Planète Mars
ESPACE
Caractéristiques de la planète Mars
Mars est la quatrième planète à partir du Soleil dans notre système solaire, après Mercure, Vénus et la Terre. Elle se situe entre la Terre et la ceinture d'astéroïdes. La formation de Mars remonte à plus de 4,5 milliards d'années, peu de temps après la formation de notre système solaire.
Elle doit son surnom de "planète rouge" à la couleur rougeâtre de sa surface, causée par la présence d'oxyde de fer (rouille) dans son sol.
La distance moyenne entre Mars et le Soleil est d'environ 227,9 millions de kilomètres, ou 1,52 unité astronomique (UA). Cependant, cette distance varie en raison de l'orbite elliptique de Mars. Elle peut ainsi parcourir une distance allant de 206,7 millions de km (1,38 UA) à son point le plus proche du Soleil (périhélie) à 249,2 millions de km (1,67 UA) à son point le plus éloigné du Soleil (aphélie).
Mars est une planète rocheuse d'un diamètre de 6 779 km, soit environ 53 % de celui de la Terre. Sa masse est d'environ 11 % de celle de la Terre, ce qui signifie que sa gravité est environ 38 % plus faible par rapport la Terre.
Image en couleurs vraies de Mars acquise par la mission indienne Mars Orbiter le 10 octobre 2014. ISRO/ISSDC/Justin Cowart
La durée d'une journée (ou un sol*) sur Mars est un peu plus longue que celle de la Terre, avec une durée moyenne de 24 heures et 39 minutes. La durée d'une année martienne, c'est-à-dire le temps qu'il faut pour que Mars fasse une orbite complète autour du Soleil, est beaucoup plus longue que celle de la Terre. Elle dure environ 687 jours terrestre, soit un peu moins de deux années terrestre. Cela s'explique par la distance plus grande de Mars par rapport au Soleil et à sa vitesse orbitale plus lente par rapport à celle de la Terre.
*un sol = une journée martienne
Une journée sur Mars s'appelle un sol parce que c'est le terme utilisé par les scientifiques et les ingénieurs pour désigner une unité de temps sur la planète rouge. Le mot "sol" vient du latin "solum", qui signifie "sol" ou "terre". Il a été choisi pour sa simplicité. La durée d'une journée sur Mars est de 24 heures et 37 minutes, ce qui est légèrement plus longue que la durée d'une journée sur Terre. Pour faciliter la coordination des activités des missions spatiales sur Mars, les scientifiques et les ingénieurs ont choisi d'utiliser le terme "sol" pour désigner une journée complète sur la planète rouge.
Le terme "sol" est utilisé depuis les premières missions spatiales sur Mars, dans les années 1960. Il est aujourd'hui utilisé par la communauté scientifique internationale pour désigner une journée sur Mars.
Découverte de la planète Mars
La planète Mars est connue depuis l'Antiquité et est l'un des objets les plus brillants dans le ciel nocturne. Les anciens astronomes, tels que les Égyptiens, les Grecs et les Romains, ont observé Mars et lui ont donné différents noms, souvent associés à la couleur rouge de la planète. Le nom "Mars" pour la planète rouge vient de la mythologie romaine. Dans la mythologie romaine, Mars était le dieu de la guerre et de l'agriculture
Cependant, la découverte scientifique de Mars a commencé au XVIIe siècle, lorsque l'astronome italien Giovanni Schiaparelli a observé la planète à l'aide d'un télescope et a découvert les canaux de Mars, qui sont des traits sombres sur la surface de la planète. Cette découverte a suscité beaucoup d'intérêt et de débat sur la possibilité de vie sur Mars.
Au XIXe siècle, d'autres astronomes ont commencé à étudier Mars, notamment l'astronome américain Percival Lowell. Lowell a construit un observatoire à Flagstaff, en Arizona, pour étudier Mars et a publié des livres et des articles sur ses observations et ses théories sur la planète. Il a suggéré que les canaux de Mars étaient des preuves de la vie intelligente sur la planète. Au XXe siècle, les missions spatiales ont commencé à explorer Mars de manière plus approfondie.
La topographie de Mars
Mars a une topographie très variée, avec des montagnes, des vallées, des plaines et des cratères d'impact. Le mont le plus haut connu dans le système solaire se trouve sur Mars, il s'agit du Mont Olympe. Il a une altitude d'environ 22 km, soit près de trois fois la hauteur du Mont Everest sur Terre. Mars a également la plus grande vallée connue dans le système solaire, Valles Marineris, d'une longueur d'environ 4 000 km avec une profondeur pouvant attendre 7 km.
