MARS, exploration d`une planète

Transcription

MARS, exploration d’une planète
L'intérêt de l'étude de Mars est triple :
connaître la planète Mars,
comprendre les processus qui gouvernent l'évolution d'une planète,
déterminer les conditions physico-chimiques nécessaires à l'apparition de la
vie et à son développement sur une planète.
Les données acquises depuis 30 ans nous ont permis de comprendre que les
processus qui ont façonné la planète rouge sont identiques à ceux qui ont opérés
sur la planète Terre.
La présence de volcans éteints, les glaces des calottes polaires, le champ
magnétique fossile, les rivières asséchées, les cratères d’impact, sont autant
d’observations qui nous rappellent que les processus physico-chimiques ayant
opérés sur Mars sont les mêmes que ceux qui gouvernent l ‘évolution naturelle de
la Terre.
En comparant les deux planètes, nous allons mieux comprendre ces processus et les
scientifiques pourront apporter des réponses aux questions comme :
Pourquoi la Terre est la seule planète avec une tectonique des plaques ?
Comment fonctionne le champ magnétique et quel est sont rôle dans la
protection de l’atmosphère et de la surface d’une planète ?
Quels paramètres contrôlent le cycle de l’eau, du carbone, de l’azote, etc.…
L’une des questions fondamentales est liée à la présence de la vie sur Terre.
Pourquoi la Terre est-elle la seule planète sur laquelle la vie a pu se
développer ?
Quand on retrace l’histoire de Mars, les scientifiques pensent que la planète Mars
était plus chaude et plus humide il y a quatre milliards d’années, c’est à dire
ressemblant à des conditions assez similaires à celles qui existent actuellement sur
Terre.
La vie a-t-elle pu aussi démarrer sur Mars ?
Est-il possible de trouver des échantillons de roche qui ont été témoins du
passage d’une chimie pré biotique complexe aux premiers organismes
vivants ?
De tels témoins n’existent pas sur Terre, car la tectonique des plaques a transformé
toutes les roches initiales et a effacé toute trace sédimentaire.
Si la vie a existé sur Mars, l’absence de tectonique des plaques devrait nous
permettre de retrouver des roches ayant fossilisé les premiers organismes.
La caractérisation de ces organismes ne pourra se faire qu’en laboratoire, ce qui
implique de rapporter des échantillons de mars. Une mission aller retour,
précurseur des voyages humains vers la planète rouge.
Mars, exploration d’une planète - 15 avril 2005 – 21 août 2006
Muséum d’Histoire Naturelle de Nantes
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SALLE 1 :MARS DANS LE SYSTEME SOLAIRE
1. Le système solaire
Cette grande fresque de 7 m de long montre une vue artistique du système solaire
avec ses 9 planètes, dans l’ordre d’éloignement au Soleil : Mercure, Vénus, la Terre,
Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton, à plus de 5 milliards de km du
Soleil.
Le système solaire est représenté, noyé dans l’environnement d’une nébuleuse diffuse, telle qu’on en
rencontre en quantité dans la galaxie. Celle-ci est très ténue (sa densité en moyenne n’excède pas un
atome par cm3). À droite de la fresque, on peut voir la nébuleuse Messier 16 (M16) dans la
constellation de l’Aigle (photographiée le 2 novembre 1995 par J. Hester et P. Scowen au télescope
spatial Hubble). L’extrémité de chacune des petites digitations situées sur le dessus de cette
nébuleuse a une épaisseur du diamètre environ du système solaire (soit 10 milliards de km).
La disproportion des distances interdit de représenter à la même échelle à la fois les
tailles comparées des planètes et du Soleil, et leurs distances respectives (si l’on
respectait toutes les proportions à l’échelle de cette fresque, Mars serait à 27 cm du
Soleil (qui ferait 1,6 mm de diamètre) et aurait un diamètre de 7 micromètres, soit
la taille d’une bactérie !) C’est pourquoi on a figuré sur un autre diagramme à
gauche une comparaison des diamètres du Soleil et des planètes, et en dessous,
l’échelle des distances au Soleil.
Voici les dimensions des corps du Système solaire à l’échelle de cette fresque (7m)
(Environ 1,2 mm pour 1 million de km) :
ASTRE
Soleil
Mercure
Venus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
DIAMÈTRE
1,650 mm
0,006 mm
0,014 mm
0,015 mm
0,008 mm
0,170 mm
0,140 mm
0,060 mm
0,060 mm
0,003 mm
DISTANCE AU SOLEIL
7 cm
13 cm
18 cm
27 cm
92 cm
170 cm
340 cm
533 cm
700 cm
On comprend qu’à cette échelle, il est impossible de visualiser les planètes !
2
Mars, quatrième planète du système solaire, est située à 228 millions de km du
Soleil. Elle fait partie du cortège des 4 petites planètes ‘telluriques’ (rocheuses), les
suivantes étant géantes et gazeuses à l’exception de Pluton.
DIAMÈTRE
(km)
SOLEIL
MERCURE
VENUS
TERRE
MARS
JUPITER
SATURNE
URANUS
NEPTUNE
PLUTON
1392000
4 879
12 104
12 756
6 794
142 984
120 536
51 118
49 528
2 390
DISTANCE AU
SOLEIL
(millions de
km)
MASSE (en
milliards de
milliards de
tonnes)
1 988 900 000
58
108
150
228
778
1429
2871
4500
5900
330
4868
5974
642
1898600
568460
86831
102430
12
DENSITÉ
(tonnes
par m3)
1,4
5,4
5,2
5,5
3,9
1,2
0,6
1,2
1,6
1,7
Pesanteur
Période de
(en % de la révolution
pesanteur
terrestre)
2796
38
88 j
91
225 j
100
365 j
38
1 an 322 j
253
11 ans 318 j
107
29 ans 174 j
91
84 ans 29 j
114 164 ans 322 j
6 247 ans 315 j
2.Des galaxies au système solaire
Ce panneau situe le système solaire dans l’Univers. On part d’un amas de galaxies,
comme il en existe des milliards dans l’Univers, situées en moyenne à 2 millions
d’années-lumière les unes des autres.
Une année-lumière, est la distance parcourue par la lumière en 1 an à la vitesse de
300 000 km/s. Une année-lumière vaut ainsi environ 10 000 milliards de km.
Une fusée animée d’une vitesse de 30 km/s (108 000 km/h, soit la vitesse de la Terre sur son orbite)
mettrait ainsi plus de 10 000 ans à parcourir cette distance. La plus proche étoile est à 4,3 annéeslumière du Soleil … et les autres étoiles sont à plusieurs dizaines d’années-lumière du système
solaire.
Chaque galaxie peut compter de quelques milliers à plusieurs centaines de milliards
d’étoiles comme le Soleil. Le système solaire est situé vers l’extérieur d’une galaxie
spirale, la Voie Lactée.
3. Des instruments d’observation
A travers l’oculaire de chacun des six caissons, on découvre Mars telle qu’on la
verrait dans des instruments de plus en plus puissants, de l’œil humain aux plus
grands télescopes des observatoires astronomiques.
La ‘puissance’ d’un instrument est la finesse de l’image qu’il produit. Plus le diamètre de l’objectif
est grand, plus l’image est détaillée : c’est le pouvoir séparateur (P.S.), qui représente le plus petit
angle sous lequel on voit distinctement deux détails séparés. Plus le P.S. est élevé, plus on peut
grossir l’image, mais on n’augmentera pas la netteté, laquelle ne dépend donc que du diamètre de
l’objectif. Il ne sert donc à rien de grossir une image si au départ elle ne comporte pas assez de
détails.
3
Par ailleurs, plus on grossit l’image, plus le champ est restreint et moins on a de lumière. De ce fait,
plus le diamètre de l’objectif est grand, plus on collecte de lumière et plus on peut grandir l’image.
