Mars
Peinture de Mars, Vénus et Cupidon par Paris Bordone (1559).
Mars est la quatrième et dernière planète tellurique du système solaire, sa taille de 6786 km est à peine supérieur à la moitié du diamètre terrestre. A cause de sa vive couleur rouge, elle est appelée Mars en référence au Dieu romain de la guerre. Dans le système Copernicien (notre système actuel), la reconstruction du mouvement de Mars était insatisfaisante à l'époque (16ème siècle) où les orbites des planètes étaient considérées comme des cercles. Ce n'est qu'en 1609, que l'orbite de Mars fût parfaitement décrite par Johannes Kepler après l'étude des nombreux relevés de position de la planète effectués par Tycho Brahé. L'étude de cette orbite qui est en faite une ellipse dont le Soleil occupe un des foyer lui permis d'élaborer ses deux premières lois fondamentales. Le disque de Mars ainsi que ces phases peu accentuées fût décrit pour la première fois en 1610 par Galilée. Le premier planisphère de la planète fût élaborer en 1840 par les astronomes W. Beer et J. Mädler. Puis, Schiaparelli en 1877 introduisa les fameux "canaux martiens" dans ces cartes détaillées de Mars qui n'étaient que des schématisations excessives et artificielles. Ces derniers furent abandonnés par la suite.
Mars gravite autour du Soleil en un peu plus de deux ans (687 jours). Son orbite est assez elliptique variant de 1,38 UA à 1,66 UA (206 à 249 millions de km) par rapport au Soleil. Ainsi, tout les deux ans environ, la Terre rattrape Mars et cette dernière passe en opposition (Soleil, Terre et mars alignés). Lors de ces oppositions, compte tenu de l'excentricité de l'orbite de Mars, la distance entre la Terre et mars varie énormément. Voilà pourquoi il existe des oppositions favorables où la distance Terre-Mars peut descendre à 55,76 millions de km ("grande opposition" voisinage périhélie) et des oppositions défavorables où cette distance peut aller jusqu'à 101,37 millions de km ("petite opposition" voisinage aphélie).
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Lors d'une opposition, Mars subit par rapport au référentiel géocentrique (dans notre ciel) un mouvement rétrograde, ceci est dû au dépassement de la Terre dont l'orbite est plus proche du Soleil (Terre plus rapide que Mars) de Mars plus lente.
La période de rotation de Mars est de 24h 37 min et 22,7 s avec une inclinaison de 25,19° de son axe de rotation. Ses valeurs sont assez proches de notre planète et ainsi Mars possède également, tout comme la Terre, des périodes saisonnières. L'Hémisphère Nord est comme sur Terre en hivers lorsque la planète se trouve au périhélie et du coup en été lorsqu'elle se trouve à l'aphélie. De plus, compte tenu de l'excentricité de l'orbite de Mars, la durée des saisons s'en trouve affectée avec 194 jours martiens pour le printemps, 177 jours pour l'été, 142 jours pour l'automne et 156 jours pour l'hivers (une durée moyenne de 5,75 mois terrestres).
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Mars est une planète tellurique tout comme la Terre, Vénus et Mercure, elle possède une atmosphère très fine qui est 100 fois moins dense que celle de la Terre. Elle est constituée principalement de dioxyde de carbone (95,3%) et en plus basse quantité d'azote (2,7%), d'argon (1,6%), de traces d'oxygène et de vapeur d'eau. La pression au sol est étant seulement de 7,3 millibars par rapport à celle sur Terre (1,013 bars). Cette atmosphère très fine ne lui permet pas d'emmagasiner beaucoup d'énergie solaire et de produire un effet de serre suffisant. Ainsi, la température moyenne sur Mars au niveau de la troposphère est de -53°C, elle peut monter jusqu'à 10°C à midi en été puis descendre à -70°C la nuit (voir -125°C pour les régions polaires). En absence d'ozone, Mars ne possède pas véritablement de stratosphère car la température y reste constante. Ensuite, dans la mésophère, la témpérature descend jusqu'à -120°C pour remonter à30°C dans l'exophère où le rayonnement ultraviolet et X provenant du Soleil sont absorbés par les gaz présents. Avec une si faible pression et des températures basses, l'eau et le dioxyde de carbone sont présentes sous forme de glace et de minuscules particules de poussière peuvent s'élever dans l'atmosphère. Ces dernières restent en suspension et forment des nuages de poussières qui peuvent se transformer en tempête et s'étendre à l'échelle de la planète entière.