Au début de son existence, Mars était beaucoup plus active géologiquement que maintenant. Il y avait des éruptions volcaniques massives, des tremblements de terre et d'autres activités tectoniques. Cependant, il y a environ 4 milliards d'années, cette activité géologique a commencé à ralentir et la planète est devenue plus calme.
La structure de Mars
La planète Mars a une structure interne similaire à celle de la Terre, avec une croûte, un manteau et un noyau. Cependant, l'épaisseur et la composition de ces couches diffèrent de celles de la Terre.
La croûte de Mars est la couche externe solide de la planète et mesure environ 50 km d'épaisseur, soit environ la moitié de l'épaisseur de la croûte terrestre. La croûte de Mars est composée de roches volcaniques et de basaltes riches en fer et en magnésium.
Le manteau de Mars est situé sous la croûte et s'étend jusqu'au noyau. D'une épaisseur estimée à 1 860 km, il est composé de roches plus denses et plus riches en fer et en magnésium que la croûte. Le manteau de Mars est divisé en plusieurs couches, chacune ayant des propriétés physiques et chimiques distinctes.
Le noyau de Mars, d'environ 1 480 km de rayon, est composé principalement de fer, avec une petite quantité de soufre et de nickel. Il est plus petit et moins dense que celui de la Terre. Le noyau de Mars est divisé en un noyau liquide externe et un noyau solide interne.
La densité moyenne de Mars est d'environ 3,9 grammes par centimètre cube, soit environ 70 % de la densité de la Terre. Cela suggère que Mars a une quantité relativement faible de matériaux lourds comme le fer et le nickel par rapport à la Terre.
Schéma simplifié de la structure de Mars
L'atmosphère de Mars
Mars a une atmosphère particulièrement mince et ténue, composée principalement de dioxyde de carbone (CO2) à environ 95,3 %, d'azote (N2) à environ 2,7 %, et d'argon (Ar) à environ 1,6 %. Il y a également des traces d'oxygène (O2), de monoxyde de carbone (CO), d'eau (H2O), de méthane (CH4) et d'autres gaz.
Comme la planète n'a pas de champ magnétique global, son atmosphère est soumise à des forces solaires et interplanétaires, ce qui peut entraîner des changements significatifs dans la structure de cette dernière.
Image de la fine atmosphère de Mars prise par l'orbiteur Viking 1 en 1976. NASA
Le dioxyde de carbone est le gaz dominant dans l'atmosphère de Mars, ce qui signifie que la planète a une pression atmosphérique moyenne à la surface d'environ 6,1 millibars, soit moins de 1 % de celle de la Terre !
Les températures froides sur Mars contribuent également à la faible pression atmosphérique, car le CO2 se condense et gèle sur la surface pendant les saisons froides, réduisant ainsi la quantité de gaz dans l'atmosphère.
Les températures sur Mars sont extrêmement fluctuantes en raison de la minceur de l'atmosphère. Pendant la journée martienne, lorsque la planète est exposée au Soleil, la température peut atteindre jusqu'à 20 degrés Celsius (293 Kelvin) aux régions équatoriales, mais elle baisse rapidement la nuit. Les températures nocturnes peuvent chuter jusqu'à -80 °C (193 K) ce qui est suffisamment bas pour geler le dioxyde de carbone dans l'atmosphère, produisant les célèbres calottes polaires.
Contrairement à la Terre, Mars n'a pas de couche d'ozone protectrice pour filtrer les rayonnements ultraviolets nocifs du Soleil. Cela rend l'atmosphère de Mars plus vulnérable aux dommages causés par les rayons UV, qui peuvent affecter les molécules de gaz atmosphériques et contribuer à la dégradation de l'atmosphère de la planète.
L'atmosphère martienne est également connue pour ses tempêtes de poussière qui peuvent envelopper toute la planète durant des mois.
La planète rouge a-t-elle connu une atmosphère plus dense ?
Il est également possible que Mars ait eu une atmosphère dense et un océan d'eau liquide à sa surface par le passée. Des preuves géologiques suggèrent que des rivières et des lacs ont existé sur la planète dans le passé, ce qui suggère également que la planète avait une atmosphère plus épaisse qui retenait la chaleur nécessaire pour maintenir l'eau liquide à sa surface.