Conclusion : plus fort est le grossissement désiré, plus grand doit être le diamètre de l’instrument
afin d’augmenter la netteté et la quantité de lumière.
On considère que le grossissement maximal possible, dans les conditions optimales d’observation,
correspond à deux fois le diamètre de l’objectif en mm, que le grossissement maximal moyen
correspond au diamètre en mm, et le grossissement ‘confortable’ à la moitié de ce diamètre (avec
un télescope de 300 mm, on peut ainsi grossir au maximum 600 fois, mais le grossissement
‘confortable’ en conditions moyennes est de 150 fois).
4. Mars et la Terre
Un premier duo de kakémonos détaille les principales caractéristiques des reliefs, de
la structure interne et de l’atmosphère des deux planètes. Les reliefs de Mars sont
beaucoup plus marqués que sur Terre.
L’immense canyon « Valles marineris » fait près de 10 fois la taille du grand canyon
du Colorado en largeur et profondeur tandis que le plus haut relief de Mars (le
volcan Olympus Mons) atteint 3 fois l’altitude de l’Everest. L’atmosphère de Mars,
très ténue (1/200e de la pression terrestre) est composée à 95 % de dioxyde de
carbone.
Un second duo de kakémonos permet de comparer les caractéristiques générales
des deux planètes : Mars est environ 2 fois plus petite que la Terre mais sa masse
est près de 10 fois moindre, la pesanteur correspond à 40 % de la pesanteur
terrestre.
Mars est tapissée d’un oxyde de fer rouge-orangé tandis que la Terre est recouverte
à 70 % par des mers et des océans (dont l’épaisseur n’atteint pas 1/4000e de son
diamètre). Dépourvue d’un champ magnétique protecteur, Mars est sans doute
inapte à entretenir la vie.
5. Poids et gravité
Une balance spéciale permet de se peser sur la planète Mars. L’autre balance donne
le poids terrestre. Le poids sur Mars est d’environ 1/3 du poids sur Terre alors que la
masse demeure identique. C’est l’occasion de préciser ces notions si importantes en
physique et d’en arriver au concept de gravitation. Deux kakémonos donnent
toutes explications nécessaires et illustrent ces notions.
La MASSE d’un objet est liée à sa quantité de matière, qui ne change pas. La masse
est la même sur toutes les planètes, et même en apesanteur.
Le POIDS d’un objet est la force avec laquelle sa masse est attirée par une autre
masse comme une planète (c’est la gravitation). Le poids change avec la pesanteur,
laquelle est fonction de la masse et de la taille des planètes.
Par ailleurs, l’inertie est proportionnelle à la masse. L’inertie est une sorte de
« résistance » à la mise en mouvement.
Sur Mars, un train pèse environ 3 fois moins que sur Terre, mais il faudra toujours
autant de force pour le tirer car sa masse n'a pas varié !
4
La théorie de la Relativité affinera cette notion en montrant que la masse elle-même est
variable ; en effet, la masse mesurée est liée à l’inertie et croît avec la vitesse relative de
l’objet par rapport à l’observateur. L’énergie cinétique augmente en même temps et on
peut ainsi considérer que toute masse (m) recèle de l’énergie (E) selon la célèbre relation
E=mc2 où c est une constante égale à la vitesse de la lumière.
6. Densité des planètes
Ici, on peut « soupeser 3 planètes » et se rendre compte de la différence de densité
entre Mars et la Terre, puis comparer avec Saturne, une planète gazeuse.
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SALLE 2 : MAQUETTES, CARTES ET PHOTOGRAPHIES
7. Globe de Mars
Un globe de Mars, de 1,30 mètre de diamètre, donne une vue d’ensemble de cette
planète, dont le diamètre est deux fois plus petite que celui de la Terre.
Sur cette maquette, les reliefs sont légèrement exagérés.
8. Maquettes d’Olympus Mons et de la région de Tharsis
Les dimensions de la maquette sont de 75 x 70 centimètres, la zone couverte réelle
est de 730 x 780 kilomètres.La maquette de Olympus Mons est exagérée dix fois
dans le rapport surface/hauteur. Ses dimensions réelles sont de 600 km de diamètre
et de 26 km de haut. La caldeira mesure 80 km de diamètre et a une profondeur de
2600 mètres, elle est en fait constituée de six caldeiras emboîtées.
Les dimensions de la maquette des Mons Tharsis sont de 1,204 x 2,4 mètres.
La grande maquette horizontale représente la région de Tharsis qui est un vaste
plateau de 5500 km de diamètre et haut de 6 à 10 kilomètres. On y trouve les
édifices volcaniques les plus importants de la planète Mars. On peut voir Olympus
Mons ( 21 kilomètres d’altitude), et la naissance de Valles Marineris.
Le dôme de Tharsis est surmonté par trois énormes volcans boucliers séparés de
700 km les uns des autres : Ascraeus Mons (18 kilomètres d’altitude), Pavonis
Mons (14 kilomètres d’altitude) et Arsia Mons (17 kilomètres d’altitude).
L'activité volcanique du dôme de Tharsis pourrait avoir commencé il y a 3 milliards
d'années pour s'achever finalement vers 800 millions d'années, ce qui est très récent
d'un point de vue géologique.
9. Cartes de Mars
Carte topographique de la surface de Mars :
Cette carte a été réalisée en 1999 à partir de l’altimètre laser MOLA* de la sonde
Mars Global Surveyor. L’échelle colorée indique la hauteur des reliefs en kilomètres.
*L’explication du fonctionnement de l'altimètre est donnée dans la salle N°3
Carte représentant la couverture de la surface :
Cette carte est élaborée à partir de l’imageur hyperspectral OMEGA* embarqué à
bord de la sonde Mars Express. Les parties colorées représentent les zones
couvertes par OMEGA pendant les 6 premiers mois de la mission.
*L’explication du fonctionnement de l’imageur est donnée dans la salle N°3
Carte géologique :
Mars Global Surveyor.
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10. Les satellites de Mars
Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Deimos, qui défilent dans
des sens opposés.
Phobos mesure 13,3 km x 11,1 km x 9,3 km et se lève à l’Ouest deux fois par jour.
Deimos mesure 7,6 km x 6,2 km x 5,4 km et se lève à l’Est tous les cinq jours et demi.
Vus de Mars, ils ont des tailles respectivement 4 fois et 17 fois plus petites que la
lune vue de la Terre. Phobos est environ 40 fois plus proche de Mars que la Lune ne
l’est de la Terre, Deimos environ 16 fois.
11. Premières cartes topographiques de Mars
Ces cartes sont les premières cartes de Mars réalisées à partir des données des
sondes spatiales. Elles ont été obtenues à partir d’images de la sonde « Mariner »
pour préparer l’atterrissage des sondes « Viking ».
On présente ici deux cartes :
La première représente la couverture photographique de Mars par la sonde « Mariner »,
chaque rectangle numéroté correspond à une photographie (quelques photographies sont
présentées).
La seconde carte correspond à l’aboutissement du travail d’interprétation des
photographies, présentant les reliefs et les courbes de niveaux.
Le lancement de Viking, en 1975, est l’une des missions les plus complexes et les plus coûteuses de
la NASA. Couronnée de succès, elle a fourni une large part des données utiles aux planétologues.
12. Carte topographique par MOLA
Cette carte a été réalisée en 1999 à partir de l’altimètre laser MOLA de la sonde
Mars Global Surveyor. L’échelle colorée indique la hauteur des reliefs en kilomètres.
Cette carte est la même que celle représentée sous la forme d’une projection polaire au point N°9.
13. Photos panoramiques
Série de 6 panoramas de la surface de Mars, photographiés par les robots « Spirit »
et « Opportunity », arrivés sur Mars début janvier 2004.
14. Série de 16 photos
Ces photos sont prises par la sonde « Mars Express », qui est en ce moment en
orbite autour de Mars. La localisation du lieu photographié est représentée par un
point jaune sur le cartel correspondant.