Différents types de nuages de vapeur d'eau ou de CO2 sont présents sur Mars, certains ressemblent à des cirrus, d'autres de type cycloniques. Il y a également des brumes matinales, du givre hivernal de dioxyde de carbone recouvrant notamment les zones polaires et des nuages formés sur le relief (nuages orographiques et de convection). La fine épaisseur de l'atmosphère martienne empêchant la diffusion des rayonnements bleu et violet additionnée aux poussières en suspension confèrent une couleur du ciel martien rose orangée. Récemment en 2004, du méthane fût détecté dans l'atmosphère martienne par Mars Express, sa présence pourraient être le signe de la présence de la vie sur Mars.
Mars est aussi surnommé la planète venteuse avec des vents moyens de 30 à 40 km/h et pouvant atteindre jusqu'à 150 km/h en rafale. Ces vents se forment à cause de l'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface de Mars. Chaque année martienne est rythmée par la formation de nombreuses tornades et tourbillon de poussière notamment durant l'été de l'hémisphère Sud qui peut connaître à cause de la position de Mars (périhélie) et de son inclinaison des températures douces (20°C). La taille de ces tornades peut atteindre une centaine de mètre de diamètre pour des hauteurs allant à plus de 10 km de hauteur.
Mars a peut être connue dans son passé une atmosphère plus épaisse permettant un climat plus chaud et plus humide. Mais l'action du vent solaire sur les particules de l'atmosphère a dû participer à son échappement et y participe encore aujourd'hui à hauteur de 100 /s d'après l'étude de la sonde MAVEN. En effet, en absence de champs magnétique, le vent solaire forme avec l'atmosphère marsienne au niveau de l'ionosphère, une queue magnétosphérique où 75% de la proportion précédente s'échappe. Les 25% restants se situant au niveau des pôles. De plus, comme cette atmosphère ne semble pas se recycler suffisamment avec par exemple une activité volcanique suffisante pour libérer le gaz contenu dans les roches, celle-ci s'amenuise.
Panorama de la surface de Mars par Spirit en 2004
La surface de Mars rappelle le paysage désertique saharien. La teinte rouge de cette surface provient de la présence d'oxyde de fer III dans la poussière du sol qui est le constituant hydraté de la rouille. Les roches présentes sur Mars sont très semblables à celles existantes sur Terre mais avec des concentrations en fer beaucoup plus élevé. L'hémisphère Sud est criblé de cratères alors que l'hémisphère Nord est couvert de vaste plaines. Deux des plus grand cratères sur Mars ont formés le bassin Hellas de 2000 km de diamètre et le bassin d'Argyre de 1200 km de diamètre. Ces cratères ont subis l'érosion des vents martiens.
Il y a 3,8 millions d'années, une forte activité volcanique devait être présente également sur Mars d'où la présence d'imposants volcans non actifs aujourd'hui comme le complexe volcanique du plateau de Tharsis, le volcan Elysium Mons et l'imposant volcan Olympus Mons (Nix Olympica). Ce dernier à un diamètre de 600 km pour une caldeira de 80 km pour une altitude de 26,4 km par rapport au terrain environnant. Ces volcans sont assez similaires à ceux présents sur la Terre mais diffère de leur taille imposante à cause de l'absence de mouvement tectonique et de plaque sur Mars.
L'eau ne peut pas rester à l'état liquide sur la surface de Mars, bien que dans le passé avec une atmosphère martienne plus épaisse ceci est été différent comme le témoigne la présence de traces de nombreux lits de fleuves. Le plus important étant Kaseis qui large de 200 km par endroit. De grands canyons se sont également formés tel que Ares Vallis suite à la libération massive d'eau glacée prisonnière dans le sous-sol qui a engendré des coulées de boue. Ou encore l'immense système de canyon profond de 11 km appelé Valles Marineris s'étendant sur 4000 km à l'Est du plateau de Tharsis et s'arrêtant vers la plaine de Chryse. Ces zones où l'eau a coulée sont très intéressantes car elle aurait pu également abriter la vie.
La calotte polaire Nord est formée principalement de glace d'eau, elle est presque circulaire s'étendant en moyenne sur 1200 km pour une épaisseur variant de 1 à 3km. La calotte polaire Sud est quant à elle majoritairement constituée de glace carbonique et peu de glace d'eau. La calotte boréale évolue de moindre façon pendant une année martienne par rapport à la calotte australe qui diminue jusqu'à 400 km de diamètre lors de l'été australe plus chaud au périhélie. Pendant leurs hivers respectifs, des quantités abondantes de dioxyde de carbone provenant de l'atmosphère viennent se condenser et augmenter ainsi leur surface (30% de l'atmosphère sur la calotte australe).
