Salle 1 : Mars dans le système solaire

Salle 1 : Mars dans le système solaire
Dans l’exposition
•
Compléter un croquis ou un montage photo du système solaire (titre du
document, noms des planètes et des satellites). Placer sur le document la
ceinture d’astéroïdes.
•
Réaliser une carte d’identité pour les planètes Terre et Mars.
NOM :
NOM :
Diamètre :
Diamètre :
Masse :
Masse :
Densité :
Densité :
Distance au soleil :
Distance au soleil :
Satellite :
Satellite :
•
Comparer les différentes planètes du système solaire. De nombreux critères de
comparaison sont possibles, voir page 3.
Mars, exploration d’une planète
15 avril 2005 – 29 janvier 2006
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1
•
S’informer sur les mouvements des planètes du système solaire.
Quelle est la forme des trajectoires des planètes ? Elliptique.
Quelle planète a la trajectoire la plus courte ? Mercure
Quelle planète a la trajectoire la plus longue ? Pluton.
Quelle est la planète la plus petite ? Pluton.
Quelles sont les planètes qui sont couchées sur leur axe ? Uranus et Pluton.
•
Rechercher des informations sur le système solaire. Compléter la grille de mots
croisés et définir le mot caché.
6. La planète bleue
7. Elles ont souvent une structure
en spirale
8. La planète la plus éloignée du
Soleil
9. Nom d’une planète et d’une
déesse
1. La planète la plus proche du
soleil
2. Ils sont situés entre Mars et
Jupiter
3. La plus grosse planète du
système solaire
4. Satellite de la Terre
5. Nom de notre galaxie
1
2
3
4
5
-
6
7
8
9
•
Acquérir quelques notions de physique.
Définir la gravitation.
A l’aide de la formule, calculer la force de gravitation qui attire la Lune vers
la Terre. (masse de la terre 5,98.1024 kg et masse de la Lune 7,35.1022 kg).
Comparer la notion de masse et de poids.
Comparer votre poids sur Terre avec celui sur Mars. Que remarquez-vous ?
Pourquoi existe-t-il une différence entre les deux mesures ?
•
Découvrir des instruments d’observation.
Voir fiche du dossier pédagogique du premier degré.
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2
En classe
•
Découvrir le système solaire à l’aide de dictionnaires, encyclopédies, Internet,
CDrom…
Titrer et légender un croquis ou un montage photo du système solaire
(Soleil, noms des planètes, noms des satellites). Placer sur le document la
ceinture d’astéroïdes. Utiliser le croquis du dossier pédagogique du second
degré page 1 ou une des photographies du dossier.
Définir planète, satellite, galaxie, astre, étoile, météorites, astéroïdes.
Compléter le tableau. Ce tableau de comparaison peut être simplifié en ne
conservant que quelques planètes, par exemple les planètes telluriques.
Mercure Venus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Pluton
Vie
Eau
Composition
de
l’atmosphère
Impacts de
météorites
Activité
interne
Masse relative
Gravité
relative
Présence d’un
champ
magnétique
Température
au sol
Distance au
soleil
Noms des
satellites
Présence
d’atmosphère
Exploiter le tableau en faisant le lien entre :
- la température, la proximité du soleil et la présence ou non
d’atmosphère,
- la présence d’atmosphère, la gravité et la masse,
- la densité atmosphérique et l’eau,
- la température, l’eau, la composition de l’atmosphère et la vie.
•
Réaliser une série d’exposés, d’affiches présentant les différentes planètes du
système solaire. La présentation de ces travaux pourra se terminer par une
comparaison des différentes planètes.
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3
• Construire une maquette du système solaire.
Vous pouvez réaliser ce travail à plusieurs échelles.
Maquette sur papier millimétré
Compte-tenu des disproportions qui existent entre le diamètre des
planètes (milliers de km) et leur distance au soleil (5 millions de km),
l’échelle choisie sera différente pour les diamètres et les distances :
- échelle des diamètres : 1mm pour 5.103 km
- échelle des distances : 1 cm pour 125. 106 km.
Compléter le tableau pour obtenir toutes les valeurs.