15. Photographie en 3 dimensions
Avec les lunettes suspendues, on peut voir en trois dimensions, une vue
spectaculaire de Mars.
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Salle 3 : Connaître Mars
pour comprendre la Terre
16. Les pôles de Mars
Sur ce panneau en « accordéon », on peut voir deux photographies du pôle nord de
Mars. En se plaçant d’un côté, on voit le pôle en hiver. En se plaçant de l’autre côté,
on a la même vue en été.
Les calottes polaires saisonnières (nord et sud), sont constituées de dioxyde de
carbone (CO2) solide. Dans l’hémisphère nord, la couche saisonnière de CO2 se
retire progressivement au cours du printemps pour disparaître totalement au début
de l’été en laissant à découvert une calotte de glace d’eau permanente.
17. Les missions martiennes
Ce panneau fait l’inventaire de toutes les missions à destination de Mars, les
réussites et les échecs. (voir fin du dossier : tableau sondes martiennes).
18. Une journée sur Mars
Dans un petit local pouvant recevoir une dizaine de personnes à la fois, trois
activités sont proposées.
Une projection de film, d’une durée de trois minutes environ, reproduit une journée
sur Mars en précisant les principales caractéristiques climatiques.
Un système audio permet à chacun d’écouter sa voix telle qu’on l’entendrait à la
surface de Mars.
Un sol tactile simule la surface de la planète et permet de « sentir » les cratères.
19. Maquette du robot « Spirit »
Cette maquette est une reproduction à l’échelle du robot Spirit.
Lancé le 10 juin 2003 (date en Europe)
Lieu : Kennedy Space Center (Floride – USA)
Atterrissage sur Mars le 4 janvier 2004
Lieu : Crater Gusev : 14°57 Sud – 175° 47 Est
Contrôle et pilotage : NASA ; J.P.L. : Jet Propulsion Laboratory.
Le robot « Opportunity » est identique à Spirit.
Poids : 185 kg
Hauteur du mât : 1,40 m
Diamètre des roues : 25 cm
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1 ) Caméra
panoramique
Console de
contrôle
9 ) Caméras de
Navigation
Antenne basse
fréquence
Antenne
UHF
Cible de
calibrage
Antenne
haute
fréquence
Mât de support de
caméras
10 ) Cible
magnétique
Panneaux
solaires
8 ) Caméras
hasardeuses
Bras
articulé
2, 3, 4, 5, 6 )
Spectromètres
Foreuse
Contrôles
électroniques
Essieux
articulés
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Instruments positionnés sur Spirit:
1 Pancam – Caméra panoramique sur 360 degrés
Deux Pancams (Appareils-photo Panoramiques) : ces caméras en couleur, constituées d’une paire
d'appareils photos en stéréo, sont montées sur le mât du rover et livrent des panoramas
tridimensionnels de la surface de Mars. La Pancam est également une partie du système de
navigation du rover.
2 Mini-Tes - Spectromètre
Ce spectromètre Mini-Thermique d'émission, ou le Mini-TES, est un instrument qui voit le
rayonnement infrarouge émis par des objets. Il permet de déterminer la composition minérale de la
surface de Mars.
3 APXS - Spectromètre
Ce spectromètre détermine la chimie élémentaire des roches et des sols.
4 Mössbauer - Spectromètre
Ce spectromètre est conçu pour déterminer avec exactitude la composition et l'abondance du
minerai de fer. Il est également capable d'examiner les propriétés magnétiques des matériaux.
5 RAT – Foreuse
Elle remplace le « marteau du géologue », pour avoir accès à la roche « fraîche ». Le RAT expose un
secteur de 5 centimètres de diamètre, et creuse à une profondeur d'environ 5 millimètres.
6 MI – Caméra macro
Le « Microcopic Imager » est une combinaison d'un microscope et d'un appareil photo. Il permet la
caractérisation des roches sédimentaires qui sont formées dans l'eau. Il rapporte également des
informations sur les formations de petite taille dans les roches produites par activité volcanique ou
d'impact ou bien encore des veines minuscules des minerais comme les carbonates qui peuvent
contenir des micro fossiles comme dans la célèbre météorite martienne : ALH84001.
7 Mardial – « Cible de calibrage »
Les rovers portent le premier cadran solaire interplanétaire. Il sert également à calibrer la Pancam.
Certaines des images des appareils photos panoramiques seront remontées dans un "film" qui
montrera le passage du temps sur Mars.
8 Hazcam – Caméras de navigation « hasardeuses »
Quatre Hazcams sont montés sur la partie inférieure à l'avant et arrière du rover. Ces appareils
photos noir et blanc permettent aux rovers d’éviter de se perdre ou de s’abîmer sur des obstacles
inattendus. Le rover « voit » ainsi jusqu’à trois mètres devant lui et sur plus de quatre mètres de
large.
9 Navcam – Caméras de navigation
Deux Navcams sont montées sur le mât. Ces appareils photos noir et blanc recueillent des images
panoramiques et tridimensionnelles. Ils permettent, en outre, la planification de la navigation par les
scientifiques et travaillent « en coopération » avec les Hazcams pour fournir une vue
complémentaire du terrain.
10 Magnet Array (Aimants)
Spirit a trois ensembles de cibles magnétiques qui rassemblent les poussières de l'air pour l'analyser.
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20. Paysage martien actuel
Un paysage de Mars est reconstitué. On se trouve ici au cœur de Valles Marineris.
L’échelle verticale est exagérée pour donner une impression de relief qui, sinon,
serait « écrasé » compte-tenu de l’étendue de la zone couverte.
21. Paysage martien reconstitué
Le même paysage que celui du module N° 20, imaginé dans le passé, c’est à dire
quand l’eau coulait sur Mars. L’atmosphère était alors plus dense.
Les informations données à partir de ce point sont dans l’exposition mais ne
sont pas forcément présentées sous la même forme.
22. La structure interne de Mars
Sur ce panneau, on présente les connaissances actuelles sur l’intérieur de la planète
Mars.
L’intérieur d’une planète n’est pas un endroit accessible. Pour le connaître, on doit
utiliser des méthodes indirectes. Sur Terre, la méthode la plus performante, est la
sismologie*. Sur Mars, on ne dispose que des données des sondes spatiales.
*Sismologie : Un réseau de petites stations sismiques permet d’enregistrer les ondes sismiques
principalement émises lors des tremblements de terre. Ces ondes se comportent différemment selon
les matériaux qu’elles traversent. En notant ces différences de comportement, il est possible de
modéliser l’intérieur d’une planète.
Sur Mars, il n’existe pas d’ un tel réseau d’écoute sismique.
Sur ce panneau, on peut voir trois cartes de mars :
La carte topographique de la surface de Mars réalisée à partir de l’altimètre
laser* de la sonde Mars Global Surveyor est la même que celle de la salle N°2
*La sonde tire en permanence un faisceau laser vers la surface martienne et enregistre le
temps mis par le rayon pour faire un aller-retour.
Lorsque le faisceau laser frappe un relief important, il revient plus rapidement vers le
satellite que si l’instrument se trouve à l’aplomb d’une dépression.
Puisque Mars est dépourvue d’océan, le niveau zéro est déterminé à partir des mesures du
champ de pesanteur.
Comme sur Terre la surface océanique correspond à une valeur constante du potentiel de
pesanteur, on prend sur Mars une valeur de référence qui est la moyenne des valeurs
équatoriales à la surface de la planète. Ce document met en évidence la dissymétrie qui
existe entre les hauts plateaux de l’hémisphère sud et les basses plaines de l’hémisphère
nord . Le bassin d’Hellas (bleu foncé en bas à droite) constitue la région la plus basse de la
planète. La boursouflure du dôme de Tharsis (rouge à blanc) qui porte les édifices
volcaniques géants correspond à la région la plus élevée.