Mars avant à l'opposition de 2001 et pendant la tempête 2 mois plus tard.
La structure interne de Mars est composé d'un noyau ferreux partiellement fondu de 1500 à 2000 km de diamètre. Ce noyau ferreux ne produit pas de champs magnétique global et ainsi l'atmosphère martienne est soumise au vent solaire. Ensuite d'un manteau de silicates et d'une croûte d'un seul tenant. L'épaisseur moyenne de la croûte de Mars serait de 50 km contre 25 km sur la Terre. La croûte de Mars emprisonne par endroit une importante quantité d'eau glacée mêlée à la roche notamment dans l'hémisphère Nord. Cette eau s'est probablement réfugiée sous la surface lorsque la pression et la température de la planète a commencé à diminuer.
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Mars possède deux satellites naturels Phobos et Deimos qui ressemblent plus à des astéroïdes de taille irrégulières qu'à notre Lune. Deimos (l'épouvante en grec) et Phobos (peur en grec) sont les deux jumeaux que le dieu Mars eu de la déesse Vénus. Ces deux lunes martiennes Deimos et Phobos furent respectivement découvertes par l'astronome américain Asaph Hall le 12 et 18 août 1877.
Eclipse de Phobos et de Deimos vu par Opportunity depuis le sol de Mars
Phobos (Mars I) est le plus grand des satellites de Mars avec ses 26,8 x 22,4 x 18,4 km et est également le plus proche. Il gravite sur une orbite elliptique très peu excentrique (0,0151) et de demi-grand axe 9378 km à une distance moyenne de 6000 km de la surface de Mars. Phobos effectue une révolution en 7h 39 min et accompli ainsi 3 orbites en une journée martienne. Phobos est un astéroïde très sombre de type chondrite carbonné similaire à ceux présent dans les régions éloignées de la ceinture d'astéroïde. La surface de Phobos est constellé de cratères dont le plus gros, Stickney, fait presque la moitié du diamètre de la lune martienne. Une série de sillons sont visibles sur la surface de Phobos, celles-ci seraient causées par les importantes forces de marée exercées par Mars à cette distance. Cela va sans doûte s'empirer jusqu'à la destruction de celui-ci dans dizaine de millions d'années car Phobos se rapproche de Mars de quelques centimètres par an.
Deimos (Mars II) avec ses 15 x 12,2 x 10,4 km gravite en 30h 18 min sur une orbite elliptique très peu excentrique (0,003) et de demi-grand axe 23459 km. Deimos est également un astéroïde très sombre de type chondrite carbonné. Sa surface est moins cratérisée que Phobos et recouverte d'une couche de poussière.
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Les deux orbites des deux lunes martiennes sont très peu incliné par rapport à l'équateur martien (moins de 2°) et auraient très bien pues se former en même temps que Mars suite à un impact violent sur celle-ci. Mais certains pensent qu'ils auraient été capturés par la planète. Tout comme notre Lune, ces deux satellites montrent toujours la même face à la planète Mars.
Mariner 4 lancée par une fusée Atlas-Agena D transmit en juillet 1965 les premières images de la surface martienne par un survol à 9846 km d'altitude. Ces premières images fût une déception car elles montrèrent un monde aride, pas de canaux artificielles comme certains les avaient dessinés ni de formes de vie même sous la forme de végétation saisonnière.
Mariner 6 fût envoyé le 25 février 1969 par un lanceur Altas-Centaur. Elle effectua un survol de l'hémisphère Sud de la planète à moins de 3429 km. Les images transmises de la région survolée le 31 juillet 1969 montrèrent beaucoup de similitude avec ceux de la Lune avec de nombreux cratères et des étendues désertiques. La température du pôle Sud fût mesuré à -125°C ainsi que le constituant principal de l'atmosphère le CO2 et la pression déterminé à 6-7 millibar.
Mariner 7 , soeur jumelle de Mariner 6, survola à son tour Mars le 5 août 1969 et recueilla également de précieuses données.
Mariner 9, fût lancée également par une fusée Atlas-Centaur le 30 mai. Malgré les conditions climatiques sur Mars (tempête de sable), cet orbiteur pu envoyé des photographies intéressantes sur des possibles témoignages de présence d'eau sur Mars. Elle permis également pendant près de 1 an sur son orbite de réaliser la première cartographie de Mars.
