Salle 2 : Mars en mars
Plan de la salle
1.1 La planète Mars
1.1.1 Principales caractéristiques physiques de Mars
1.1.2 Description de la planète
1.2 La planète Mars et l’histoire
1.2.1 L’Antiquité
1.2.2 La révolution copernicienne
1.2.3 Les canaux martiens
1.2.4 Nouveaux fantasmes
1.3 La conquête de Mars
1.3.1 Les missions spatiales
1.3.2 Les véhicules martiens
1.3.3 La mission Mars 2020
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1.1 La planète Mars
Alors que la conquête spatiale a repris de plus belle ces dernières années, il a semblé nécessaire de proposer une exposition « virtuelle » consacrée à la planète Mars.
La planète Mars est la 4e planète du Système solaire en partant du Soleil ; elle vient après Mercure, Vénus et la Terre ; elle est située entre la Terre et Jupiter. Comme les planètes qui la précèdent, Mars est une planète tellurique ou rocheuse.
1.1.1 Principales caractéristiques physiques de Mars
| Demi grand-axe | 227 994 000 km |
| Aphélie | 249 230 000 km |
| Périhélie | 206 655 000 km |
| Excentricité | 0,093 39 |
| Période de révolution | 686,885 j |
| Période synodique* | 779,804 j |
| Vitesse orbitale moyenne | 24,080 2 km.s-1 |
| Inclinaison s/écliptique | 1,85° |
| Rayon équatorial Rayon polaire | 3 396,2 km 3 376,2 km |
| Périmètre équatorial | 21 344 km |
| Superficie | 144 798 500 km2 |
| Volume | 1,631 x 1011 km3 |
| Masse | 6,418 5 x 1023 kg |
| Masse volumique | 3 933,5 kg.m-3 |
| Période de rotation | 1,025 957 j |
| Température de surface moyenne Température de surface maximale Température de surface minimale | 210 K** 293 K 130 K |
| CO2 atmosphérique O2 atmosphérique CO atmosphérique H2O atmosphérique NO atmosphérique CH4 atmosphérique | 96 % 0,145 % 0,07 % 0,03 % 130 ppm *** 10,5 ppb **** |
| (*) temps mis par Mars pour revenir à la même configuration Mars-Terre-Soleil (**) K désigne une mesure de la température exprimée en degrés Kelvin (0K = -273,15°C) (***) parties par million ; avec une notation identique 1% serait noté 1 ppc. (****) parties par milliard |
La durée de la « journée » martienne est très proche de celle de la Terre, puisqu’elle est de 24h 39min 35,244 147 6s. Pour ne pas la confondre avec la journée terrestre, elle porte un nom spécifique : sol.
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1.1.2 Description de la planète
Une carte de la planète montre une dissymétrie importante entre les hémisphères nord et sud. L’hémisphère nord est une plaine d’altitude (Vatistas Borealis) peu élevée, très peu cratérisée, donc jeune. Le fond de cette plaine est comblée de laves, comme c’est le cas des mers lunaires.
L’hémisphère sud, quant à lui, est constitué par des hauts plateaux très cratérisés. Cela signifie que les terrains situés au nord sont plus jeunes que ceux situé au sud. Ces cratères sont pour l’essentiel des cratères d’impact météoritique.
Le volcanisme
Mars possède des volcans en petit nombre mais de très grande taille. Tous sont des volcans boucliers (comme celui de Hawaï) ; il s’agit vraisemblablement de volcans associés à des « points chauds ». Comme il est avéré qu’il n’y a pas de tectonique de plaques sur Mars, ces volcans sont dus à l’accumulation des laves au-dessus du point chaud. Mars a la particularité de posséder le plus grand volcan du Système solaire : Olympus Mons, dont l’altitude est voisine de 27km et dont la base est d’une taille comparable à celle de la France. Ces volcans sont éteints depuis quelques millions d’années.
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Le Cañon Valles Marineris
On rencontre, près de l’équateur et dans la partie sud, un cañon gigantesque : avec plus de 4 000 de long, il a la taille des États Unis ; il est profond par endroit de 10 km et sa largeur peut atteindre 600 km. Il s’agit certainement d’un fossé d’effondrement qui pourrait avoir une origine hydrologique.