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La carte gravimétrique, c’est à dire des variations locales de pesanteur, a été
obtenue par la sonde Mars Global Surveyor. L’échelle colorée indique les
variations de la force de gravité en milli-Gal.
La trajectoire de la sonde n’est pas uniforme et dépend fortement du relief qui défile en
dessous. Lorsque Mars Global Surveyor passe au-dessus d’une concentration de masse
importante (dôme de Tharsis par exemple), elle est légèrement attirée vers le sol et sa vitesse
augmente. A l’inverse, lorsque la sonde passe au-dessus d’une région caractérisée par un
déficit de masse, l’attraction est moins forte et la sonde s’écarte un peu de la planète en
ralentissant légèrement. Ces infimes variations de vitesse se traduisent par des variations du
temps mis par le signal radio pour parcourir la distance entre Mars et la Terre. Ainsi, lorsque
la sonde accélère et se rapproche de la surface martienne, le signal radio arrive sur Terre
avec un temps de retard et inversement.
Le comportement de la sonde autour de Mars permet ainsi d’effectuer des mesures de
variations locales du champ de pesanteur.
En combinant la carte topographique et la carte gravimétrique, on peut en
déduire l’épaisseur de la croûte martienne
Carte des anomalies magnétiques obtenue par la sonde Mars Global
Surveyor. L’échelle colorée indique l’intensité du champ magnétique en
nano-tesla.
La sonde Mars Global Surveyor a subi une avarie de panneaux solaires qui a entraîné une
année de retard sur son programme. La période d’aérofreinage a été allongée et l’orbite de
la sonde s’est rapproché à 120 km en moyenne de la surface martienne. Cette faible
distance a rendu les mesures du magnétomètre bien plus précises que prévu !
On suspecte Mars d’avoir connu dans sa jeunesse un champ magnétique similaire à
celui de la Terre. Le champ magnétique terrestre est dû à un effet dynamo, sous
l’effet de la rotation d’un noyau liquide métallique. Ce champ est global. Il n’existe
plus aujourd’hui car la dynamo martienne s’est éteinte suite à une possible
solidification partielle du noyau.
Pourtant, Mars présente encore un champ magnétique.
Certaines de ses régions, principalement dans l’hémisphère sud, sont encore
magnétisées et conservent un champ magnétique fossile, vestige d’un ancien
champ magnétique global probable.
Toutes les anomalies magnétiques sont localisées dans l’hémisphère sud qui
correspond à la zone la plus cratérisée et donc la plus ancienne de Mars. Les deux
énormes cratères d’impact de Isidis et de Hellas, datés à environ 3,8 milliards
d’années, ne présentent pas d’anomalies magnétiques. Le champ magnétique
global de Mars aurait disparu avant que ces deux gros cratères se forment.
Comme la Terre, Mars est une planète différenciée constituée de trois couches
concentriques : une croûte, un manteau et un noyau.
La croûte : Son épaisseur moyenne est de 50 km. Elle atteint une épaisseur
de 80 km sous le bombement de Tharsis, alors que sous les basses plaines du
nord son épaisseur n’est que de 40 km en moyenne.
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Sur Terre la croûte a une épaisseur de 30 à 70 km sous les continents et de 5
à 8 km sous les océans.
Le manteau: Epais de 1500 à 1650 km sur Mars, de 2800 km sur Terre, le
manteau de Mars serait composé de minéraux identiques au manteau
supérieur terrestre ; olivine, pyroxènes, grenat.
En fonction de la température et de la pression qui règnent en profondeur,
les minéraux se transforment et délimitent ainsi des frontières au sein du
manteau. Dans la Terre, il y a ainsi un manteau inférieur et un manteau
supérieur. Sur Mars, du fait de la gravité 3 fois plus faible, il n’y aurait pas de
manteau inférieur.
Le noyau : Le noyau est composé des éléments les plus lourds c’est à dire
essentiellement de fer et de sulfure de fer. Il mesure entre 1400 et 2000 km
de rayon sur Mars, de 3500 km sur Terre, soit l’équivalent en proportions
relatives des planètes (1/3).
On ne connaît pas l’état solide ou liquide du noyau de Mars. Seules des
données sismologiques permettraient de répondre à cette question.
On appelle Lithosphère la partie externe rigide de la planète. Sur Terre, la
lithosphère comprend la croûte et la partie la plus externe du manteau. Sur Mars, il
en est de même mais la lithosphère de Mars est plus épaisse que celle de la Terre.
Elle fait de 150 à 250 km dans l’hémisphère Nord et de 100 à 400 km dans
l’hémisphère Sud. Il faut noter que de nombreuses études sont en cours à ce sujet.
Pour évacuer la chaleur interne d’une planète, il y a plusieurs modèles :
Un océan de magma en surface. La chaleur est évacuée très facilement. Ce
mode de transfert a dû être important pendant quelques millions d’années
après l’accrétion de la planète.
La tectonique des plaques, à l’origine des tremblements de terre : Associé à des
mouvements de convection dans le manteau terrestre, le déplacement des
plaques en surface permet d’évacuer efficacement la chaleur interne et de
refroidir une planète comme la Terre de 50 à 100 degrés par milliard d’années ;
ce qui est peu. Dans ce schéma, du magma se forme sous les dorsales médioocéaniques entre 10 et 80 km de profondeur.
Sur Mars, on pense que le manteau est animé de mouvements de convection
mais qu’ils ne sont pas assez vigoureux pour casser la lithosphère (voir
définition au-dessus). La chaleur a du mal à s’évacuer. Bien que plus petite que
la Terre, la température à l’intérieur de Mars pourrait être presque aussi grande
que celle du manteau terrestre. Là encore, seules des données sismologiques
nous permettraient de répondre à la question de la température du manteau de
Mars et à celle de la convection du manteau de Mars.
Pour des planètes plus petites que Mars ou des satellites comme la Lune, la chaleur
est transférée par conduction et le manteau n’est plus animé de mouvements.
13
23. Les périodes géologiques
L’âge des terrains sur Mars
Le flux d’impact météoritique* décroissant avec le temps permet aux géologues de
caractériser et de dater les différentes couches géologiques.
*Le bombardement météorique, plus intense au début de la cratérisation, a ensuite décru à partir de
3.8 milliards d’années. Les gros impacts ont progressivement fait place à de petits impacts. Le flux
de bombardement a diminué et est resté presque constant jusqu‘à nos jours.
Les surfaces plus ou moins cratérisées* permettent d’établir une chronologie
relative des formations géologiques de Mars. Il est possible d’établir une courbe de
cratérisation prenant en compte le nombre de cratères par unité de surface
rapporté au diamètre de ces cratères (la courbe de cratérisation exclut les cratères
d’impact secondaires issus des retombées d’éjecta). Il existe donc une relation entre
le taux de cratérisation et l’âge relatif d’une surface.
*Théoriquement, plus la surface est cratérisée, plus elle est ancienne. Pour estimer l’âge absolu
d’une unité géologique sur Mars, il a suffi de comparer la courbe obtenue sur Mars avec celle de la
Lune, dont les âges absolus de certaines unités géologiques ont été déterminés par radioactivité
après le retour d’échantillons lunaires.
Cette chronologie absolue fondée sur la courbe étalon de la Lune reste fragile car elle suppose, dès
le départ, une même intensité de bombardement météoritique sur la Lune et sur Mars.
Selon les modèles développés, (prenant en compte par exemple la vitesse d’impact des
météores ou la présence d’une ceinture d’astéroïdes à proximité de Mars ou la position de la planète
dans le système solaire) le taux de cratérisation pour une surface donnée et l’âge
estimé peuvent varier du simple au double. On a cependant établi une échelle
stratigraphique de Mars qui repose sur une chronologie relative. Elle est divisée en
trois périodes principales :
L’ère noachienne : essentiellement le plateau cratérisé de l’hémisphère sud,
L’ère hespérienne : plaines cratérisées de l’hémisphère nord et certaines unités
volcaniques proches du Tharsis,
L’ère amazonienne : plaines volcaniques du Tharsis, calottes polaires, régions
circumpolaires.