Cependant, au fil du temps, l'atmosphère de Mars s'est amincie en raison de la perte de gaz dans l'espace en raison de l'activité solaire et du manque de champ magnétique protecteur pour retenir les gaz. Aujourd'hui, l'atmosphère de Mars est extrêmement mince, avec une pression atmosphérique seulement environ 1 % de celle de la Terre.
Les couches atmosphériques de Mars
Bien que l'atmosphère de Mars soit bien plus mince que celle de la Terre, elle possède également des couches. En général, on divise l'atmosphère martienne en trois couches principales :
- La troposphère : cette couche débute de la surface jusqu'à environ 60 km d'altitude dans laquelle se manifestent les phénomènes météorologiques martiens, notamment les tempêtes de poussière. La température diminue avec l'altitude dans cette couche ;
- La mésosphère : cette couche, qui s'étend approxitivement de 60 à 100 km d'altitude, est caractérisée par une augmentation de température avec l'altitude ;
- La thermosphère : cette couche s'étend d'environ 100 km à 200 km d'altitude. Elle se démarque des autres par une température très élevée en raison de l'absorption de l'énergie solaire. Les molécules dans cette couche sont également ionisées par le rayonnement solaire, ce qui crée une ionosphère.
Les nuages sur Mars
Tout comme sur Terre, il y a des nuages qui se forment sur la planète rouge. Les nuages sur Mars sont principalement constitués de cristaux de glace de dioxyde de carbone (CO2) ou de glace d'eau.
Image de l'instrument HRSC de la sonde Mars Express du volcan Arsia Mons avec un nuage orographique d'environ 1 500 km qui se forme sous le vent de la montagne. ESA/DLR/FU Berlin/J. Cowart
Images assemblées de nuages martiens prises à l'aide de l'instrument HRSC à bord de l'orbiteur Mars Express de l'ESA. ESA/DLR/FU Berlin/Kevin M. Gill
Les nuages de dioxyde de carbone sont plus communs et se forment près des pôles martiens lors des saisons froides. Ces nuages sont également appelés nuages polaires de dioxyde de carbone ou nuages de glace sèche.
Les nuages d'eau sont plus rares et se forment à des altitudes plus élevées que les nuages de CO2. Ils se forment généralement lorsque l'air chaud et humide monte vers des altitudes plus élevées et rencontre des températures plus froides. Ces nuages peuvent également se former à proximité des volcans de Mars.
Les nuages de Mars peuvent également jouer un rôle important dans le climat de la planète en affectant la température et la composition de l'atmosphère. Ainsi, les nuages de dioxyde de carbone peuvent contribuer à réfléchir la lumière du soleil, et donc, à la baisse de température à la surface de la planète rouge.
Le climat martien
Le climat de Mars est très différent de celui de la Terre. Cependant bien que la planète rouge soit plus éloignée du Soleil que la Terre, les variations saisonnières et les conditions météorologiques sur la planète peuvent être tout aussi marquées ! En effet, la température moyenne sur Mars est d'environ -60 °C (213 K). Cependant, la température peut varier de -125 °C (148 K) à 20 °C (293 K) en fonction de l'endroit et du moment de l'année.
Un imposant tourbillon de poussière projette une ombre en forme de serpent sur la surface martienne. Image acquise par la caméra HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) sur Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
La caméra stéréo haute résolution à bord de Mars Express de l'ESA a capturé cet impressionnant front ascendant de nuages de poussière près de la calotte polaire nord de Mars. ESA/DLR/FU Berlin
Les saisons
Mars connaît quatre saisons distinctes (le printemps, l'été, l'automne et l'hiver) comme sur Terre, mais elles sont plus longues en raison de l'orbite plus éloignée de Mars autour du Soleil. L'axe de rotation de Mars est incliné de 25 degrés par rapport à l'écliptique, ce qui est quasi-similaire à l'inclinaison de la Terre (23,5 °). La combinaison de l'inclinaison de l'axe et de l'orbite de Mars autour du Soleil donne lieu à des variations saisonnières, et donc, des conditions météorologiques.
Cependant, l'orbite de Mars est plus excentrique que celle de la Terre, les saisons sont donc plus extrêmes et plus longues sur Mars. Par exemple, l'été dans l'hémisphère sud de Mars dure environ six mois terrestres, tandis que l'hiver dans l'hémisphère nord dure environ neuf mois terrestres.
Les températures sur Mars varient considérablement selon les saisons et les heures de la journée.