Noms des
planètes
Mercure
Venus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
Soleil
Dimensions réelles
Dimensions sur la maquette
Diamètre (km)
Distance au
Diamètre (mm)
Distance au
soleil (.106 km)
soleil (cm)
4 879
58
12 104
108
12 756
150
6 794
228
142 984
778
120 536
1 429
51 118
2 871
49 528
4 500
2 390
5 900
1 392 000
/
/
Construire sur deux feuilles de papier millimétré collées bout à bout le schéma
représentant, de gauche à droite, la position et la taille des planètes par rapport
au soleil. Pour le soleil ne tracer qu’une partie de sa surface.
Indiquer le titre, les légendes et les échelles.
Question : la distance moyenne Terre-Lune étant de 384000 km, à quelle
distance de la Terre (en cm) la Lune devrait-elle être représentée sur cette
maquette ?
Maquette dans une classe
Travailler avec le support ci-dessus mais en modifiant les échelles :
- échelle des diamètres : 1cm pour 5.103 km
- échelle des distances : 10 cm pour 125. 106 km
Maquette dans la cour, (voir fiche maquette du système solaire dans
dossier pédagogique du 1er degré).
Sur cette maquette du système solaire peut-on placer l’étoile la plus
proche, Proxima centauri qui se situe à 4,3 AL, soit 4,3 .1013 km ?
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4
•
Exploiter des données pour l’étude du mouvement et de la relativité du
mouvement : (seconde et TS, suivant le niveau)
Trajectoires elliptiques ou circulaires des planètes, périodes, vitesses,
lois de Kepler, aspect historique de la découverte des trajectoires
elliptiques… Faire éventuellement comprendre le mouvement autour
du centre de masse de l’étoile+planète.
Les trajectoires des planètes par rapport au Soleil et les trajectoires des
planètes par rapport à la Terre : rétrogradation des planètes.
Revenir éventuellement sur les éclipses et les transits du point de vue
mécanique. Repérage des étoiles sur la voûte céleste avec déclinaison
et ascension droite.
•
Comprendre le fonctionnement et réaliser un instrument d’observation.
Quel est la différence entre une lunette astronomique et un
télescope ?
Schématiser une lunette astronomique et un télescope.
Construire un télescope.
(http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/Tp-phys/Term/telescope/telescope.pdf)
•
Faire le lien avec des textes descriptifs d'instruments d'observation
Jules Verne : De la Terre à la Lune – Chap. XXIV - « Le télescope des
montagnes rocheuses »
Olivier Sauzereau :« Les étranges lunettes de Monsieur Huette »
•
Etudier les sources primaires et secondaires, la propagation rectiligne de la
lumière, les phases, les occultations et les transits :
Sources lumineuses par émission directe (étoile : Soleil), par diffusion de la
lumière (planètes brillantes observées la nuit parce qu’éclairées par le Soleil,
elles diffusent la lumière dans toutes les directions).
Observation des phases de Vénus, par exemple.
Eclipses, transits (de Mercure, Vénus, pourquoi pas les autres planètes ?)
Tentatives de détermination de la vitesse de la lumière, méthode de
détermination de la distance Terre -Soleil…
Cadrans solaires.
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5
•
Optique géométrique
Lois de la réflexion et de la réfraction de Descartes. (seconde et +)
L’œil, les lentilles convergentes et divergentes. (première S et +)
Application aux lunettes astronomiques (de Galilée en associant une
lentille convergente et une divergente et lunette astronomique avec deux
lentilles convergentes). (TS spécialité)
Application aux miroirs plans, sphériques et paraboliques. Les télescopes
de Newton avec un miroir parabolique, un plan et une lentille oculaire ou
de Cassegrain avec deux miroirs paraboliques (un convexe un concave) et
une lentille oculaire. (TS spécialité)
•
Spectroscopie, optique ondulatoire : (seconde et +)
Principe de la spectroscopie avec un prisme, avec un réseau.
Définition des longueurs d’onde, fréquence, célérité de la lumière…
lumière visible, IR, UV.
Etude du spectre du soleil, de la « lumière » diffusée par une planète et
des informations qui découlent de l’analyse du spectre. Déterminations
des constituants du sol, de l’atmosphère. Méthode de recherche des exo
planètes (spectrométrie)…
Eventuellement, diffraction dans un instrument d’observation et limite de
résolution. (uniquement TS spécialité).
•
Exploiter des données pour les appliquer à la dynamique et aux lois de Newton :
Distinction entre force de pesanteur et masse. (seconde et +) Distinction
entre champ de pesanteur et force de pesanteur.