L’horloge de l’histoire de la Terre
La Terre est vieille de 4,55 milliards d’années. Si on rapporte ces 4,55 milliards
d’années aux 365 jours d’une seule année, on peut établir le calendrier suivant :
- Les plus vieilles roches apparaissent début mars.
- Les premières traces de vie datent de fin mars.
- Les premiers poissons apparaissent le 21 novembre et les premières plantes sur les
continents le 25 novembre.
- La Pangée commence à se disloquer le 11 décembre.
- Le 25 décembre, les dinosaures disparaissent et les mammifères, de plus en plus
nombreux, conquièrent les terres, les airs et les mers de notre planète.
- Lucy, notre cousine Australopithèque, commence à explorer la savane le 31
décembre à 18 heures, heure à laquelle nous entrons dans la période glaciaire du
Quaternaire.
14
- L’Homo sapiens (notre ancêtre direct) date du 31 décembre à 23h56.
- L’ère chrétienne a commencé il y a 14 secondes, le Moyen Age s’est passé il y a 7
secondes, la Révolution française date de 1,4 seconde et le 20ème siècle a commencé
il y a 0,7 seconde.
24. A la recherche de traces de vie
Peu après la formation du système solaire, la Terre et Mars étaient semblables ; il
est fort probable que la vie y soit apparue simultanément une fois les conditions
adéquates réunies. Aujourd'hui, Mars n'est plus qu'un désert ; desséchée, oxydée,
gelée, stérilisée par un fort rayonnement ultraviolet, la planète semble impropre à
la vie. Pourtant, si la vie a existé un jour sur Mars, elle a dû y laisser des indices de
son éphémère passage.
Le mystère ALH84001
En 1996, la NASA annonçait la découverte de traces de vie sur une météorite
martienne trouvée en 1984 en Antarctique.
Une série d’analyses très fines, utilisant les techniques les plus poussées du
moment, semblaient appuyer cette hypothèse. Cependant, aucun indice ne fournit
de preuve suffisante.
Les globules de carbonates : bien qu’ils puissent être le témoin de réactions biologiques, ils
pourraient aussi être produits par des réactions chimiques abiotiques, sauf si on arrive à prouver
qu’ils se sont formés à basse température.
Les prétendus nanofossiles ressemblant à des bactéries : ils pourraient aussi bien résulter d’une
contamination par des bactéries terrestres après la chute de la météorite.
Les nanocristaux de magnétite : bien que la majorité d’entre eux ressemblent à ceux des laves
terrestres, 25% de ces cristaux présentent des caractéristiques que l’on ne rencontre que chez les
bactéries terrestres sensibles au champ magnétique.
Les molécules organiques identiques à celles qui se forment lors de la mort des cellules : issues de la
décomposition des cadavres, de telles molécules pourraient aussi provenir d’une contamination
d’origine terrestre.
La météorite ALH84001 a été étudiée dans ses moindres recoins et aucune roche terrestre n’a jamais
fait l’objet d’autant d’attention. Pourtant, malgré les innombrables études effectuées et la mise en
œuvre d’instruments sophistiqués de micro-analyse, aucune preuve réellement concluante n’a été
apportée au dossier de la vie martienne.
La quête des Vikings
En 1976, deux sondes se sont posées sur Mars avec pour mission la recherche de
formes de vie. A bord des deux sondes Viking I et Viking II, trois expériences furent
menées afin de détecter des traces de vie éventuelle.
« Pyrolitic release » (expérience d’extraction par pyrolyse) : destinée à tester si le sol martien assimile
le gaz carbonique pour en faire d’hypothétiques molécules organiques. Sur deux essais, le second
fut négatif.
« Gas exchange experiment » (expérience d’échange gazeux) : destinée à détecter les différents gaz
issus d’un métabolisme vivant.
« Labeled release » (expérience de relarguage d’atomes marqués) : destinée à tester l’assimilation
de molécules organiques par le sol martien.
Ces expériences ont livré des résultats trop contradictoires pour pouvoir conclure à
l’existence d’une vie martienne.
15
Beagle 2
27 ans après les sondes Viking, la sonde Beagle 2 (ainsi nommée en hommage au
navire emprunté par Darwin lors de son voyage aux Galápagos) devait être la
première à découvrir des traces de vie sur Mars. Pour annoncer son arrivée sur Mars
le jour de Noël 2003, l’atterrisseur devait émettre une petite mélodie tirée du
morceau « Beagle 2 » spécialement écrit par le groupe pop Blur.
A son bord étaient embarqués de nombreux instruments scientifiques tels que deux
caméras, deux spectromètres, un système d’analyse des gaz, des capteurs
environnementaux, des outils géologiques comme un dispositif de forage et un
robot fouisseur.
A droite, on remarque les quatre panneaux solaires déployés, au centre ce qui
ressemble à une antenne de communication et en haut à gauche la plate-forme
scientifique avec le bras robotique et le logement du robot fouisseur à son
extrémité.
Après un mois sans pouvoir établir de communication avec lui, l’atterrisseur Beagle 2 a été déclaré
perdu le 11 février 2004.
Qu’est-il advenu de Beagle 2 ? S’est-elle écrasée ? A t’elle atterri au fond d’un cratère, rendant toute
communication impossible ? Son antenne est-elle mal orientée ?
Objectifs scientifiques des missions futures
La recherche de l’eau en est l’élément directeur, de par ses implications pour
l’histoire géologique et climatique, son importance en tant que ressource pour les
futures missions habitées, et bien entendu son rôle dans l’émergence d’une
éventuelle vie.
Malgré tous les moyens robotiques développés, les données collectées ne
remplaceront jamais les ressources d’un laboratoire et de la présence humaine.
Certaines opérations sont de plus impossibles à automatiser comme la récolte
d’échantillons significatifs et l’analyse au microscope pour laquelle seul un œil
humain exercé est efficace.
La prochaine étape correspond à la mission « Mars Sample Return » (MSR, retour
d’échantillons martiens) dont l’objectif est de prélever via des sondes automatiques
des échantillons martiens pour les ramener sur Terre. Cette mission est
actuellement suspendue, faute de crédit..
Si la question de l'existence de formes de vie sur les autres planètes du système solaire fascine
l'homme depuis la nuit des temps, c'est à des robots que nous avons confié cette recherche. La
preuve définitive de l’existence d’une vie martienne ne pourra pas être établie avant que des roches
ne soient ramenées de Mars et examinées au laboratoire. Rappelons qu'après 6 années d'études, les
plus puissants instruments scientifiques de la planète n'ont pas permis aux scientifiques de classer
l'affaire ALH84001 …
L’hypothèse de la vie martienne
La vie est apparue sur Terre il y a au moins 3,8 milliards d’années car les plus vieux
sédiments connus datent de cette époque et témoignent déjà d’une activité
biologique. Malheureusement la tectonique des plaques a effacé les traces de ce
qui s’est passé avant.
Suivant quels processus la vie a-t-elle pu naître si rapidement ? On s’accorde sur la
nécessité d’eau liquide, le rôle probable des molécules organiques apportées par les
16
météorites et les comètes, la fonction du volcanisme. Ces conditions étaient
également présentes sur Mars et si la vie est le fruit de processus reproductibles,
elle a sans doute émergé sur Mars en même temps que sur Terre. Mars offre ainsi
aux chercheurs un terrain d’études rêvé pour la période antérieure à 3,8 milliards
d’années au cours de laquelle la chimie pré biotique s’est développée.