Viking 1, orbiteur et atterrisseur, partie le 20 août 1975 via un lanceur Titan IIE-Centaur D1. Elle prit la célèbre photos du visage de Mars dans la région Cydonia Mensae qui fût ensuite démenti par une prise de vue en meilleur résolution par Mars Global Surveyor. Elle analysa également la lune Phobos. Puis l'atterrisseur se posa le 20 juillet 1976 dans la région de Chryse Planetia.
Viking 2, orbiteur et atterriseur, partie le 9 septembre 1975 survola le satellite Deimos et permis avec les résultats combinés avec sa sonde jumelle Viking 1 d'évaluer la masse et la taille des deux lunes de Mars. Son atterriseur se posa le 3 septembre 1976 dans la région de Utopia Planitia. Tout comme Viking 1, cette sonde collectait des échantillons du sol de Mars avec un bras mécanisé afin de les analyser à bord. Les conditions climatiques durant une année martienne fût également analyser. La présence de molécules organiques n'a pas été détecté durant la période d'activité de ces deux sondes.
Mars Global Surveyor (MGS), partie le 7 novembre 1996, se satellisa le 11 septembre 1997 autour de Mars. Elle permetta de cartographia très précisément sa surface et détecta notamment beaucoup de zones montrant l'ancienne présence d'écoulement liquide. Les caractéristiques géologiques ainsi que la composition des roches et la distribution des glaces ont été examinés.
Mars Pathfinder, atterriseur et rover, se posa le 4 juillet 1997 sur Ares Vallis après son départ le 4 décembre 1996 d'une fusée Delta II. Son petit rover, Sojourner, fût le premier à fouler le sol martien avec ses 6 roues motrices et sa vitesse de 40 cm/min. L'atterrisseur réalisa de nombreux relevés météo pour l'étude de l'atmosphère et le petit rover effectua des analyses des roches présentes sur le site d'atterrissage. Cette sonde démontra que la zone fût modelé par des cours d'eau.
Mars Odyssey a été lancé le 7 avril 2001 avec comme objectif principal la recherche de l'eau. Elle a permis de détecter d'importante quantité de glace d'eau stocké aux pôles. Elle a détectée également une grande concentration en potassium dans la croute soit deux fois plus que la croute terrestre. Elle a également détecté de l'olivine dans les canyons de Valles Marines qui prouve que la période "sèche" (sans eau) de Mars a débuté il y a bien longtemps. Cette sonde est aujourd'hui encore active et a permis notamment la sélection des sites d'atterrissage de la mission MER.
Mars Express, orbiteur et atterriseur, est une sonde spatiale de l'ESA qui a été lancée le 2 juin 2003 par une fusée Soyouz. Elle se place en orbite martienne le 25 décembre de la même année. L'atterriseur Beagle 2 n'émettra pas de signal après son supposé atterrissage sur Mars. Ces principaux résultats sont : la détection de minéraux hydratés prouvant le passé liquide de l'eau à la surface de Mars pendant une période assez longue, la présence d'activité volcanique récente notamment dans la région de Tharsis, la détection de nuage de CO2 et la détection de méthane dans l'atmosphère. La mission de cette sonde est prolongé jusqu'à fin 2016.
Mars Exploration Rover (atterriseur-rovers Spirit et Opportunity ; MER) est une mission a double sondes. La première Spirit a atterri dans le cratère de Gusev le 4 janvier 2004 qui est supposé avoir habité un ancien lac. La seconde Opportunity a quant à elle atterri dans la région le 25 janvier 2004 équatoriale de Terra Meridiani. Les principales découvertes de Spirit sont les suivantes : la détection de roches riches en carbonates de magnésium et de fer, la découverte de filon de silice. Ces trouvailles prouvent que Mars a connu dans le passé des conditions plus chaude et humide. Ce rover a envoyé ces derniers données le 2 mars 2010 pour une distance parcourue de près de 8 km. Les principales découvertes d'Opportunity sont : la découverte de l'hématite indiquant l'action de l'eau pendant une longue période mais un milieu plutôt acide, elle a découvert également des filons de gypse et de l'argile dans un milieu au pH plus neutre dans le cratère Endeavour. Elle effectua également l'étude des startes du cratère Victoria pour la connaissance du passé de Mars. Ce rover plus véloce que Spirit est toujours actif à la surface de Mars et a parcouru près de 38 km.
Les rovers Spirit et Opportunity en direct sur Mars
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) est une sonde qui a été lancé le 12 août 2005 par un lanceur Atlas V. Elle s'est insérée en orbite marsienne le 10 mars 2006. Son objectif est de cartographier la surface de Mars avec une résolution jamais atteinte de 20 à 30 cm et d'observer le modelage de la surface de Mars au fil du temps notamment les avalanches dans la zone polaire. Elle joue aussi un rôle de relais pour les atterrisseurs et rovers à la surface de Mars. Elle a permis de détecter la présence de glace au fond de certain cratère à de faible latitude. Elle est toujours active aujourd'hui.