Première loi de Newton : Montrer que les planètes sont soumises à une
force radiale, qui les empêche d’avoir un mouvement rectiligne uniforme.
(dès la seconde)
Loi d’interaction gravitationnelle universelle de Newton et troisième loi de
Newton. Montrer que les forces d’attraction ont la même intensité entre
la planète et le Soleil, mais l’une appliquée sur la planète et l’autre sur le
Soleil. Retrouver le champ de gravitation sur une planète, connaissant sa
masse et son rayon. (dès la seconde)
Application de la seconde loi de Newton pour retrouver les expressions de
l’accélération du centre d’une planète, de la période du mouvement de la
planète autour du Soleil, de la vitesse sur l’orbite quand elle est circulaire
et retrouver les lois de Kepler. Application à la détermination de la masse
d’une planète, notion d’impesanteur…(TS)
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6
Les trois pages suivantes peuvent être exploitées en physique, après un travail de
recherche sur le système solaire.
Jouer avec les nombres et les unités (seconde)
1. Poser le calcul permettant de retrouver la distance en km correspondant à
une année lumière :
1 a.l =
2. Que représente une unité astronomique ?
3. Combien de temps met la lumière pour aller du Soleil vers Mars ?
tS-M =
4. Exprimer la distance Soleil – Mars en m et en utilisant les puissances de dix
en précisant la saison ou en donnant la distance moyenne (228 106 Km)
DS-M =
5. A combien d’unités astronomiques sommes-nous de Mars ?
• Quand Mars et la Terre sont alignées avec le Soleil et du même
côté ?
Dmin =
• Quand Mars et la Terre sont alignées avec le Soleil et de part et
d’autre du Soleil ?
Dmax =
6. Quelle est la masse de Mars en kg, en exprimant le nombre avec une
puissance de 10 ?
7. Combien de temps faut-il à Mars pour effectuer une révolution autour du
Soleil ?
8. Combien de temps faut-il à la Terre pour effectuer une révolution autour du
Soleil ?
9. Un signal radio émis depuis la sonde Cassini a mis 67 minutes pour parvenir
sur Terre, en se déplaçant à la vitesse de la lumière. A quelle distance de la
Terre se trouvait Cassini au moment de l’émission ?
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7
Jouer avec les objets du système solaire et de l’univers…
…Qui suis-je dans le système solaire ?
1. Je suis à 30 unités astronomiques du Soleil,
• Qui suis-je ?
• Suis-je rocheuse ou gazeuse ?
2. Ma masse est un peu plus de huit fois celle de Mars et je possède une
atmosphère beaucoup plus abondante que celle de Mars.
• Qui suis-je ?
• Dans quels états physiques trouve-t-on l’eau à ma surface ? Justifiez
la possibilité d’avoir les différents états indiqués.
3. Je suis une planète tellurique, de masse volumique supérieure à celle de
Mars,
• Qui suis-je ?
• Retrouvez mon diamètre par le calcul.
4. J’effectue trois révolutions autour du Soleil, pendant que Mars n’en fait
qu’une seule,
• Qui suis-je ?
• A combien d’unités astronomiques suis-je du Soleil ?
5. Ma trajectoire elliptique n’est pas dans le plan de l’écliptique et mon statut
de planète a été contesté,
• Qui suis-je ?
• Qui m’a découvert ?
6. Ma densité est environ trois fois plus petite que celle de Mars, mais
pesanteur à ma surface est celle de la Terre à moins de 10% près.
• Qui suis-je ?
• Ai-je un sol, justifiez ?
• A combien d’unités astronomiques du Soleil suis-je ?
la
7. Je suis la géante gazeuse dont la densité est environ trois fois plus faible que
celle du Soleil,
• Qui suis-je ?
• Comment s’appelle mon satellite, visité le 14 janvier 2005 par la
sonde Huygens ?
• Qu’appelle-t-on « division de Cassini » ?
8. Je possède des anneaux et 16 satellites dont Io et Europe.
• Qui suis-je ?
• A combien d’unités astronomiques de Mars suis-je au minimum?
• Qui a le premier observé mes satellites, quand ?
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Observations et compréhension générales.
1. Y a-t-il une relation entre le rayon d’une planète et sa température moyenne
en surface ? Justifiez. Si oui, laquelle ?