Pendant l'été martien, qui se produit tous les deux ans lorsque Mars se rapproche du soleil, les températures peuvent atteindre jusqu'à 20 °C (293 K) à l'équateur pendant la journée. Cependant, les températures chutent considérablement la nuit et peuvent tomber en dessous de -70 °C (203 K).
Pendant l'hiver martien, les températures sont encore plus froides et peuvent chuter jusqu'à -125 °C (148 K) aux pôles. Les tempêtes de poussière peuvent également réduire considérablement la quantité de lumière solaire atteignant la surface, ce qui rend les températures encore plus basses.
Les tempêtes de poussière
Les tempêtes de poussière sont fréquentes sur Mars, et peuvent recouvrir toute la planète pendant plusieurs mois. Ces tempêtes de poussière sont souvent déclenchées par des variations saisonnières et la topographie de la planète, qui peut causer des vents forts et des tourbillons de poussière (Dust Devils). Les tempêtes de poussière ont un impact sur la météo de Mars, car elles affectent la température, la pression atmosphérique et la composition de l'atmosphère.
Le cycle de l'eau
Bien que Mars soit une planète désertique, il y a des indices que de l'eau liquide a existé sur la planète par le passé. Aujourd'hui, la plupart de l'eau sur Mars est gelée sous forme de glace aux pôles ou sous la surface. Des ruisseaux saisonniers ont également été observés sur Mars, mais il est peu probable qu'ils soient alimentés par de l'eau liquide, car les températures sont bien trop froides.Les satellites (lunes) de Mars
Mars possède deux lunes, Phobos et Deimos. Les lunes de Mars sont particulièrement petites et irrégulières. Elles ont été découvertes en 1877 par l'astronome américain Asaph Hall.
Image de Deimos (lune de Mars) prise le 21 février 2009 par Mars Reconnaissance Orbiter. NASA
Image de Phobos acquise à l'aide de la caméra stéréo haute résolution (HRSC) par l'orbiteur Mars Express le 12 septembre 2017. ESA
Phobos est la plus grande des deux lunes de Mars. Elle mesure environ 22 kilomètres de diamètre et orbite à une distance d'environ 9 400 km de la planète. Phobos se déplace très rapidement, avec une période orbitale d'environ 7 heures et 39 minutes. Sa surface est couverte de cratères d'impact, de failles et de canyons. Il est possible que Phobos se désintègre dans un futur lointain en raison de la proximité de Mars.
Deimos est la plus petite des deux lunes de Mars, avec un diamètre d'environ 12 kilomètres. Elle orbite à une distance d'environ 23 500 km de la planète. Deimos se déplace plus lentement que Phobos, avec une période orbitale d'environ 30 heures et 18 minutes. Sa surface est également couverte de cratères d'impact.
Exploration de la planète Mars
L'exploration de la planète Mars a commencé avec des observations à l'œil nu et des télescopes depuis des siècles, mais l'exploration robotisée moderne a débuté dans les années 1960. Depuis lors, de nombreuses missions ont été lancées pour étudier la planète rouge.
Parmis les missions d'exploration les plus importantes de Mars, on peut citer celles de la NASA :
- Les missions Viking 1 et Viking 2 en 1976 : ces missions ont été les premières à atterrir sur Mars et à chercher des preuves de vie passée sur la planète ;
- La mission Pathfinder (rover Sojourner) en 1996 : cette mission a été la première à envoyer un rover sur Mars pour explorer la surface de la planète et analyser des échantillons ;
- Les missions Mars Global Surveyor et Mars Odyssey dans les années 2000 : ces missions ont cartographié la surface de Mars et étudié l'atmosphère de la planète ;
- La double mission Mars Exploration Rover (rovers Spirit et Opportunity) en 2004 : ces rovers ont exploré la surface de Mars et ont découvert des preuves de l'eau passée sur la planète ;
- La mission Mars Science Laboratory (rover Curiosity) en 2012 : cette mission a atterri sur Mars et a étudié la géologie de la planète, cherchant des preuves de vie passée et de l'habitabilité ;
- La mission Mars 2020 (rover Perseverance) en 2021 : cette mission a atterri sur Mars et a poursuivi les recherches sur la géologie de la planète. Elle est à la recherche d'indices de vie passée et collecte des échantillons qui seront apportés sur Terre dans le cadre d'une future mission ;
Outre les missions de la NASA, d'autres agences spatiales et pays ont également envoyé des missions d'exploration à Mars, notamment l'Agence spatiale européenne (Mars Express) , l'Inde, la Russie et la Chine.