Phoenix, atterrisseur, s'est posé le 25 mai 2008 dans la région de Vastitas Borealis près de la calotte polaire boréale. Sa mission est de confirmer la détection de glace d'eau dans la calotte polaire faîte par Mars Odyssey et détecter la présence de méthane et de molécule organique. Phoenix a permis d'observer par des tranchées qu'une masse importante de glace polaire se sublime lors du printemps engendrant la formation des nuages. Elle a également fourni des informations précieuses sur la vitesse du vent en surface. Par contre les échantillons de glace analysés n'ont pas établi de présence de matière organique. Celle-ci n'est plus active depuis novembre 2008.
Mars Science Laboratory (atterrisseur-rover Curiosity ; MSL) a été lancée le 26 novembre 2011 par un lanceur Atlas V. Celle-ci s'est posée le 6 août 2012 dans le cratère Gale probable siège d'une vie passée. Ce rover est plus véloce que les précédents car il dispose d'un générateur électrique nucléaire qui lui fourni son énergie à la place des panneaux solaires. Les principales découvertes de ce rover sont : que Mars était dans les premiers temps un hôte propice à l'émergence de la vie, la richesse en minéraux de tout type du cratère Gale et notamment des éléments chimiques propices à l'apparition de la vie. Il a déniché également des traces de carbone organique dans l'analyse d'un échantillon sans pour autant confirmer l'existence d'une vie présente ou passée. Son spectromètre a également détecté une augmentation de méthane dans l'atmosphère. Ce rover est toujours en activité aujourd'hui sur la surface de Mars.
Maven (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) s'est placé en orbite autour de Mars le 21 septembre 2014. Cette sonde est dédiée à l'étude de l'évolution de l'atmophère martienne. Les mesures de la sonde ont montrées que 100 grammes d'atmosphère sont arrachées toutes les secondes par le vent solaire. Cette quantité augmentant lors des éruptions solaires. Cette sonde est encore active aujourd'hui.
Mars Orbiter Mission (orbiteur, MOM) a été lancée par l'agence spatial Indienne (ISRO) et s'est placé en orbite le 24 septembre 2014. Elle est dédiée également à l'étude de l'atmosphère marsienne notamment des isotopes.
ExoMars 2016, orbiteur et démonstrateur, est la prochaine sonde qui sera lancé vers Mars courant 2016 par l'ESA avec une participation de l'agence spatiale russse. Le but de cette mission est la détection de l'origine des composants de l'atmosphère notamment du méthane, de démontrer la capacité de l'ESA à faire atterrir un engin sur Mars.
Plusieurs sondes soviétiques puis russes furent envoyées vers Mars comme les sondes Mars, Cosmos ou Phobos mais toutes connurent des échecs plus ou moins importants, seules Mars 2, 5 et 6 furent des succès. Les Etats-Unis ont aussi subi des échecs notamment avec les sondes dédiés à l'étude des pôles : Mars Climate Orbiter et Mars Polar Lander.
Les périodes propices pour l'envoi de sonde sur Mars interviennet tous les deux ans lorsque la planète se trouve en opposition avec la Terre. La durée d'un aller vers Mars avec les techniques actuelles est d'environ 6 mois à 10 mois.
Mars une planète extérieure par rapport à notre planète La Terre (plus éloigné du Soleil). Contrairement aux planètes Mercure et Vénus visibles sous forme de phase le matin ou le soir, celle-ci peut être observé en pleine nuit sous la forme d'une pleine ou gibbeuse Mars. Néanmoins Mars est observable dans de bonne condition que lors des oppositions (Mars proche de la Terre).
La surface de Mars est découpée en différentes formations observables, le nom et la position de ces dernières sont visibles sur la carte ci-dessous.
Planisphère de Mars (cliquez sur l'image pour plus de détail)
Les calottes polaires et l'évolution de celle-ci suivant les saisons (récession en été et expansion en hivers) sont visibles sous leur aspect blanc lumineux à l'oculaire. Il peut aussi arriver que rien ne soit visible sur la planète à cause des tempêtes de sable qui peuvent prendre une tournure planétaire sur Mars et chargée donc l'atmosphère, on peut suivre l'évolution de ces tempêtes. On peut également s'intéresser aux conditions météorologiques avec les formations nuageuses visibles souvent aux abords des cratères des volcans martiens.