Contacter l'auteur / Contact the author

Recherche dans ce site / Search in this site

 

 

Mars, le dieu de la guerre

Introduction (I)

La dernière planète à l'image de la Terre, dite tellurique, présente dans le ciel un scintillement couleur rouge-sang. Son "errance" devant les étoiles fixes lui valut d'être dédiée par les Grecs au dieu de la Guerre. Plus tard elle fut surnommée la "planète Rouge" et sera même peuplée de Martiens. Nous y reviendrons...

L'avènement de l'exploration spatiale et le survol de la planète Rouge par une bonne quarantaine de sondes spatiales[1] depuis 1964 ont permis de dresser le véritable portrait de Mars. La seule mission Viking 1 en 1976 rapporta plus de 51000 images. Complétées par les analyses de surface faites jusqu'en 1982 et reprise en 1998 par Sojourner et plus d'une dizaines d'autres robots, cette monumentale collection de données est exploitée dans le cadre du programme Mars Data Analysis de la NASA. Ces informations occuperont les scientifiques durant des années[2].

Mars photographiée par le Télescope Spatial Hubble le 25 février 1995 à 103 millions de kilomètre de distance. L'image est centrée sur Mare Erythraeum et Valles Marineris (cf. les planisphères). Le Méridien Central se situe à 29°. Les halos blancs-bleuâtres à gauche sont des nuages d'eau glacée. Noter Ascraeus Mons, le point brun à gauche près du limbe. Document NASA/ESA/STScI.

L'idée de découvrir des Martiens fait aujourd'hui partie du folklore et est devenu un mythe. Mais l'idée qu'il puisse exister une vie sur Mars s'est propagée jusqu'à nos jours, entretenue par les propriétés quasi terrestres qui règnent à sa surface de la planète Rouge et la découverte dans le milieu interstellaire de molécules organiques prébiotiques. Nous nous attarderons longuement sur ce thème dans le dossier consacré à la bioastronomie.

Observer Mars durant les oppositions périhéliques

Située sur une orbite très excentrique, en moyenne à 228 millions de kilomètres du Soleil, Mars peut se rapprocher de la Terre jusqu'à 56 millions de kilomètres lors des oppositions périhéliques qui se reproduisent tous les 764 jours et toujours en automne. Sa taille apparente extrême oscille entre 3.5" lors des conjonctions et 25.1" lors des oppositions.

Au plus près de la Terre, Mars devient presque aussi brillant que Jupiter avec une magnitude de -2 et devient 4 à 8 fois plus grand que lors des conjonctions. Son globe est alors presque aussi grand que celui de Saturne (14-20") mais reste deux fois plus petit que celui de Jupiter (30-47"). Dans ces conditions il devient accessible aux petits instruments et se reconnaît parmi mille en raison de sa couleur orange.

Logiciel à télécharger : Mars Previewer II (Sky & Telescope)

Images amateurs

A gauche, le mouvement rétrograde de Mars entre octobre 2011 et juillet 2012 dont voici l'image annotée réalisée par Cenk et Tunk Tezel. Au centre, une photographie de Mars (Æ 18.37") prise par John Earl le 22 mai 2016 avec un Celestron C11 porté à f/35 muni d'une caméra CCD couleur Image Source DBK21 618. Il s'agit de l'empilement des 400 meilleures images d'une série de 7000. On reconnaît de nombreuses formations. A comparer avec l'image prise par le Télescope Spatial Hubble. A droite, une image RGB prise par Damian Peach le 9 juin 2016 (Æ 18.34") avec un télescope Celestron C14HD de 355 mm. A comparer avec l'image prise par Hubble présentée en haut de page.

Données physiques

Pratiquement comme la Terre, Mars est inclinée de 25°19' sur son orbite, lui-même incliné de 1°8 sur l'écliptique. Couplé à une excentricité orbitale qui atteint 0.093, ces deux phénomènes créent une importante différence d'ensoleillement entre les deux hémisphères, engendrant des saisons semblables à celles que nous connaissons, mais deux fois plus longues. La durée du jour est de 24h37m23s et l’année dure ici 687 jours. Nous reviendrons plus loin (cf. page 3) sur le climat martien.