De l’eau sur Mars ?
Selon les connaissances que nous avons aujourd’hui, on pense que l’eau a été présente sous forme liquide, il y a 3 milliards d’années. Il en resterait des cicatrices surprenantes avec des lits de rivière aujourd’hui asséchées, ainsi que des dépôts caractéristiques.
L’essentiel des missions spatiales en direction de Mars a pour objectif de déterminer si de l’eau existe toujours. On a découvert, à proximité du pôle Nord, la présence d’une lentille de glace au fond d’un cratère.
La présence de petites billes bleues dénommées myrtilles découvertes par le rover Sojourner, a été longtemps présentée comme ayant une origine aqueuse. Cette hypothèse pourrait cependant être contredite par des études récentes : ces billes se seraient formées par l’éclatement de météorites pénétrant dans l’atmosphère martienne.
Les pôles de Mars
Mars possède une calotte glaciaire sur chacun des deux pôles. L’étendue de ces calottes est lié à la saison. En hiver ces calottes s’élargissent, alors qu’on les voit diminuer de taille pendant la période estivale. Il ne s’agit cependant pas de calottes constituées de glace d’eau, mais de glaces de CO2.
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L’atmosphère de Mars
Comme on peut s’en rendre compte avec le tableau suivant, l’atmosphère martienne est très différente de celle de la Terre.
| gaz | Mars | Terre |
| O2 | 0,145 | 20,95 % |
| CO2 | 96 % | 410 ppmv |
| N2 | 1,89 % | 78,08 % |
| CH4 | 10,5 ppb | 1,745 ppv |
| H2O | 0,03 % | entre 0,5 et 5 % |
Le sol de Mars
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1.2 La planète Mars et l’histoire
1.2.1 L’Antiquité
Mars était un dieu romain (Arès pour les Grecs) : c’était le dieu de la guerre. Il serait le père de Romulus et de Remus, les fondateurs de Rome. Fils de Jupiter et de Junon, il était aussi le dieu de la jeunesse et de la violence. La jeunesse pouvant symboliser le printemps, les Romains avaient aussi associé le premier mois de l’année à Mars ; le printemps signifiait aussi la possibilité de reprendre les guerres.
Il eut plusieurs épouses, dont Vénus qui lui donna deux garçons : Phobos et Deimos.
L’aspect rougeâtre de la planète Mars est certainement à l’origine de l’association entre le dieu romain guerrier et la planète « rouge ».
Mars est visible à l’œil nu. Son trajet apparent dans le ciel a longtemps intrigué les observateurs : à certains époques, la planète semble s’arrêter avant de revenir en arrière, puis de repartir dans le sens initial.
Cet aspect bien particulier a été à l’origine d’une tentative d’explication par les Grecs, notamment par Ptolémée.
Conceptions antiques du Monde
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Pour expliquer les rétrogradations suivies par certaines planètes, les prédécesseurs de Ptolémée imaginèrent que chaque planète se déplaçait sur un cercle (appelé épicycle) dont le centre décrivait lui-même un cercle (le déférent) centré sur la Terre (Fig. 1). Pour s’adapter encore mieux aux observations, Ptolémée proposa que les déférents ne soient pas centrés sur la Terre, mais en un point appelé équant (Fig. 2) Cet ensemble d’explications était devenu très compliqué.
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1.2.2 La révolution copernicienne
C’est le chanoine polonais Nicolas Copernic (1473-1543) qui trouva la bonne solution. Très tôt (1511-1513), il se convainquit que l’ensemble décrit par Ptolémée, du fait même de sa complexité, ne donnait pas une bonne interprétation de la réalité : ce n’est pas le Soleil qui tourne autour de la Terre, mais l’inverse. Il en découlait un paradigme complètement différent : la Terre et toutes les planètes connues (il y en avait six, toutes visibles à l’œil nu) gravitent autour du Soleil. Un tel ensemble, cohérent, pouvait désormais être qualifié de « système ». Connaissant les risques de publier une interprétation du Monde non conforme à l’interprétation doctrinale imposée par l’Église catholique Romaine, Copernic ne divulgua ses hypothèses que dans un cercle restreint. Il ne se décida à publier l’intégralité de ses réflexion qu’à la veille de sa mort.