Exobiologie
Les exobiologistes se fixent comme objectif d’identifier les principales causes
d’apparition de la vie. La présence d’éléments de base des molécules du vivant
(carbone, hydrogène, oxygène, azote et soufre) sur Mars constitue un indice
favorable. En améliorant la connaissance des processus pré biotiques, l’Homme
espère détecter un jour d’éventuelles traces de vie dans le sous-sol martien ou des
fossiles organiques dans des sites protégés.
La vie sur Terre d’origine martienne ?
De par sa petite taille, Mars s’est refroidie plus rapidement que la Terre. En outre,
elle n’a pas souffert de la formidable collision qui forma la Lune et
vraisemblablement élimina la jeune atmosphère terrestre il y a 4,5 milliards
d’années. La vie a donc pu naître d’abord sur Mars.
Par ailleurs, à cette époque de bombardements intenses, des impacts d’astéroïdes
éjectaient fréquemment des morceaux de sol martien dont beaucoup tombèrent
sur Terre. Or, de nombreux spores auraient pu survivre à l’intérieur de ces
fragments, confortant l’hypothèse de la panspermie : la vie martienne aurait
traversé l’espace interplanétaire pour « ensemencer » notre planète, il y a 4
milliards d’années …
Chimie pré-biotique
Deux facteurs sont nécessaires à l’émergence de la vie : la présence d’eau liquide et
une chimie du carbone.
L’expérience de Miller fut une des clefs de compréhension de la chimie pré
biotique.
Afin de vérifier la thèse de l’évolution chimique, Stanley Miller, dans les années 50,
simula en laboratoire les conditions de la Terre primitive telles qu’on les concevait à
l’époque.
Un ballon (A) situé en bas du montage est rempli d’eau et porté à 80°C. Il est relié
par deux tubulures, l’une chauffée et l’autre refroidie, à un ballon supérieur équipé
d’électrodes produisant une décharge électrique (B). Miller y introduit un mélange
de méthane, d’hydrogène, d’ammoniac qui s'ajoute à la vapeur d'eau remontant du
ballon inférieur (C). Après plusieurs jours, Miller analyse la solution aqueuse (D)
simulant les océans primitifs. Il y trouve de nombreux composés organiques comme
le formaldéhyde (HCHO) et l'acide cyanhydrique (HCN) ainsi que des acides aminés.
Cette « soupe pré biotique » livra de nombreux composés organiques qui forment
les « briques élémentaires de la vie ».
17
Comment retrouver des traces d’une vie disparue depuis des milliards
d’années ?
Les fossiles : Les cellules vivantes se décomposent rapidement après leur
mort et toute trace disparaît. Néanmoins, on peut reconstituer l’aspect de
paléo-bactéries terrestres grâce à la fossilisation, phénomène qui peut
parfaitement se produire sur Mars.
Les matières organiques : Le sol de Mars est très corrosif comme l’ont
montré les sondes Viking. Des composés oxydants ont probablement détruit
les restes de molécules organiques dans les premiers mètres sous la surface,
à moins que le sol gelé ait préservé des composés particulièrement résistants.
Les anomalies chimiques : La vie martienne passée pourrait se signaler par
la concentration de certains composés dont l’abondance ne s’explique que
par des processus du vivant.
Les « gisements » de vie
Ils doivent être à l’abri de l’intense irradiation ultraviolette du Soleil et protégés de
l’oxydation. C’est pourquoi les traces de vie primitive sont recherchées dans des
sites particuliers :
Dans le pergélisol à proximité des embouchures de vallées, de possibles
sources et traces de ruissellement sont concentrées sur la paroi intérieure
d’un cratère d’impact. De l’eau liquide aurait coulé ainsi il y a seulement
quelques millions d’années.
En recherchant une activité hydrothermale dans le fond des Chasmata de
Valles Marineris.
Dans les bassins sédimentaires où l’eau a pu s’accumuler ou dans les
sédiments d’anciens lacs asséchés. Ces anciens lacs ont pu continuer à
fournir un habitat stable à la vie martienne bien après que la température
moyenne soit descendue en-dessous de 0°C, en raison d’une épaisse
couverture de glace permanente.
Dans les dépôts stratifiés de Valles Marineris ou du cratère de Holden,
Strates dans le cratère de Holden.
Découvrir les preuves d’une vie martienne passée serait l’un des plus grands
événements scientifiques et philosophiques de notre histoire. Inversement, en
démontrer l’absence ne serait pas dénué d’intérêt : pourquoi sur deux planètes aux
conditions analogues, la vie aurait-elle émergé sur l’une et non sur l’autre ?
18
25. Les roches de Mars
Qu’est-ce qu’une météorite ?
Ce sont des objets naturels venant de l’espace, que l’on retrouve à la surface des
planètes. Lorsqu’elles arrivent sur Terre, ces roches sont portées à incandescence en
pénétrant dans l’atmosphère et nous apparaissent sous forme d’étoiles filantes. Les
débris que l’on retrouve sur le sol se présentent le plus souvent sous la forme
d’objets pierreux ou métalliques de petite dimension.
Les météorites sont extraites par des collisions entre objets célestes (planètes,
satellites naturels, astéroïdes, comètes).
Depuis leur extraction, les météorites éjectées voyagent à travers l’espace et sont
irradiées par le rayonnement cosmique galactique et solaire.
Lorsque leur trajectoire recoupe l’orbite d’une planète, elles rentrent en collision
avec celle-ci et forment pour les plus grosses des cratères d’impact.
En Arizona par exemple, le très célèbre « Barringer Meteor Crater ». Son diamètre
est de 1,2 km.
Les météorites SNC
En fonction des critères usuels de la géologie, les météorites sont classées en
diverses catégories et une petite vingtaine d’entre elles constitue une classe
minéralogiquement, chimiquement et isotopiquement à part : les SNC
(Shergottites, Naklite et Chassignite).
Ces SNC correspondent à des roches magmatiques, c’est à dire à des roches
provenant du refroidissement de magmas.
A la fin des années 1970, ces SNC ont été datées et des âges extrêmement jeunes
(inférieurs à 1,3 milliards d’années) ont été trouvés. Ces corps viendraient donc
d’un corps encore actif à cette époque.
D’où viennent ces météorites SNC ?
La Terre ? Les géologues auraient reconnu ces roches si elles avaient eu une origine
terrestre.
La Lune ou Mercure ? L’activité volcanique y est éteinte depuis 3,3 milliards
d’années.
Des astéroïdes ? L’activité volcanique y est éteinte depuis 4,4 milliards d’années.
Vénus ? La forte gravité superficielle interdit quasiment l’éjection de fragments sur une
orbite recoupant la Terre.
Io ? La gravité de Jupiter empêche l’éjection de tout corps.
Mars? C'est la dernière hypothèse possible et de plus, des micro-inclusions gazeuses dans
la météorite EETA 79001 ont été effectuées. Ces gaz sont identiques à ceux de l’atmosphère
martienne analysés in situ en 1976 par les sondes Viking.
Ages des météorites SNC
L’âge absolu des météorites SNC correspond à l’âge de formation de la roche
composant la météorite.
19
L’âge d’éjection de Mars : En connaissant la durée d’exposition aux rayonnements
cosmiques, on en déduit l’âge d’éjection de la planète, c’est le début de l’exposition
aux rayonnements cosmiques moins la durée passée sur Terre.
L’âge d’exposition : Entre le moment où elle est éjectée de la surface de Mars et le
moment où elle échoue sur Terre, une météorite martienne erre un certain temps
dans l’espace interplanétaire.
L’âge terrestre : Le moyen le plus efficace pour connaître la durée du séjour d’une
météorite sur Terre est d’avoir observé sa chute ! Si ce n’est pas le cas, les
scientifiques ont mis au point plusieurs techniques permettant de connaître le
temps passé par une météorite à la surface de la Terre comme la datation au
carbone 14 ou la comparaison avec la stratification des couches de glace de
l’Antarctique.
Les roches martiennes connues par les météorites SNC
Les roches constituant les météorites possèdent des équivalents terrestres bien
connus des géologues.
