Mars, le dieu de la guerre

Exploration de l'écosystème martien (V)

Comme c'est le cas tous les deux ans, en 1971 Mars était à nouveau en opposition périhélique avec la Terre et nombreux furent les astronomes qui délaissèrent leurs observations routinières pour observer Mars durant quelques semaines dans de meilleures conditions. Ce fut également à cette époque que les Américains lancèrent leurs premières sondes d'exploration vers la planète Rouge.

Avant cette date et avant les résultats de la mission Mariner 9 qui à notamment à son actif la découverte du volcan bouclier Olympus Mons, l'exobiologiste Carl Sagan (1934-1996) pensait que les grands changements climatiques qu'on observait sur Mars avaient pu, voici 25000 ans, provoquer l'émergence d'eau liquide dans certains canyons. Le phénomène pouvait être renforcé par des périodes de précession glaciaire, comme nous en connaissons sur Terre, où la calotte polaire boréale s'étend assez loin vers les régions tempérées.

A l'inverse, l'hémisphère sud reste relativement épargnée. En effet, il y a 25000 ans l'hémisphère sud de Mars avait très bien pu connaître une période estivale, durant laquelle de l'eau coula en abondance en surface, remplissant oueds, canaux et torrents d'un liquide cristallin qui se déversa dans le rift de Copratès.

Sagan considérait qu'un cycle d'hibernation de 25000 ans devait permettre à certains organismes de survivre aux rigueurs de l'hiver martien. Mais évidemment, "nous arriverions sur Mars 12000 ans trop tôt - ou trop tard"^[7] , ce que confirmèrent par la suite les scientifiques responsables des programmes Viking, Mars Global Surveyor et autre Mars Exploration Rover. Sagan pensait aussi que certains organismes auraient pu survivre aux rigueurs de l'hiver martien et hiberner jusqu'à aujourd'hui. Si en théorie des créatures comme les tartigrades peuvent survivre en état de stase (cryptobiose) sans parler des virus congelés dans le perrmafrost, à ce jour aucune trace de ce genre n'a été découverte sur Mars. On y reviendra.

A gauche, l'image de Mars que se faisaient encore les illustrateurs de la NASA juste avant la mission Mariner 4 en 1965; les célèbres canaux ont hanté les dessins des astronomes pendant plus d'un siècle. Document NASA restauré par l'auteur. Au centre, l'exobiologiste Carl Sagan en 1994. A droite, un dessin de Douglas S. Chaffee (1936-2011) illustrant des formes de vie martiennes. En voyant ce martien, dans une lettre adressée à son éditeur en 1967, Carl Sagan écrivit : "Let’s have find [it] his way in the daytime by his little red tendrils and at night he will dig a hole." (laissons[-le] trouver son chemin pendant la journée grâce à ses tentacules rouges et la nuit il créera un trou). Notez la couleur bleue du ciel qu'on retrouve également dans les peintures de Chesley Bonestell (cf. "The exploration of Mars" de 1956 dont voici la couverture), de Ludek Pesek qui travailla pour le National Geographic notamment entre 1970 et 1973) et une majorité d'illustrateurs jusqu'à la mission Viking en 1978.

L'objectif des missions Viking fut de découvrir des traces de métabolisme, d'humecter par exemple les échantillons suspects ressemblant à des organismes de façon à vérifier s'ils reprenaient vie ou dégagaient les produits d'une quelconque activité biologique. Comme nous l'avons expliqué dans le dossier consacré à la bioastronomie, en 1976 les quatre expériences embarquées à bord des sondes Viking n'ont rien révélé, ou plutôt si, et même de trop, car les résultats des quatre expériences furent contradictoires.

Puis un évènement inattendu se produisit en 1996. Les chercheurs Richard Zare de l’Université de Stanford et David McKay de la NASA découvrirent en Antarctique une météorite de plus d’origine martienne, une SNC baptisée ALH84001. Ils estimèrent qu'elle tomba il y a environ 13000 ans après avoir été éjectée de la surface martienne suite à un gigantesque impact météoritique.

Après analyse, l’échantillon semblait contenir de petits fossiles d’êtres unicellulaires cylindriques et des débris chimiques apportant des traces tangibles que la "cellule" en question métabolisait. Pour la première fois, ils annonçaient haut et fort avoir la preuve qu’il exista, dans le passé, une forme de vie élémentaire sur Mars^[8]. Cela renforça l’opinion des exobiologistes qui pensent que la vie, malgré qu’elle soit un état très complexe de la matière, n’est peut-être pas aussi rare qu’on le pensait jusqu’alors. Mais certains chercheurs refusèrent cependant de croire en cette éventualité, rien selon eux ne prouvant l’origine biologique des soi-disant fossiles, pas plus que l'origine martienne de la météorite.