Bien que Mars ait été formée en même temps que la Terre, ses reliefs ont pourtant quelque chose de démesuré. Son diamètre est de 6787 km avec une masse équivalent à seulement 10% de celle de notre planète. Dans ces conditions, sa densité moyenne n'atteint que 3.93 et la pesanteur ne vaut que le tiers de celle de la Terre. Plus lourde que la Lune (densité 3.34), mais plus légère que la Terre (densité 5.32) Mars doit correspondre à un modèle intermédiaire. Complétées par l'étude des reliefs et notamment des volcans et des fractures, on peut en déduire que la structure interne de Mars est probablement à mi-chemin entre celle de la Lune et de la Terre.

Structure interne

Comme on le voit ci-dessous à gauche, la structure interne de Mars se divise en trois parties. Au centre se trouve un noyau dense métallique d'environ 1794 ±65 km de rayon. Il est principalement composé de fer et de nickel peut-être mélangé à 16-17% de soufre et d'un peu d'oxygène. Ce noyau de sulfure de fer (Fe2S3) ne serait que partiellement fluide du fait que Mars présente un très faible champ magnétique (voir plus bas) et contiendrait deux fois plus d'éléments légers que celui de la Terre.

A gauche, structure interne de Mars (dont voici un agrandissement sans légende) comparée à celle de la Terre. Selon les planétologues, le noyau métallique de Mars serait encore liquide ou du moins partiellement. Notons que toute la planète tiendrait dans le volume occupé par le noyau de la Terre. A droite, un modèle de Mars concurrent propose une structure interne fluide avec un manteau peut-être stratifié et même convectif pouvant expliquer le mécanisme le développement du champ magnétique martien et le coeur dynamo actif il y a environ 4.5 milliards d'années. Documents NASA/JPL et David J. Stevenson/Nature (2001) adapté par l'auteur.

Ce noyau est entouré d'un manteau silicaté (à base de silice) à l'origine des nombreuses formations tectoniques et volcaniques présentes sur la planète mais dont l'activité est aujourd'hui en sommeil voire éteinte (voir plus bas). A côté du silicium et de l'oxygène, les éléments les plus abondants du manteau martien sont le fer, le magnésium, l'aluminium, le calcium et le potassium. Ce manteau s'étend jusqu'à l'écorce. Selon un autre modèle proposé par le planétologue David J. Stevenson de Caltech, le noyau serait entouré d'une enveloppe liquide de sulfure de fer peut-être mélangée à du silicium épaisse de 1300 à 1500 km. Elle serait entourée d'une fine zone de transition de perovskite et peut-être d'autres matériaux (équivalente à la discontinuité terrestre épaisse de 660 km) au-dessus de laquelle s'étend le manteau de silicates peut-être stratifié jusqu'à la croûte.

La croûte présente une épaisseur moyenne de 50 km mais varie entre 30 km près du pôle Nord à 100 km près du pôle Sud et peut localement atteindre 200 km d'épaisseur. Elle est recouverte de roches et de sable ainsi que de glace aux pôles. La mission spatiale InSight de la NASA prévue pour 2018 utilisera un sismomètre afin de mieux caractériser les modèles internes actuels de Mars.

Activité tectonique

L'activité tectonique a selon toute vraisemblance été très importante dans un très lointain passé ainsi que l'érosion par l'eau et la sédimentation. En témoignent les nombreuses régions volcaniques, tel le plateau de Tharsis Montes déjà cité qui est aussi vaste que l'Australie et qui a joué un rôle significatif dans l’évolution de la planète[3] ainsi que la région de caldera d'Alba. Il existe également un grand nombre de vallées sinueuses, dont l'une serpente sur 400 km dans Mare Erythraeum, atteignant localement 5 km de large.

A voir : Survol de Valles Marineris par Viking 2 (1.4 MB), JPL

Survol de Tharsis et Valles Marineris (12.5 MB)

Valles Marineris

A gauche, une mosaïque de 102 photos centrées sur le canyon de Valles Marineris prises le 22 février 1980 par la sonde spatiale Viking 1 de la NASA. A droite, une vue 3D réalisée à partir des photos et des données altimétriques prises par la sonde Mars Express de l'ESA à partir de 2004. Voici la version HD (10 MB). Cette fracture d'origine volcanique s'étend sur près de 4500 km et présente localement une largeur de 240 km et une profondeur de 6 km !