2. Y a-t-il une relation entre le rayon de l’orbite d’une planète et sa
température moyenne en surface ? Justifiez. Si oui, laquelle ?
3. Y a-t-il une différence entre une planète et un satellite ? Justifiez. Si oui,
laquelle ?
4. Quel est votre âge en « années martiennes » ?
5. Quel rôle attribuer au champ magnétique de la Terre, vis-à-vis des particules
en provenance du Soleil ? Quelle est alors la conséquence de l’absence de ce
champ magnétique de Mars ?
6. Y a-t-il une relation entre la « couleur » d’une étoile, sa température et son
âge ?
7. Le sol de Mars : Quelle(s) différence(s) essentielle(s) existe-t-il entre
l’hémisphère sud et l’hémisphère nord de Mars ?
8. Que trouve-t-on sur les calottes polaires Sud et Nord de Mars ?
9. Y a-t-il des saisons sur Mars ? Si oui, expliquez pourquoi.
10. Quelle est la plus haute montagne sur Terre et quelle est sa hauteur ? Quelle
est la plus haute montagne sur Mars et quelle est sa hauteur ? Vous
indiquerez chaque fois le niveau de référence.
11. Quelle est la composition de l’atmosphère sur Mars ? Y trouve-t-on de l’eau
liquide ? Expliquez pourquoi.
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Salle 2 : Visions de Mars
Dans l’exposition
•
Exploiter la maquette Olympus Mons.
A quel type de relief correspond Olympus Mons ?
Quelles sont ses dimensions ?
Comparer la taille d’Olympus Mons à celle de la
France. (voir panneau salle 1)
Dessiner Olympus Mons sur la carte de France en
respectant les proportions.
Pourquoi Olympus Mons est-il si haut et si large ?
•
Se repérer sur un planisphère de Mars et localiser les différents sites visibles
dans la salle 2.
Olympus Mons
Elysium Mons
Valles Marineris
Le pôle nord
Ascraeus Mons
Le pôle sud
Arsia Mons
L’équateur
Hellas Planitia
•
Exploiter des cartes topographiques.
Pourquoi utilise-t-on différentes couleurs sur la carte topographique de la
surface de Mars (carte Mola) ?
Quelle est la signification de la couleur bleu ?
Quelle est la signification de la couleur rouge ?
Sur une autre carte géologique de Mars, le relief est mis en évidence par
un autre moyen, lequel ?
Quel hémisphère présente une altitude importante ?
Quel hémisphère présente une faible altitude ?
La planète Mars est représentée de trois façons différentes dans
l’exposition. Quelles sont ces trois façons ?
•
Découvrir les satellites de Mars.
Combien la planète Mars a-t-elle de satellites ?
Quels sont les noms des satellites de Mars ?
A partir du texte de l’exposition, réaliser un dessin montrant le
déplacement des satellites autour de Mars.
Regarder attentivement les photos des satellites de Mars. Que
remarquez-vous à la surface de ces satellites ?
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En classe
•
Comparer la formation d’Olympus Mons à celle des volcans de la Terre.
•
Trouver la signification du mot caldeira. Décrire la formation de cette
caldeira.
•
Calculer la pente réelle de cet édifice volcanique (théorème de Pythagore).
Calculer la pente de l’Everest (altitude 8850 m, base 150 km) et comparer.
En savoir plus
Olympus Mons
Olympus Mons est le plus grand volcan du système solaire (26 km de haut et 600 km de
diamètre). Sa taille est due à l’absence de tectonique des plaques sur Mars. Les couches de lave
issues de la chambre magmatique ont ainsi pu se superposer pendant plusieurs centaines de
millions d’années.
La caldeira d’Olympus Mons mesure 80 km de diamètre et 2600 m de profondeur. Elle est en
fait constituée de six caldeiras emboîtées. A cause de son surpoids, l’affaissement du dôme
volcanique provoque des contraintes visibles par des rides en surface.
Document extrait de « la planète Mars. Histoire d’un autre monde » Belin. Pour la science
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11
•
Comparer la formation de Valles Marineris à celle du Grand Canyon.
•
Représenter la Valles Marineris sur une carte des Etats-Unis et calculer la
longueur de Valles marineris (logiciel Mesurim) à partir de repères de distance.