La question de savoir si la vie existe encore sur Mars reste donc ouverte dans l'esprit des exobiologistes. Comme le disait Schklovsky, "le jour viendra où nous pourrons soulever enfin le voile qui dissimule le mystère, et répondre à la question : Mars est-il habité ?"

Mais à côté des relevés effectués sur le terrain ou sur les météorites SNC, il restait en suspens la question des fameux "canaux martiens". Parmi les 7232 photographies retransmises par Mariner 9, quelques-unes permirent de trouver quelques corrélations entre les canaux de Schiaparelli et de Lowell et les véritables formations géologiques martiennes. Mais la plupart des structures observées au télescope furent en fait intégrées par la vision qui traduisait les points successifs alignés par un canal rectiligne.

Les seules exceptions qui trouvent une explication réelle concernent certaines vallées martiennes et les grands bassins. Ainsi l'immense cañon de Valles Marineris et Copratès Chasma (60°) qui résident à la limite de la résolution depuis la Terre peuvent être traduits par un "canal d'irrigation". Quelques zones sombres parmi les "zones vertes" de Lowell coïncident avec des régions accidentées ou des bassins, comme la chaîne de montagne de Ceraunius qui se superpose au tracé d'un "cours d'eau" ou le triangle sombre de Nilosyrtis Mensae qui se prolonge par la zone claire de Syrtis Major Planitia (290°). Les zones claires sont plus facilement reconnaissables, comme le bassin de Hellas (290°) et les grandes plaines boréales de Vastitas.

Mais paradoxalement, les taches sombres de Lowell s'éclaircissent en été et s'assombrissent en hiver. Elles sont de colorations diverses, allant du brun au vert, celles de la région équatoriale étant plus sombres que celles situées près des pôles. On ne peut donc pas considérer que ces taches représentent de la végétation, comme le supposait Flammarion au XIX^e siècle, surtout qu'elles changent parfois sporadiquement de couleur et de forme.

A consulter : Les planisphères de Mars

Cartes géologiques de Mars, USGS, 2023

Plus d'un siècle de progrès scientifiques séparent ces trois dessins de la photo ci-dessous qui ont pourtant plus d'un trait en commun. A gauche, une chromolithographie réalisée par le portraitiste et astronome Etienne Trouvelot le 3 septembre 1877. Entre 1850 et 1890, il aurait réalisé quelque 7000 dessins astronomiques et publiés 50 articles scientifiques. Cette planche N°VIII décrite en anglais comme une "vue de l'hémisphère sud de Mars" est extraite du livre de E.Trouvelot, "Astronomical Drawings Manual", C.Scribner's sons, 1882, p64 (cf. la version numérique mais sans les planches). Au centre et à droite, des dessins de Mars réalisés en 1909 par Antoniadi avec la lunette de 83 cm de l'Observatoire de Meudon. Notez la structure en léopard dans Mare Tyrrhenum. A cette époque Mars présentait un disque appréciable de 23.8". Ci-dessous, un photomontage de 4 photographies prise par le Télescope Spatial Hubble entre le 27 avril et le 6 mai 1999 et disposées en projection Mollweid et inversées de haut en bas (le pôle Sud est au-dessus, cf. les planisphères) pour correspondre aux dessins ci-dessus. La résolution est de 20 km/pixel à hauteur de l'équateur. A cette époque, Mars présentait un diamètre de 16.2". Documents Obs.Paris-Meudon et NASA/ESA/STScI.

Pas de Petits Hommes Verts ni même de papillons

Quand bien même certains penseraient toujours que Mars se couvrirait de végétation en été ou que des Petits Hommes Verts pulluleraient à sa surface, un écologiste débutant connaissant un tant soit peu la thermodynamique pourrait leur démontrer le contraire.

En 2004, Margaret Turnbull de l'Observatoire Steward de l'Université d'Arizona et Seth Shostak de l'Institut SETI ont étudié la quantité d'énergie nécessaire afin qu'une plante ou un animal survive dans les conditions de Mars. Comme on s'y attendait leur résultat est très pessimiste pour les fervents défenseurs des Petits Hommes Verts. En effet, si nous prenons une analogie avec la Terre, son bilan énergétique en dit long sur la survie des végétaux et de la chaîne alimentaire qui en dépend. Sur 100 watts d'énergie frappant une surface d'1m² de feuillage ou d'herbe (ce qui est différent de la quantité d'énergie solaire totale atteignant le sommet de l'atmosphère terrestre), seuls quelque 35% sont réellement absorbés. Rien que le fait que le feuillage soit vert signifie qu'une partie du rayonnement n'est pas absorbé, sinon les feuilles seraient noires.