Ci-dessus, une vue oblique de Candor Chasma. L'image couvre 800 km par 6.5°S et 71°O. La partie droite formée de 3 échancrures est Ophir Chasma qui subit un effondrement dont le volume déplacé fut 1000 fois supérieur à l'avalanche du Mont St-Helens qui se produisit en 1980 ! Les analyses par le spectromètre OMEGA de la sonde Mars Express de l'ESA (cf. page de THEMIS) indiquent que les sédiments de Candor Chasma contiennent des sulfates hydratés, peut-être de l'epsomite, un ingrédient clé qu'on retrouve dans les sels de bain, ainsi qu'une forme de sulfate de magnésium appelée kiesérite. Documents ESA/DLR/FU Berlin et NASA/USGS.

Volcanisme

Mars étant une petite planète, l'épaisseur de l'écorce est telle que l'activité tectonique n'est pas parvenue à la plisser. Celle-ci a donc été craquelée, fissurée en de nombreux endroits. Mars connut une évolution géologique très perturbée. Les sondes spatiales Mariner et Viking ont découvert un canyon (Valles Marineris) d'une profondeur de 6 km (Melas Lacus), large par endroit de 240 km et qui s'étend sur 4500 km, soit un cinquième de la circonférence !

Il existe un volcan spectaculaire, Olympus Mons, qui culmine à 26 km d'altitude, soit 3 fois la hauteur de l'Himalaya et dont la base s'étend sur 624 km, soit 2 fois la superficie de la Belgique ! Au sommet se trouve une caldera, c'est-à-dire une chambre magmatique effondrée, large de 80 km entourée de remparts hauts de 6 km.

Douze volcans s'élèvent au-dessus du plateau de Tharsis, un altiplano qui s'étend sur 8000 km à une altitude de 10000 m. Les trois principaux hormis Olympus Mons sont baptisés Ascraeus Mons, Pavonis Mons et Arsia Mons et culminent à 20 km d'altitude. Tout sur cette planète est démesuré !

Olympus Mons, maître des lieux

La caldera d'Olympus Mons culmine à 26 km d'altitude dont 22 km au-dessus du niveau moyen, et s'étend sur 624 km. Sa base est aussi vaste que l'état d'Arizona ou la France ! Les falaises situées à l'avant-plan s'élèvent à 7 km d'altitude ! Heureusement si les astronautes veulent un jour l'escalader, il existe sur le côté droit une paroi à 5° formée d'une coulée de lave qui conduit jusqu'au sommet. Cliquer ici pour lancer une animation (Mpeg de 758 KB de Calvin J.Hamilton). Au centre, une reconstruction 3D basée sur les données altimétriques. Documents NASA/JPL/Viking/NSSDC. A droite, un dessin réalisé par Mark Garlick comparant Olympus Mons au Mauna Kea d'Hawaii et au Mt.Everest.

Les sondes spatiales n'ont pas décelé la moindre activité volcanique sur Mars. Toutes les laves bordant les volcans, les dômes et fractures analysés par infrarouge sont froides. Aucun volcan ne présente d'activité, pas la moindre fumerolle ou lac de lave en cours de refroidissement. Les cicatrices nettes laissées par les cratères d'impacts et la quasi absence de cratères météoritiques sur les pentes des volcans font penser que toutes les formations martiennes sont relativement jeunes, âgées de quelques centaines de millions d'années tout au plus.

Il est toutefois fort possible que le sous-sol, aujourd'hui recouvert de sable sur plusieurs mètres d'épaisseur, cache de profondes vallées et d'étonnants reliefs sculptés par l'eau qui devait très probablement couler jadis. Seule une étude radar réaliser depuis l'Orbiter pourrait révéler ces formations ainsi que nous l'avons réalisé de manière analogue pour explorer le fond du Sahara sur Terre.

Pour vous donner une idée de la dimension et de l'aspect démesuré des reliefs que l'on trouve sur Mars, consulter le site de la NASA Views of the Solar System de Calvin J.Hamilton qui vous présente quelques animations spectaculaires dont certaines illustrent les pages de ce dossier. Mieux encore, téléchargez Google Earth qui contient un module d'exploration de Mars en 3D.