Les Naklites, les Chassignites et les Orthopyroxénites correspondent à des roches
magmatiques généralement situées à faible profondeur et provenant du
refroidissement lent d’un magma.
Les Shergottites basaltiques ont la même texture et quasiment la même
composition que les basaltes terrestres. Elles ont probablement été formées lors des
éruptions volcaniques des volcans du Tharsis.
Les Shergottites lherzolitiques ressemblent fortement aux roches composant le
manteau terrestre. Par analogie, elles pourraient correspondre aux roches du
manteau martien.
Ages absolus des météorites SNC
Naklites
1,3 milliards d’années
Chassignites
Orthopyroxénites
Shergottites basaltiques
Plusieurs centaines de milliers d’années
Shergottites lherzolitiques
Plusieurs centaines de milliers d’années
20
Analyse pétrologique de la surface de Mars
Mars, exploration d’une planète - 15 avril 2005 – 29 janvier 2006
21
26. La sublimation de la glace
Pourquoi il n’y a pas d’eau liquide sur Mars ?
Aujourd’hui, il ne peut pas y avoir d’eau liquide sur Mars parce que la pression
atmosphérique est trop faible.
Sur Terre, la pression atmosphérique est d’environ 1 atmosphère. La glace (solide)
se transforme en eau liquide lorsque la température augmente. Si la température
continue d’augmenter, l’eau liquide se transforme en vapeur d’eau (gaz).
Sur Mars, la pression atmosphérique est de 0,006 atmosphère. Lorsque la
température augmente, la glace (solide) se transforme en vapeur d’eau sans passer
par l’état liquide. C’est la sublimation.
L’expérience est montrée sur le film et le matériel utilisé est présenté à côté.
Pour réaliser cette expérience, il faut recréer l’atmosphère martienne et cela ne peut
se faire que dans un laboratoire équipé.
La Température est la même dans les deux ballons. Sur Terre, la glace fond, tandis
que sur Mars, il semble ne rien se passer parce que la sublimation est une
transformation plus lente que la liquéfaction.
22
Salle 4 : Historique de la connaissance de
Mars
Texte de Colette Le Lay, historienne des sciences au Centre Viète de Nantes
En dépit du rôle crucial de Mars dans la découverte par Kepler des lois qui portent
son nom, les premiers diffuseurs de l’astronomie à destination des « gens du
monde » n’accordent que peu d’importance à la planète rouge.
Ainsi, dans les « Entretiens sur la pluralité des mondes » (1686), Fontenelle écrit :
« Mars n’a rien de curieux que je sache, ses jours sont de plus d’une demi-heure plus longs
que les nôtres, et ses années valent deux de nos années, à un mois et demi près. Il est cinq fois
plus petit que la Terre, il voit le Soleil un peu moins grand et un peu moins vif que nous ne le
voyons ; enfin Mars ne vaut pas trop la peine qu’on s’y arrête. »
Dans son conte Micromégas (1752), Voltaire se montre tout aussi méprisant. Ses
deux héros, habitants de Sirius et Saturne
« trouvèrent cela si petit qu’ils craignirent de n’y pas trouver de quoi coucher, et ils passèrent
leur chemin, comme deux voyageurs qui dédaignent un mauvais cabaret de village et
poussent jusqu’à la ville voisine. »
Pourtant, il est surprenant d’y lire :
« ils virent deux lunes qui servent à cette planète, et qui ont échappé aux regards de nos
astronomes. »
Voltaire se fait là l’écho d’une thèse fréquemment développée à son époque, celle
de la nécessité d’un nombre de satellites fonction de la distance de la planète au
Soleil. A-t-il puisé son inspiration dans « Les voyages de Gulliver » de Jonathan
Swift (1726) qui mentionnent eux aussi les deux lunes ?
Nous savons aujourd’hui qu’il fallut attendre 1877 pour qu’Asaph Hall confirme la
« prédiction » de Voltaire et de Swift, et découvre les deux satellites Phobos et
Deïmos.
Un siècle après Fontenelle, l’astronome Jérôme Lalande dresse un catalogue des
principales curiosités du ciel :
Les montagnes de la Lune, les satellites de Jupiter et ses bandes, les phases de Vénus, les
taches du Soleil, l’anneau de Saturne, la nébuleuse d’Orion, les noyaux des comètes. C’est là
ce que l’on fait voir aux Dames lorsqu’elles vont dans un observatoire.
Point de trace de Mars dans cet inventaire.
Lalande a néanmoins signalé :
23
« on distingue également des taches sur le disque de Mars ; elles sont beaucoup moins
apparentes, mais elles ont suffi pour s’assurer qu’il tourne aussi sur son axe, dans l’espace de
24 heures 39 minutes ». C’est à Jean-Dominique Cassini, l’astronome italien appelé par Louis
XIV pour présider aux destinées du tout nouvel observatoire de Paris qu’est due cette
détermination (1666).
Après la Révolution, le grand mécanicien céleste Pierre-Simon Laplace, qui entend
toucher un public plus averti que celui de ses prédécesseurs, revient dans son
« Exposition du système du monde » (1796), sur les stations et rétrogradations de
Mars observées depuis la Terre. Il rappelle également que c’est à partir de la
parallaxe de la planète rouge que l’on a pu opérer les premières déterminations de
la distance Terre - Soleil.
Pendant les trois premiers quarts du XIXe siècle, l’intérêt pour Mars demeure faible.
Lorsque, au soir de sa vie, François Arago compose son « Astronomie populaire »
(1854-57), il n’accorde à la quatrième des planètes du système solaire qu’une
vingtaine de pages au cours desquelles il salue les apports de William Herschel,
passé à la postérité pour sa découverte de la planète Uranus. Le grand observateur
anglais, constructeur des télescopes les plus puissants de son époque, les pointe
vers les pôles et
« étudia les deux taches neigeuses avec un soin infini. […] Les changements observés dans les
grandeurs absolues s’accordèrent à merveille avec l’idée que ces taches sont des amas de
glace et de neige ».
Finalement, Mars est tout au plus perçue comme une petite sœur de notre Terre.
Lorsqu’il compose ses « Merveilles célestes » en 1865, Camille Flammarion insiste
sur la parenté entre les deux globes, pourvus tous deux d’une atmosphère,
présentant une même inclinaison de l’axe sur l’écliptique et offrant aux regards des
calottes glaciaires analogues.
« Ainsi, les caractères fondamentaux des saisons terrestres se retrouvent sur cette planète
voisine. »
Pourtant la coloration rouge de Mars lui semble une indication d’une différence de
nature entre ce monde et le nôtre.
C’est en 1877 que va naître l’incroyable popularité de Mars, à la suite des
observations menées lors d’une opposition particulièrement propice. Giovanni
Schiaparelli, directeur de l’observatoire de Milan emploie le terme « canali » pour
désigner les tracés rectilignes qu’il semble percevoir sur l’astre. En cette période
marquée par les grands travaux des canaux de Suez et de Panama, il n’en faut pas
plus pour que quelques auteurs y voient la trace de la présence d’une civilisation
avancée.
Camille Flammarion n’a nul besoin de cette découverte pour se forger une
conviction. Dans son « Astronomie populaire » (1879), il écrit :
24
« la population martiale est fort différente de la population terrestre. […] Ce monde et son
humanité doivent être plus avancés et sans doute plus parfaits que nous […] dans tout
l’ensemble de la végétation, depuis les arbres géants jusqu’à la mousse microscopique, c’est le
jaune et l’orange qui dominent, soit qu’il y ait un grand nombre de fleurs rouges ou de fruits
de même couleur, soit qu’en réalité les végétaux soient par eux-mêmes, non verts, mais
jaunes ».