Mais pire encore, les réactions de photosynthèse qui en découlent grâce aux chloroplastes sont si peu efficaces qu'environ le quart de cette énergie seulement est réellement transformée en sucres. D'une énergie de 100 watts disponible par une journée ensoleillée, seuls quelque 8% finissent comme nourriture dans les plantes. Toutes nos prairies produisent donc à peine autant d'énergie que la dynamo d'un vélo.

Si vous êtes de la mousse accrochée à un rocher ou même un arbrisseau, c'est suffisant. Les autres éléments nécessaires à votre survie se trouvent dans la terre ou dans l'air. Vous ne devez pas, et ne pouvez pas, courir le pays à la recherche de nourriture, d'eau ou d'oxygène. 

Mais pour un petit insecte comme un papillon par exemple de telles conditions sont intolérables et mettent sa survie en danger. Pour battre des ailes comme il le fait il a besoin de bien plus d'énergie.

Malheureusement le terreau de Mars est stérile et sec. Il n'a plus été couvert d'eau ni de nutriments, si jamais il en eut, depuis quelques milliards d'années et son atmosphère est si ténue que l'air est pour ainsi dire à l'état de trace voire inexistant. Concrêtement si vous essayez de faire pousser une plante sur Mars, elle mourra désséchée dans les heures qui suivent et brûlée par les rayons ultraviolets du Soleil. Il lui faudrait un milieu moins hostile en commençant par de l'eau et une bonne protection anti-UV.

Si une plante résistant aux UV pourrait survivre sur Mars à condition d'avoir de l'eau et de résister aux froids polaires qu'il y règne, un animal aussi grand qu'un être humain ne pourrait pas se contenter d'un bilan énergétique aussi faible. En moyenne, un adulte a besoin de 2000 Calories (ou 2000 Kcal.) par jour. Si vous faites la conversion en unités plus simples, cela correspond à une énergie d'environ 1000 watts (1000 J/s), et ce 24 heures par jour et non pas uniquement durant la période diurne...

Malheureusement même si vous êtes une plante, vous n'êtes pas carnivore ou omnivore et vous obtenez exclusivement votre énergie à partir de la photosynthèse. En d'autres termes chaque mètre carré de votre corps n'absorbe que 8 watts d'énergie. La surface de notre peau (pour 1.70 m et 70 kg) couvre environ 1.7 m², dont grosso-modo la moitié se trouve à l'ombre une partie de la journée (et plus encore si vous portez des vêtements). Vous vous retrouvez donc avec une énergie assimilable d'environ 7 watts durant la journée, soit plus de cent fois inférieure à votre consommation. Pour trouver l'énergie complémentaire et satisfaire votre métabolisme vous n'avez pas d'autre alternative que de soit rester au Soleil en permanence au risque de dépérir soit de cuire des aliments et vous nourrir durant presque trois semaines.

Il n'est donc peut-être pas raisonnable d'exiger d'un gros animal mobile d'obtenir directement sa nourriture à partir de la transformation de l'énergie solaire; il est condamné à mourir en l'espace de quelques mois.

Considérons alors un plus petit animal comme un colibri. C'est un oiseau très actif qui consomme environ 8 Calories (ou 8 kcal) par jour, soit 0.5 watt.

Pour obtenir cette énergie durant les 8 heures de photosynthèse quotidienne, ce petit oiseau a besoin d'une surface collectrice de 0.3 m². Pour une créature qui ne mesure que 10 cm de long toutes ailes déployées, cela nécessiterait qu'il ait une envergure de 3 mètres. Cela le transformerait en l'un des plus féroces prédateurs. Or il est minuscule et inoffencif. Comment survit-il ?

Les animaux sont assez intelligents pour rester à l'ombre et laisser les plantes au Soleil toute la journée pour qu'elle fabrique suffisamment d'énergie. 

Le petit colibri passe ensuite quelques minutes à travailler laborieusement, puisant le nectar parfumé et riche en sucre des plus belles fleurs pour satisfaire son métabolisme.

Tout n'est qu'une question de transformation d'énergie et vous pouvez être certain que beaucoup d'extraterrestres adopteront la même stratégie. Malheureusement Mars est loin d'être un paradis, même pour un colibri ou son lointain cousin, le papillon.

Mars est bel et bien morte gelée ainsi que nous l'a confirmé le verdict de l'exploration spatiale que nous allons aborder.