=
En savoir plus
Valles Marineris
L'existence de Valles Marineris est étroitement liée à celle du dôme de Tharsis. Ce système de
canyons est sans doute né lors du soulèvement de Tharsis pour être ensuite remodelé par l'érosion.
Le dôme de Tharsis s'élève jusqu'à 11 km au-dessus de la surface de référence martienne. Cet
énorme bombement, qui représente 30 millions de km2, s'est formé à la suite d’une montée
magmatique qui a soulevé puis fracturé la lithosphère. Les énormes volcans que l'on trouve à la
surface du dôme prouvent la présence d'une importante chambre magmatique dans le sous-sol.
Après la fracturation causée par la surrection du dôme, le système de canyons de Valles
Marineris a été retravaillé sous l'action de différents phénomènes : sapement, effondrement et
subsidence. L'érosion a laissé des marques considérables et la largeur de certains canyons a triplé.
Les versants de Valles Marineris offrent maintenant un spectacle grandiose. L'activité éolienne a
également joué un rôle. On pense enfin qu'une partie du canyon a pu être occupé dans un lointain
passé par de grands lacs, protégés sous une épaisse couche de glace.
• Comparer les informations géologiques de Mars avec celles de la Terre.
Exploiter et comparer des cartes pétrologiques.
Sur Mars, quelle est la roche qui domine dans l’hémisphère nord ?
Sur Mars, quelle est la roche qui domine dans l’hémisphère sud ?
A l’aide de la carte géologique de la France, citer des lieux où l’on
peut trouver ces roches. Donner la signification de la présence de ces
roches sur Mars.
Le sol de Mars est aussi constitué d’argiles, de sulfates et de
carbonates. Dans quel hémisphère retrouve-t-on surtout ces roches ?
Donner la signification de la présence de ces roches sur Mars.
•
Relier les informations des cartes topographiques et pétrologiques.
Sur un planisphère de Mars, tracer une ligne indiquant les deux domaines
topographique et pétrologique. Que remarquez-vous ?
•
Montrer l’intérêt d’explorer les planètes du système solaire.
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En savoir plus
Les roches sur Mars
La surface de la planète rouge est principalement composée de roches volcaniques, mais le
spectre permet de distinguer deux provinces géologiquement différentes.
Les hauts plateaux cratérisés de l'hémisphère sud semblent surtout constitués de basalte
(feldspaths plagioclase et clinopyroxènes de type augite). Cette roche est concentrée dans les
régions de Terra Cimmeria, Noachis Terra, tout en étant également bien représentée dans la région
de Syrtis Major.
Les basses plaines de l'hémisphère nord seraient riches en andésite, une roche volcanique plus
riche en silice que le basalte. L'andésite est surtout présente dans Acidalia Planitia, Vastitas Borealis
et Syrtis Major (secteur nord-ouest). On en retrouve également un peu dans l'hémisphère sud, dans
Sinus Meridiani ou Margaritifer Terra. Dans ces régions, il est possible que l'andésite soit mélangée
au basalte, ou que la composition du matériau de surface soit intermédiaire entre le basalte et
l'andésite.
D’autre part, Le sol de Mars est aussi constitué d’argile. La présence d'argile peut s'expliquer de
deux manières : soit par une altération de roches basaltiques sous l'effet de la vapeur d'eau
atmosphérique accélérée par le rayonnement ultraviolet (sur Terre, les argiles proviennent
classiquement de l'altération de roches basaltiques au niveau des régions tropicales ou du fond des
mers), soit par une activité volcanique ayant eu lieu sous une épaisse couche de glace.
Enfin, le sol de Mars contient aussi des quantités notables de sels, en particulier des sulfates et
des carbonates. Ces deux roches sont des évaporites, c’est-à-dire des roches déposées par
l'évaporation d'une eau originellement très riche en substances dissoutes (bassins d'évaporation,
percolation d'eau hydrothermale riche en minéraux dans les régions volcaniques).
L'aspect le plus marquant de la géologie martienne est probablement la forte dissymétrie
morphologique et topographique qui existe entre l'hémisphère sud et l'hémisphère nord.
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13
Salle 3 : Connaître Mars pour comprendre la Terre
•
Réaliser un travail d’écriture.
Les élèves pourront imaginer un voyage sur Mars à partir de la maquette du
robot Spirit, de la reconstitution d’un paysage martien, du caisson et des films.