Lorsque Flammarion acquiert le domaine de Juvisy où il fonde un observatoire, il
décide de faire de Mars l’un de ses chevaux de bataille. Il embauche rapidement un
jeune astronome de talent Eugène Antoniadi qui s’illustre très vite par ses superbes
dessins de la planète rouge.
Plus rigoureux que son maître sur l’interprétation des apparences, Antoniadi se
montre prudent : s’il y a des « canaux » sur Mars, ce sont vraisemblablement des
formations naturelles.
Percival Lowell, le richissime américain qui fit construire en Arizona, l’observatoire
de Flagstaff, est, lui, convaincu qu’il s’agit d’un réseau d’irrigation partant des
calottes polaires et arrosant l’essentiel de la planète.
Dans sa revue « L’astronomie », Flammarion popularise en France les thèses de
Lowell. Mais le monde savant est de plus en plus circonspect et, en 1909, des
observations menées parallèlement au grand équatorial de Meudon et à
l’observatoire du mont Wilson ravalent au rang de légende les « canaux » de Mars.
Entre temps, la littérature s’est emparée du mythe. Mais ceci est une autre histoire.
25
Sondes martiennes
Année
de
Nom
Arrivée
(italique=échec) Lancement
Pays
poids
Observations
Marsnik 1
1960
échec
URSS
640 kg
Korabl 4 ou Mars 1960A; échec au
lancement, monte à 120km puis retombe.
Marsnik 2
1960
échec
URSS
640 kg
Korabl 5 ou Mars 1960B; échec au
lancement, monte à 120km puis retombe.
Spoutnik 22
1962
échec
URSS
6,5 T ?
Korabl 11;
Mars 1
1962
échec
URSS
893 kg
Passe à 193 000 km de Mars le 19 juin 63
mais le signal est perdu depuis 3 mois
Spoutnik 31 (ou
1962
24)
échec
URSS
890 kg
Korabl 13; Ne quitte pas l'orbite terrestre.
Zond 1
1964
échec
URSS
850 kg
Orbite solaire en 274 jours
Mariner 3
1964
échec
USA
260 kg
échec, orbite solaire. Communications
perdues le 6 novembre 1964.
Mariner 4
1964
1965
USA
260 kg
1ère photos rapprochées de Mars, survol
à 9 846 km, signal perdu à 309,2 Mkm, le
15 septembre 67, retour vers la Terre,
comptage
des
micrométéorites,
signal reperdu le 21 décembre 67.
Zond 2
1964
échec
URSS
960 kg
Passe à 5 000 km de Mars (06/08/65),
orbite solaire en 470 jours. Perte de
communication en mai 1965
Zond 3
1965
échec
URSS
1,2 T
Survol lunaire à 9 920 km le 20 juillet 65;
initialement prévu pour Mars
Mariner 6
1969
1969
USA
412 kg
Survol, 75 images (10 jours avant le
lancement, l'Atlas-Agen a failli exploser)
Mariner 7
1969
1969
USA
412 kg
Survol, 126 images, pression de 6 à 7
mbar; orbite solaire.
Mars 1969A
1969
échec
URSS
Explosion du lanceur après 438 secondes.
Mars 1969B
1969
échec
URSS
échec après le décollage.
Mariner 8
1971
échec
USA
996 kg
échec du lanceur Atlas-Centaur SLV-3C
Cosmos 419
1971
1971
URSS
4,65 T
détecteur de radiations solaire français.Le
vaisseau retombe sur Terre.
2,265 T
Orbite de mars, le module d'atterrissage
s'écrase sur Mars par 44° sud et 313°
ouest
dans Hellespontus Montes
2,265 T
Premier atterrissage extra-planétaire! 45°
sud et 158° ouest dans Sirenum Terra
près des cratères Electris et Paethontis;
une photo panoramique floue et sans
contraste avant perte du signal au bout
de 20 secondes.
Mars 2
Mars 3
1971
1971
1971
1971
URSS
URSS
Mariner 9
1971
1971
USA
974 kg
Orbite martienne à 1 398 km en 12h34
pendant 50 ans!, remplacement de la
mission de Mariner 8, cartographie 7329
images,
activité
éolienne,
Valles
Marineris, volcans martiens, Phobos et
Deimos.
Mars 4
1973
1974
URSS
2,27 T
survol à 2 020 km, 12 images et quelques
données
Mars 5
1973
1974
URSS
2,27 T
Orbite de mars, 110 images dont celles
de la vallée d'Uzboï.
26
Mars 6
1973
1974
URSS
635 kg
Orbite de Mars à 1 500 km, un lander à
24° S et 25° W dans Margarifiter Terra,
données atmosphériques en descente
mais signal perdu à l'atterrissage.
Mars 7
1973
1974
URSS
1,2 T
Orbite de Mars, le lander rate la planète
de 1 300 km!
2,325 T
Orbiter + lander (576 kg), atterrissage
dans Chryse Planitia par 22°N et 47°W,
52000 images + analyse du sol,
désactivation de l'orbiteur le 7 août 80 et
du lander le 13 novembre 82.
Viking 1
1975
1976
USA
Viking 2
1975
1976
USA
2,325 T
Orbiter + lander, atterrissage dans Utopia
Planitia par 48°N et 22°W à 4 000 km de
Viking 1, 52000 images + analyse du sol,
perte de l'orbiteur le 25 juillet 78 et perte
du lander le 12 avril 80.
Fobos 1
1988
échec
URSS
2,6 T
Perte du signal le 2/9/88 après une erreur
humaine.
Fobos 2
1988
semiéchec
URSS
Mars Observer
1992
échec
USA
2,573 T instruments
Mars
Global
1996
Surveyor
1997
USA
767 kg
encore en cours en 2004.
6,18 T
Ne quitte pas l'orbite terrestre et retombe
au large de l'île de Pâques, 1,5 Milliards
de francs, coopération internationale
dont la France.
Mars 96
1996
échec
URSS
En orbite le 29/01/89 puis perte du signal
le 27 mars 1989 avant de survoler
Phobos.
échec à 400 000 km de Mars le 21/8/93, 7
de
pointe,
caméra
sophistiquée.
1996
1997
USA
895 kg
5ème atterrissage martien, 19,5°N et
33,5°W Ares Vallis, Sojourner "Rocky"
(10,6 kg) se promène 3 mois, signal
perdu le 27 septembre 97 après 83 jours,
16 000 images du lander, 550 images de
Rocky, 15 analyses chimiques de roches.
Nozomi (Planet1998
B)
2003
Japon
258 kg
Problèmes de propulsions et pannes dûes
aux violentes éruptions solaires de 2002.
Climate orbiter
1998
1999
USA
629 kg
climat sur Mars, échec de mise en orbite à
cause d'erreurs d'unité (milles/km)
Polar Lander
1999
1999
USA
576 kg
échec + Deep Space 2 pénétrateurs
(3,572 kg)
Mars Odyssey
2001
2001
USA
758 kg
Orbiter, mission en cours en 2004
Mars Express
2003
2003
ESA
1,042 T atterrisseur : Beagle 2 : sans nouvelles
Spirit
2003
2004
USA
185 kg
Rover dans le cratère Gusev par 14,57°
Sud et 175,47° E
Opportunity
2003
2004
USA
185 kg
Rover dans Meridiani Planum par 1,95°
Sud et 354,47° E dans Eagle Crater.
2005
2006
USA
2,18 T
Phoenix
2007
Mars
Science
2009
Laboratory
2008
USA
Pathfinder
FUTUR :
Mars
Reconnaissance
Orbiter
Orbiter
opérationnel,
depuis le 25 décembre 2003 !
Ex micromission '"Scout"
USA
27
BIBLIOGRAPHIE
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Bibliothèque scientifique :
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Le site de l’association « Planète Mars », qui promeut l’exploration de Mars et organise débats, conférences et
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Histoire de l’exploration spatiale.
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Liste de discussion consacrée à l’exploration planétaire.
30

MARS, exploration d`une planète

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