La propagation du son sur Mars

Dans les années 1990, la Planetary Society avait proposé à la NASA d'équiper une rover martienne d'un microphone. Pendant longtemps, l'utilisation d'un microphone au cours d'une mission d'exploration n'a pas été considérée comme d'utilité scientifique par les agences spatiales pour étudier l'acoustique de l'atmosphère martienne. Mais si le retour sur investissement comme l'on dit n'est pas justifié, pour notre curiosité scientifique il est intéressant de savoir comment se propage les ondes dans une atmosphère aussi ténue que celle de Mars.

L'idée d'installer un microphone ne vise pas seulement à entendre le vent souffler sur Mars à 6 mb de pression par -100°C, les tremblements de Mars ou les bruits métalliques que fait le bras mécanique du robot quand il échantillonne le sol. L’expérience vise à démontrer qu’en développant puis en lançant un nouvel instrument dans l’espace, nous pouvons apprendre quelque chose de nouveau sur l’environnement extraterrestre, et c'est là que réside le véritable esprit du concept du microphone déposé sur Mars.

Malgré la modestie du projet, il mit du temps à prendre forme. Il fut finalement accepté mais le premier micro s'est crashé fin 1999 avec la sonde Mars Polar Lander et le second micro installé sur la sonde Phoenix qui se posa près du pôleNord de Mars en 2008 n'a jamais été activé en raison d'un probable problème électronique. Un micro était également prévu sur chacune des quatre sondes Netlander de l'ESA/CNES mais la mission fut annulée car jugée trop chère.

Une nouvelle tentative était prévue avec la mission ExoMars de l'ESA planifiée en 2016 dont le lander Schiaparelli comportait des capteurs de pression et d'infrasons. Malheureusement le lander s'écrasa au sol.

Puis il y eut le lander InSight de la NASA construit en collaboration avec l'ESA qui se posa avec succès sur Mars fin 2018. Cette fois, le microphone embarqué fonctionna bien et nous a retourné les premiers sons du vent martien (cf. ci-dessous).

Enfin, il y a la mission Mars 2020 de la NASA. Dans un résumé (PDF) présenté en 2016 à la 47^e conférence scientifique du JPL, les membres de l'équipe SuperCam ont expliqué comment inclure un microphone à l'instrumentation scientifique du Lander (une rover de la classe Curiosity) afin d'enregistrer les sons de Mars. Cette sonde spatiale devrait se poser sur Mars entre janvier et mars 2021.

Que sait-on aujourd'hui de la propagation du son sur Mars ? En raison de la faible pression qui règne sur Mars, l'intensité d'un bruit doit y être plus forte pour produire le même son que sur Terre, qu'il soit enregistré par un microphone ou par l'oreille humaine. Une chute de pression d'un facteur 10 réduit la pression sonore de 20 dB. Etant donné que la pression à la surface de Mars est grosso modo 100 fois inférieure à celle de la Terre, la réduction sonore atteint 40 dB. 

Comme l'expliqua la NASA, si nous prenons comme référence un niveau de pression martienne de 6 Torr soit environ 8 mbar (l'équivalent de celle qu'on rencontre sur Terre vers 35 km d'altitude), nous pouvons dresser une comparaison entre différents sons émis sur Terre et sur Mars :

A écouter : Le son du vent martien enregistré par InSight, 2018

On découvre ainsi que pour une même distance au récepteur, le son d'une scie électrique sur Mars est perçu comme étant aussi léger qu'une conversion normale sur Terre. Cela veut dire que le futur microphone martien devra être fabriqué de telle manière qu'il présente une amplification de 40 dB des basses fréquences.

L'enregistrement ci-dessus fut enregistré le 1 décembre 2018 par InSight dans la plaine d'Elysium Planitia. Les ingénieurs ont capturé le bruit du vent glacial (-93°C) soufflant entre 16 et 24 km/h à travers la stucture des panneaux solaires d'InSight. Le premier enregistrement fut réalisé par le séismomètre. Pour rendre le son plus audible, la hauteur du son fut décalée de deux octaves. La seconde partie fut enregistrée par le détecteur de pression. La bande son fut accélérée 100x, ce qui décala la fréquence dans le même rapport.

La bonne nouvelle est que si un jour vous habitez sur Mars, vous ne serez pas gêné par le bruit des voisins ou celui des avions... En revanche, vous devrez crier pour vous faire entendre ! En fait pour être précis, cela ne risque pas d'arriver car tant que l'air de Mars est irrespirable, sous cette faible pression tout le monde portera une combinaison pressurisée équipée d'un micro-casque.

Dernier chapitre

Le verdict de l'exploration spatiale

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[7] C.Sagan, "Cosmic Connection", Doubleday, 1973, p132; Seuil, 1973, p165. [8] D.McKay et al., Science, 273, 1996, p864, p924 - M.Grady et al., Nature, 382, 1996, p575.

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