A consulter : Les planisphères de Mars (sur ce site)

Cartes topographiques de Mars. A gauche, planisphère complète de Mars de 180°O à 180°E et s'étendant jusqu'aux pôles réalisée en 2000 à partir des données laser altimétriques. A droite, le plateau de Tharsis Montes et ses 4 principaux volcans. La caldera d'Olympus Mons qui culmine à 26 km d'altitude est au-dessus à gauche. 28000 mètres séparent les reliefs extrêmes ! Noter le canyon de Valles Marineris un peu à gauche du centre sur l'image de gauche. Cliquer ici pour lancer une animation (Mpeg de 484 KB) de Grant L.Hutchison, NASA, montrant le globe entier de Mars. Documents NASA/MOLA Science Team et NASA/Calvin J.Hamilton pour l'animation.

Structure magnétique

Il y a environ 4.5 milliards d'années Mars disposait probablement d'un champ magnétique entretenu  par un noyau "dynamo" fonctionnant de façon analogue à celui de la Terre. Toutefois, en raison de la faible masse et du refroidissement rapide de la planète, ce champ magnétique global n'a probablement fonctionné que quelques centaines de millions d'années.

Aujourd'hui, la structure magnétique de Mars est très faible et localisée à l'inverse de celle du Soleil et des planètes dont le champ magnétique est global générant un effet dynamo. Le champ magnétique de Mars ne semble pas émaner de son noyau et varie tant en direction qu'en force à travers toute la surface. Ainsi, il y a des endroits où le champ magnétique est 10 fois plus fort que celui de la Terre. On a relevé localement un champ magnétique deux fois plus fort que sur Vénus, mais en moyenne il reste malgré tout 1000 fois plus faible que celui de la Terre.

Ces anomalies magnétiques semblent se manifester aux endroits où se trouve des concentrations de métal solide dans l'écorce. Le fait que le métal ait été magnétisé suggère qu'à un moment donné de son passé, Mars possédait un champ magnétique beaucoup plus puissant qu'aujourd'hui et l'a perdu, probablement suite au refroidissement de son noyau et à l'effet d'érosion induit par le vent solaire sur son atmosphère. On y reviendra.

D'autres anomalies ont également été découvertes sous forme de "trous" dans le champ magnétique qui apparaissent juste à l'endroit où des astéroïdes ont perforé la surface. Enfin, à d'autres endroits les perturbations du champ magnétique sont alignées comme le seraient une succession de points.

A l'inverse du champ magnétique du Soleil et de la plupart des planètes, celui de Mars est localisé et pratiquement éteint. Documents NASA/Mario Acuna et al.

Ce champ magnétique résiduel est très contraignant car sur Terre la magnétosphère nous protège des rayons cosmiques et des rayonnements corpusculaires du Soleil, en particulier contre les rayons X, les protons et les électrons rapides. La plupart d'entre eux sont stoppés au niveau de notre ionosphère y formant occasionnellement des aurores. Mais tout cela n'existe pas sur Mars et les prochains visiteurs de la planète Rouge devront être très prudents lors des missions d'exploration s'ils ne veulent pas mourir irradiés ou présenter à long terme des malades dégénératives ou d'origine neurologique ! On en reparlera à propos du mal de l'espace et de la colonisation de Mars.

Prochain chapitre

Les satellites Phobos et Deimos

Page 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 -


[1] Soviétiques, Américains et Européens ont à l'heure actuelle (2015) lancé 43 sondes spatiales vers Mars, tant des sondes orbitales que des Landers et des Rovers mais 16 sondes seulement ont atteint leur objectif et 2 autres partiellement (échec du Lander). L'exploration de Mars repris en 2001 en vue de préparer, à long terme, la colonisation de la planète. 7 autres sondes spatiales devraient rejoindre la planète Rouge entre 2016 et 2024. Le détail de toute les missions est disponible sur le site du JPL et de l'ESA.

[2] A propos de Mars, lire National Geographic, 143, 2, Feb.1973, p231 (Mariner 9 et présentation du Viking I); 151, 1, Jan.1977, p3 (les Viking sur Mars et la recherche de la vie); 194, 2, Aug 1998, Return to Mars; Feb 2001, A Mars Never Dreamed Of; Jan 2004, Mars; Feb 2010, Hubble Renewed Mars (Terraforming); Cf.cette liste.

[3] M.Carr, Nature, 336, 1988, p520.


Back to:

HOME

Copyright & FAQ