Lors de la visite au Muséum, les élèves pourront, sous forme de prise de notes,
décrire leurs sensations et les objets présentés. Dans un deuxième temps, les élèves
pourront produire en classe un travail d’écriture finalisé.
Pour illustrer ce travail, les élèves pourront effectuer un reportage photo dans
l’exposition. Ce travail peut être réalisé en adressant une demande préalable par
mail au service d’action éducative du Muséum. (museum-service.educatif@mairienantes )
Le travail d’écriture, qui peut aussi prendre la forme d’une BD, peut être mis en
relation avec des textes de Jules Verne ou des albums de Tintin : Objectif lune et On
a marché sur la lune.
• Comparer la structure des globes terrestre et martien (voir également salle 1)
Pour chaque globe, localiser sur le croquis ci-dessus : le manteau supérieur,
le manteau inférieur, la lithosphère, l’asthénosphère, la croûte continentale,
la croûte océanique, la croûte basaltique, le noyau.
Citer 4 différences entre les deux globes.
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14
•
Exploiter les données sur les sondes lancées vers Mars
Quels sont les deux pays qui ont lancé le plus de sondes vers Mars ?
Dans quel contexte historique ont eu lieu les premiers lancements de sondes
vers Mars ?
Quel autre astre fut convoité par ces deux pays lors de cette même période ?
Comparer le poids de Cosmos 419 lancée en 1971 et celui de Spirit lancée en
2003 ? Quelle remarque pouvez-vous faire ?
Certaines sondes sont composées d’orbiter et de lander. Quel est le rôle de
ces deux appareils ?
Sur un planisphère, localiser par des croix les lieux d’atterrissage des sondes
Pathfinder et Viking 1. Que remarquez-vous ?
Quel est le nom du robot de la mission Pathfinder ?
Quel est le nom de la sonde actuellement en orbite ?
Quels sont les objectifs des missions futures ?
•
Etudier les météorites martiennes.
Comment appelle-t-on les météorites martiennes ? Pourquoi ?
Quels sont les deux arguments qui ont permis de prouver leur origine ?
Pourquoi est-il intéressant d’étudier les météorites martiennes ?
Comment appelle-t-on le relief formé par l’impact d’une météorite ?
Existe-t-il des impacts de météorites sur Terre ? si oui citer un exemple.
Existe-t-il des impacts de météorites sur Mars ? si oui citer un exemple.
Rechercher les compositions chimiques des météorites martiennes et les
comparer aux roches terrestres.
•
Etudier l’eau sur Mars
Sous quels états l’eau est-elle présente sur Mars?
Sous quel état l’eau n’existe-t-elle pas sur Mars ? Pourquoi ?
Définir sublimation.
Réaliser un schéma de l’expérience présentée.
Ecrire le protocole de cette expérience et l’hypothèse testée.
Quelle trace semble prouver la présence passée d’eau liquide sur Mars ?
Où se trouve l’eau sur Mars ?
Réaliser le cycle de l’eau sur Mars en fonction des saisons (indiquer les
réservoirs et l’état de l’eau).
•
Etudier les saisons sur Mars
La calotte Nord est principalement constituée de glace d'eau et de glace de
CO2 .Quelle différence observez-vous entre le pôle Nord en été et en hiver ?
Comment expliquez-vous cette différence ?
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15
En classe
•
Interpréter des images.
Il y a environ 3 milliards d'années, lorsque la planète était plus chaude, l'eau
aurait coulé sur Mars.
- indiquer par une flèche la direction ( horizontale, oblique, verticale )
et le sens ( de haut en bas, vers la droite, vers la gauche ...) de
l'écoulement sur les 3 images ci-dessous.
- parmi ces trois images, laquelle est sensée représenter des îlots, un
fleuve, un déluge ?
image 1
image2
image3
•
Réaliser des expériences d’ébullition de l'eau sous pression réduite.
•
Approfondir les cycles de l’eau et du CO2 sur Mars et sur Terre.
•
Faire le lien entre le cycle de l’eau sur Mars et différentes images des pôles en
fonction des saisons.
