dire qu’on ne peut pas partir ou revenir de Mars n’importe quand, sinon un aller simple peut durer 2 ans, il y a des « fenêtres de tir » à respecter. Ça veut donc dire un voyage aller-retour + séjour de l’ordre de 2 ans et demi au minimum.
• Pour y envoyer un équipage, il faut aussi envoyer un matériel considérable : nourriture et eau, nombreux équipements techniques véhicules, foreuses, laboratoire d’analyse des échantillons géologiques recueillis, scaphandres, outils, etc… D’où un problème de poids considérable à transporter là-bas, donc un problème de taille (et donc de puissance) des lanceurs et des capsules qu’on devra y envoyer.
• De réels dangers physiologiques guettent les humains sur Mars : Certains rayons solaires très nocifs  (rayons X, rayons gamma, etc.) ainsi que des rayons cosmiques dont notre atmosphère et notre champ magnétique nous protègent sur Terre. Mais, sur Mars, la très fine atmosphère (de CO2) représentant 0,5 % de la pression atmosphérique terrestre et un magnétisme quasi inexistant, ne fournissent aucune protection contre ce qui peut venir de l’espace !
• Faire face aux problèmes psychologiques et relationnels d’une promiscuité longue entre les membres de l’équipage (sans possibilité de retour prématuré, comme cela est possible quand on est dans la Station Spatiale Internationale).
• Enfin, et surtout, un problème de coût financier : il ne faudra pas envoyer une fusée vers Mars mais plusieurs, pour véhiculer l’ensemble du fret nécessaire à subsister dans une environnement hostile pendant une longue période ainsi que pour y envoyer le véhicule-fusée nécessaire pour redécoller de Mars et faire revenir l’équipage sur Terre.

 

Vous pouvez aussi consulter notre document pdf :
Mars (147 pages)

 

 

2) Localisation :

Maquette parcours : Vous êtes à 81,41 mètres de notre Soleil de 50 cm de diamètre. La planète Mars a un diamètre de 2,42 mm.

Réalité cosmique : Vous êtes à 227,94 millions de km (1,524 UA) du Soleil de 1.392.684 km de diamètre. La planète Mars a un diamètre de 6.786 km.

Allez vers le septième panneau : la Ceinture d’Astéroïdes…

 

 

3) Illustrations :

Paysages de Mars, pris par les différents « rovers » (Spitit, Opportunity et Curiosity).

Le cratère Endurance  ↓

Ciel martien pris au crépuscule ↑ et à midi ↓

↑  Paysages martiens ↓

Mars et le canyon « Valles Marineris » (3.770 km de long, 600 km au plus large et jusqu’à 12 km de profondeur). ↓

↓  Gros-plan sur Valles Marineris

Photomontage de la planète Mars avant (à gauche) et pendant (à droite) la tempête de septembre 2001 ↓

Le cratère Victoria et la position du rover Opportunity, pris pas la sonde orbitale MRO ↓

Mars et sa calotte polaire Nord ↓

Burns cliff, un affleurement rocheux à l’intérieur du cratère Endurance ↓

Lorsqu’elles prennent naissance sur la crête des dunes martiennes, ces traînées noires donnent l’illusion, à faible résolution, de rangées d’arbres éparses au milieu de buissons. La région photographiée ici montre des traînées noires s’écoulant vers le haut de l’image, parmi des points noirs; elle se trouve au nord d’Utopia Planitia, en lisière de la calotte polaire boréale, par 83,5° N et 118,6° E. Le sol paraît rosé et localement blanc en raison d’une couche de givre de dioxyde de carbone. La définition de cette image permet d’observer des détails de 25 cm au premier plan

Le mont Sharp (à 10 km) vu par Curiosity  ↓

Les 3 familles de rovers : à gauche les « MER » (Spirit et Opportunity / 175 kg) et, à droite le rover « MSL » (Curiosity / 900 kg). Entre les deux, le tout petit Sojourner (11,5 kg) ↓

Déplacement d’un tourbillon de poussière à la surface de Mars

Vue sur Olympus Mons (plus haute montagne de tout le système solaire et mise en évidence de la fine atmosphère de Mars à l’horizon ↓

  Phobos (27 x 18 km)
Les deux très petits satellites de Mars
 ↓  Deimos (15 x 12 km)

 

 

4) Données chiffrées concernant Mars :