Kepler (1571-1630) viendra ensuite, en 1609, pour énoncer les trois lois qui portent son nom et dont la première affirme qu’une planète gravite autour du Soleil suivant une ellipse dont le Soleil occupe l’un des foyers; le seconde (dite loi des aires) affirmait que la vitesse de déplacement d’une planète n’est pas constante, mais dépend de sa distance au soleil : c’est au périhélie que la planète est la plus rapide. Les preuves de ce nouveau paradigme seront données par Galilée (1564-1642) qui montra que d’autres corps gravitaient autour d’un autre astre que le Soleil (les satellites de Jupiter dont il fut le découvreur en 1610) et par Newton (1642-1727) qui apporta en 1687 la démonstration mathématique des lois de Kepler.
C’est particulièrement l’observation de Mars et de ses rétrogradations qui conduisit Kepler à énoncer ses lois. Kepler utilsia pour cela les observations très précises de Tycho Brahe ainsi que ses propres observations.
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1.2.3 Les canaux martiens
L’invention de la lunette astronomique (sans doute à la fin du XVIe siècle, aux Pays-Bas), fut à l’origine de nombreux phantasmes autour de la planète « rouge ». Les premiers observateurs assidus de Mars, notamment l’astronome italien Giovanni Schiaparelli (1835-1910) crut voir à la surface de la planète des alignements qui l’intriguèrent. Il appela ces lignes « canali », terme qui signifie « chenaux » et qui fut traduit par « canaux ». Il n’en fallait pas plus pour que l’on imagina l’existence d’êtres intelligents qui auraient été les auteurs des travaux de terrassement nécessaires au creusement de ces canaux. Cette idée a ensuite été reprise par un astronome américain du nom de Percival Lowell (1855-1916) qui fit construire en 1894 un observatoire situé en Arizona, de manière à approfondir les hypothèses de Schiaparelli. Lowell dessina même une véritable carte des canaux martiens.
Progressivement l’existence de ces canaux devint une vérité peu contestée. Pourtant, une comparaison précise de la carte de Schiaparelli avec une carte moderne montre à l’évidence que bien des alignements « vus » par Schiaparelli sont certainement dus à une imagination débridée.
La constatation la plus évidente concerne les zones située dans des cadres jaunes. Aucune structure en ligne n’est visible sur le cliché moderne. A contrario, le cañon Valles Marineris (cerclé de rouge) qui est la faille la plus importante connue actuellement sur toutes les planètes telluriques du Système solaire, n’a pas été vu par Schiaparelli. Peut-on donner une explication aux mauvaises interprétations proposées par Schiaparelli et Lowell ? La réponse est oui. Les qualités optiques des instruments utilisés par ces deux astronomes n’étaient pas excellentes : leurs observations sont typiques de celles d’images floues qui font voir des structures qu’une optique de grande qualité ne monterait pas.
Réflexion
Les « canaux » martiens constituent un excellent exemple d’une certitude partagée par tout le monde s’appuyant sur une interprétation prétendument scientifique et qui se révèle être entièrement fausse. À la suite des « canaux » martiens, il y eut d’autres exemples de « vérités » qui se sont révélées complètement fausses, et la planète Mars a été l’objet d’inventions particulièrement extravagantes. Citons ainsi le cas des deux satellites naturels de Mars : Phobos et Deimos. Pendant plusieurs années la presse à sensation a prétendu que ces satellites n’étaient pas naturels, mais artificiels, créés par des êtres intelligents. D’autres cas imagés seront présentés dans la suite de cette exposition. Symptomatiquement, près de la moitié des missions spatiales dont l’objectif était la planète Mars ont échoué, ajoutant ainsi des faits aux « mystères » de cette planète.