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En savoir plus
L’eau sur Mars
Mars est aujourd'hui un monde désolé, balayé par les tempêtes de poussières, et plus aride
que les déserts terrestres. Les températures moyennes, bien inférieures à 0°Celsius, et la faible
pression atmosphérique, 6 hectopascals en moyenne, interdisent la présence d'eau liquide à sa
surface. Mais Mars n'a pas toujours été une planète aussi désertique. Dans les années 1970, les
photographies des sondes Mariner et Viking ont révélé d'énormes chenaux d'écoulement et des
vallées sinueuses formant de vastes réseaux. La grande majorité des scientifiques s'accordent à
penser que ces canyons martiens ont été creusés par de l'eau liquide, il y a des milliards d'années.
Certaines vallées semblent résulter d'un écoulement d'eau souterrain ayant produit l'effondrement
du sol et permis le transport de sédiments. Les chenaux d'écoulement semblent quant à eux résulter
de crues catastrophiques provoquées par une résurgence brutale d'eau souterraine.
Si de l'eau a coulé sur Mars dans un passé lointain, c'est que son climat était plus chaud et
son atmosphère plus dense qu'aujourd'hui. Peu après sa formation, il y a 4,5 milliards d'années,
Mars s'est probablement, comme la Terre, enveloppée d'une atmosphère épaisse en raison de
l'activité volcanique ou d'autres formes de dégazage. Des calculs montrent qu'une pression de 1 à 5
atmosphères de gaz carbonique (CO2) est suffisante pour maintenir, par effet de serre, la
température superficielle de Mars au-dessus de 0°Celsius et permettre ainsi la présence d'eau liquide.
Mais des questions fondamentales restent sans réponse. Pourquoi le climat martien a-t-il changé si
dramatiquement ? Comment Mars a-t-elle perdu son atmosphère ? Qu'est devenue l'énorme
quantité d'eau qui a un jour coulé sur la planète ? On pense généralement, qu'en réagissant
chimiquement avec les roches de la surface, le gaz carbonique s'est trouvé fixé sous forme de
carbonates (calcite, dolomite, sidérite...) dans le sol. Une forte activité géochimique a pu tout
d'abord permettre de recycler les carbonates et de relâcher le gaz carbonique dans l'atmosphère par
volcanisme. Mais Mars, moins massive que la Terre, n'a pas pu entretenir longtemps un cycle
géochimique et un volcanisme suffisamment actifs. La pression du gaz carbonique a peu à peu
décliné et l'effet de serre est devenu insuffisant pour maintenir la température atmosphérique audessus du point de congélation de l'eau.
Qu'est alors devenue l'eau? La mince atmosphère actuelle, composée à 95 % de gaz carbonique,
n'en contient que des quantités infimes. Cette vapeur d'eau peut se condenser sous forme de givre à
la surface, particulièrement vers le pôle Nord où elle forme une calotte de glace permanente (en
revanche, la calotte polaire sud, plus froide, semble majoritairement constituée de gaz carbonique
gelé). De fins nuages de glace sont également visibles dans l'atmosphère, surtout les matins d'hiver
dans l'hémisphère nord. Mais cette eau, sous forme de vapeur ou de glace, ne représente qu'une
très faible fraction de l'eau martienne "primordiale". On pense que des quantités considérables d'eau
se sont échappées dans l'espace au cours du temps. En effet, la vapeur d'eau (H2O) est décomposée
par le rayonnement ultraviolet du Soleil dans la haute atmosphère, et les atomes d'hydrogène (H)
formés, très légers, peuvent échapper à l'attraction gravitationnelle de Mars. Des mesures de
l'abondance relative des isotopes de l'hydrogène dans la vapeur d'eau indiquent que plus de 90 % de
l'eau évaporée dans l'atmosphère a été perdue par ce mécanisme. Mais de nombreux scientifiques
pensent qu'une grande partie de l'eau originelle se trouve aujourd'hui figée dans la croûte martienne
sous forme de pergélisol. Une preuve indirecte en est fournie par la présence de cratères
météoritiques dits à "éjectats lobés", principalement entre 30° et 70° de latitude sud. Le matériau
éjecté par les collisions semble avoir formé une coulée de boue aux abords de ces cratères, ce qui
s'explique si l'énergie des impacts a liquéfié la glace située en profondeur dans le sol.
Extrait du site : http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/univers/eauMars.html
D'autres sites pédagogiques pour exploiter l’étude de Mars et du Système solaire
dans de nombreuses matières sont proposés en bibliographie.
Mars, exploration d’une planète
15 avril 2005 – 29 janvier 2006
Muséum d’Histoire Naturelle de Nantes
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