mars, exploration d'une planète

Mars, exploration d’une planète - 15 avril 2005 – 21 août 2006 Muséum d’Histoire Naturelle de Nantes

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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.


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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 DIAMÈTRE DISTANCE AU SOLEIL Soleil 1,650 mm Mercure 0,006 mm 7 cm Venus 0,014 mm 13 cm Terre 0,015 mm 18 cm Mars 0,008 mm 27 cm Jupiter 0,170 mm 92 cm Saturne 0,140 mm 170 cm Uranus 0,060 mm 340 cm Neptune 0,060 mm 533 cm Pluton 0,003 mm 700 cm

On comprend qu’à cette échelle, il est impossible de visualiser les planètes !


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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) DISTANCE AU

SOLEIL (millions de

km)

MASSE (en milliards de milliards de tonnes)

DENSITÉ (tonnes par m3)

Pesanteur (en % de la pesanteur terrestre)

Période de révolution

SOLEIL 1392000 1 988 900 000 1,4 2796 MERCURE 4 879 58 330 5,4 38 88 j VENUS 12 104 108 4868 5,2 91 225 j TERRE 12 756 150 5974 5,5 100 365 j MARS 6 794 228 642 3,9 38 1 an 322 j JUPITER 142 984 778 1898600 1,2 253 11 ans 318 j SATURNE 120 536 1429 568460 0,6 107 29 ans 174 j URANUS 51 118 2871 86831 1,2 91 84 ans 29 j NEPTUNE 49 528 4500 102430 1,6 114 164 ans 322 j PLUTON 2 390 5900 12 1,7 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 années-lumière 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.


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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 !


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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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9 ) Caméras de Navigation

1 ) Caméra panoramique

Mât de support de caméras

Console de contrôle

10 ) Cible magnétique

8 ) Caméras hasardeuses

AntenneUHF

Bras articulé Essieux

articulés

Panneaux solaires

Contrôles électroniques

Cible de calibrage

2, 3, 4, 5, 6 ) Spectromètres Foreuse

Antenne bassefréquence

Antenne haute fréquence


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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 médio-océaniques 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.


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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.


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- 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.


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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


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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 ».


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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 ?


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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.


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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

Mars, exploration d’une planète - 15 avril 2005 – 29 janvier 2006 Muséum d’Histoire Naturelle de Nantes 21

Analyse pétrologique de la surface de Mars


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.


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 :


« 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 :


« 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.


Sondes martiennes Nom (italique=échec)

Année de

Lancement Arrivée 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 24)

1962 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.

Mars 2 1971 1971 URSS 2,265 T

Orbite de mars, le module d'atterrissage s'écrase sur Mars par 44° sud et 313° ouest dans Hellespontus Montes

Mars 3 1971 1971 URSS 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.

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.


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!

Viking 1 1975 1976 USA 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 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 semi-échec URSS

En orbite le 29/01/89 puis perte du signal le 27 mars 1989 avant de survoler Phobos.

Mars Observer 1992 échec USA 2,573 T échec à 400 000 km de Mars le 21/8/93, 7 instruments de pointe, caméra sophistiquée.

Mars Global Surveyor

1996 1997 USA 767 kg encore en cours en 2004.

Mars 96 1996 échec URSS 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.

Pathfinder 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 (Planet-B)

1998 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 Orbiter opérationnel, atterrisseur : Beagle 2 : sans nouvelles depuis le 25 décembre 2003 !

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.

FUTUR :

Mars Reconnaissance Orbiter

2005 2006 USA 2,18 T

Phoenix 2007 2008 USA Ex micromission '"Scout"

Mars Science Laboratory

2009 USA


BIBLIOGRAPHIE

La planète Mars

Bibliothèque scientifique : FORGET François… [et al.]. – La Planète Mars. Histoire d'un autre monde Belin/Pour la science, 2003. – 143 p. – (Bibliothèque scientifique).

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Espace documentation jeunesse :

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http://www.sur-mars.com/ Site portail consacré à la planète rouge.

http://www.chimix.com/devoirs/t106.htm Site utilisé dans le dossier pédagogique

http://www.educnet.education.fr/planeto/default/htm Site utilisé dans le dossier pédagogique

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http://astrosurf.com/pellier/ Liste de discussion consacrée à l’exploration planétaire.

mars, exploration d'une planète

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