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1.2.4 Nouveaux fantasmes
On pourrait croire qu’avec la fin de la croyance en l’origine artificielle des canaux, l’imagination fertile était tarie. Il n’en est rien !
Le satellite Phobos
Mars possède deux satellites, Phobos et Deimos, de relatives petites dimensions. Phobos fut l’objet d’une hypothèse avancée par l’astronome soviétique Iossif Chklovski en mars 1959 : ce satellite ne pouvait qu’être d’origine artificielle, car son déplacement par rapport à Mars ne pouvait s’expliquer que parce qu’il était creux. cette hypothèse extravagante fut soutenue par Fred Singer, conseiller scientifique du président américain Eisenhower. Le mouvement de Phobos est désormais expliqué par des effets de marée engendré par Mars.
Alors que Phobos se rapproche de Mars, l’autre satellite, Deimos, s’en éloigne. Une hypothèse, aujourd’hui privilégiée, tente d’expliquer ces particularités orbitale : ces deux satellites auraient leur origine dans une collision entre un astéroïde et Mars.
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Le « visage » martien
Une photo floue prise par Viking 1 le 25 juillet 1976 de la région appelée Cydonia Mensae fut diffusée dans la presse ; elle donna lieu à une interprétation digne des canaux ; elle montrait un visage à apparence humaine ! Peu de temps après, la mission Mars Global Surveyor chargée d’étudier l’atmosphère martienne, prit un cliché de cette même zone. Bien entendu, avec une résolution meilleure, l’aspect en forme de visage humain avait disparu : il s’agissait d’une simple colline !
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La météorite ALH84001
Il est connu que les météorites récoltées sur Terre ont une origine extra-terrestre : elles peuvent provenir de la Ceinture d’astéroïdes principale, ou bien avoir été éjectées par l’une ou l(autre des planètes du Système solaire. C’est le cas de la météorite ALH84001 qui provient de Mars. Cette météorite a été découverte en Antarctique le 27 décembre 1984, puis observée à l’aide d’un microscope électronique en août 1996 par un laboratoire américain qui découvrit de très petites structures tubulaires qui furent, dans un premier temps, attribuées à des organismes ayant pu vivre sur Mars il y a 40 millions d’années. La NASA publia en 2012 des articles abondant cette hypothèse. Des études plus récentes ont montré que ces structures tubulaires avaient été formées lors de l’arrivée sur la Terre par contamination par des organismes terrestres.
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1.3 La conquête de Mars
1.3.1 Les missions spatiales
La planète Mars est souvent considérée comme une planète dont les caractéristiques physiques sont voisines de celles de la Terre. Sa position à la limite de la zone dite « habitable » du Système solaire (proximité avec le Soleil, croûte rocheuse, possibilité de trouver la molécule d’eau) en fait un sujet de recherche privilégié.
La conquête spatiale de Mars a débuté en 1960, lorsque les premières tentatives de lancement de sondes spatiales se sont déroulées. Depuis, une quarantaine de missions ont été lancées dont près de la moitié ont échoué.
a) Les premières sondes ont été destinée au survol de la planète, permettant d’acquérir des images et des mesures précises du sol et de l’environnement atmosphérique.
- Mariner 4 (1964) [USA] ; mission achevée en 1967 ;
- Mariner 6 (1969) [USA] ; mission achevée l’année du lancement;Mariner 7 (1969) [USA] ; mission achevée l’année du lancement ;
- Mariner 9 (1971) [USA] ; mission achevée en 1972 ;
- Mars Global Surveyor (1996) [USA] ; mission achevée en 2006 ;
b) D’autres missions orbitales sont toujours en cours :
- Mars Odyssey (2001) [USA]
- Mars Express (2003 → 2022) [UE]
- Mars Reconnaissance Orbiter (2005 → ?) [USA]
- Mars Orbiter Mission (2013 → ?) [Inde]
- MAVEN (2013 → ?) [USA]
- Trace Gas Orbiter (2026 – 2022) [UE]
- Mission des Émirats (2020 → ?)
c) Missions au sol achevées :
- Mars Pathfinder – véhicule Sojourner (1996 → 1997) [USA]
- Mars Exploration Rover – véhicule Spirit (juin 2003 → mars 2010) [USA]
- Mars Exploration Rover – véhicule Opportunity (2003 → 2019) [USA]
- Phoenix (mai 2008 → septembre 2008) [USA]
d) Missions au sol en cours :
- Mars Science Laboratory – véhicule Curiosity (2011 → ?) [USA]
- Insight (2018 → 2020) [USA]
- Mars 2020 – véhicule Perseverance et hélicoptère Ingenuity (2020 → ?) [USA]
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1.3.2 Les véhicules martiens
La connaissance du sol et de son environnement a fortement progressé grâce à la mise au point de véhicule (rovers) capables de se déplacer au sol pour y effectuer des expériences variées.
Cette carte montre à l’évidence que les missions spatiales à destination de Mars ont été concentrées essentiellement dans les régions tropicales de la planète. Seule la mission Phoenix a été posée près de la région polaire nord
Transporté par la sonde Pathfinder, Sojourner a été le premier véhicule à se déplacer sur Mars. La mission était initialement prévue pour durer 7 sols. La qualité exceptionnelle de ce robot autorisa la NASA à prolonger la mission et une durée effective de 83 sols put être mise en œuvre. Sojourner, d’une masse de 11,5 kg (ce qui correspond à 4,5 kgf sur Mars) parcourut 100m
Les rovers Spirit et Opportunity
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1.3.3 La mission Mars 2020
La mission Mars 2020, lancée le 30 juillet 2020 avec une fusée Atlas V, a pour objectif de rechercher des signes de vie ancienne et de collecter des échantillons de roche et de régolithe (roche et sol brisés) pour un possible retour sur Terre.
Cette mission spatiale a atterri sur la planète Mars le 18 février 2021. Le rover Perseverance et un petit hélicoptère (Ingenuity) ont été largués après une descente pouvant être se décomposé en 5 phases :
- approche ; cinq minutes avant la rentrée dans l’atmosphère, deux lests de 75 kg
- rentrée dans l’atmosphère,
- descente contrôlée par parachute (de 21,50 m de diamètre),
- descente propulsée,
- atterrissage dans le cratère Jezero.
Choix du cratère Jezero
Le cratère Jezero a été retenu pour mener les expériences de Perseverance, car il semble à peu près certain qu’il a contenu de l’eau liquide : un delta comportant des argiles en serait l’indice principal. Le but ultime est de trouver des traces de vie à l’intérieur du cratère qui devait être occupé par un lac au fond du cratère.
Un cadran solaire
Le rover Perseverance possède sur son pont supérieur un cadran solaire ayant une double fonction :
- connaître l’heure solaire martienne permettant d’identifier certains événements,
- servir de référence aux photos prises par la sonde à l’aide d’une mire contenant une palette de couleurs bien identifiées. On reconnait les trois couleurs primaires (rouge, vert, bleu) ainsi que plusieurs nuances de gris.
Débuts de la mission
Le largage de Perseverance et de son compagnon Ingenuity est réalisé par l’étage de descente fonctionnant comme une grue.
Le but ultime de la mission est de rapporter sur Terre des échantillon de cette partie du sol martien aux fins d’analyse.
L’hélicoptère Ingenuity
C’est la première fois qu’une tentative de vol au-dessus de la surface de Mars va être expérimentée. Un petit hélicoptère (pesant 5kg sur Terre) dont le rotor double est équipé de 4 pales, a été déposé par Perseverance sur le sol. Étant donné que l’air existant sur Mars est bien moins dense que celui entourant la Terre, le rotor a été conçu pour tourner beaucoup plus vite que sur Terre ( 10 fois plus).
Le premier vol d’Ingenuity
Une première tentative de mettre en action le rotor (samedi 10 avril 2021) s’est conclu par un échec dont la cause n’est pas encore connue.
La seconde tentative, le lundi 19 avril, fut la bonne, comme le montre la vidéo ci-dessous. C’est la première fois qu’un engin construit par l’Homme vole ailleurs que Terre.
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FIN DE LA VISITE
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