La planète Mars est la quatrième planète du système solaire et la deuxième plus petite, après Mercure. Mars possède deux satellites naturels : Déimos et Phobos.

La couleur rouge de cet astre lui valut dans l'antiquité le rapprochement avec le dieu grec de la guerre Arès, puis avec son équivalent romain Mars, le rouge évoquant le sang des champs de bataille. Les égyptiens la nommaient "Horus rouge" et connaissaient son "déplacement" à reculons. Les Babyloniens la nommaient Nirgal, Nergal, l'étoile de la mort. Actuellement, Mars est aussi connue sous le nom de planète rouge.

CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES

Mars a depuis toujours fasciné les hommes, son aspect rougeâtre dû à l'oxyde de fer Fe₂O₃ contenu dans les minéraux de sa surface, plein de fougue, paraissant intrigant et mystérieux. Elle ne possède que le quart de la surface terrestre, et seulement un dixième de sa masse. Cependant, comme elle n'a pas d'océan, la surface des terres sèches accessibles de Mars est approximativement égale à celle des terres émergées de la Terre.

F.D. - SCIENCES ET AVENIR HS N°208 > Janvier-Mars > 2022 ASTRONOMIE -> SYSTÈME SOLAIRE -> PLANÉTOLOGIE SCIENCE & VIE JUNIOR N°396 > Septembre > 2022

Mars a deux lunes, Phobos et Déimos, toutes deux petites et de forme irrégulière, lesquelles sont probablement des astéroïdes capturés.

Elle a des calottes glaciaires polaires qui contiennent de l'eau gelée et du dioxyde de carbone. La gravité est d'environ un tiers de celle de la Terre (~3 m/s²).

GÉOLOGIE

La surface de Mars est principalement composée de basalte, cette conclusion étant basée sur les météorites martiennes et les observations orbitales. La couleur rouge est due à la présence de poussières d'oxyde de fer aussi fine que du talc. De l'eau liquide a existé sur la surface de Mars, comme les premières images des sondes spatiales permettait de le supposer. Cette découverte clef a été confirmé grâce à la détection d'hématite qui est un minéral qui se forme d'habitude uniquement en présence d'eau, par la sonde Opportunity.

CHAMP MAGNÉTIQUE

Mars ne possède plus de champ magnétique. Ce type de champ est supposé prendre naissance au cour de la planète, par la convection du noyau liquide de fer. Il semblerait que sur Mars ce phénomène se serait arrêté il y a 4 milliards d'années. La sonde européenne Mars Global Surveyor a observé des particularités magnétiques locales en passant au dessus des zones les plus anciennes de la planète. Ces anomalies peuvent être le témoignage d'une ancienne activité du noyau et d'une activité tectonique plus récente.

RELIEF

Plusieurs volcans dont Olympus Mons (->), Arsia Mons, Ascraeus Mons, Pavonis Mons, Elysium Mons, Albor Tholus, Hecates Tholus etc. Le mont Olympe (Olympus Mons), haut de 21 km au-dessus du niveau moyen, est la plus haute montagne connue du système solaire.

Depuis 1999, il existe un niveau "0" pour les altitudes sur Mars, grâce aux résultats de l'expérience d'altimétrie laser "MOLA" embarquée sur la sonde Mars Global Surveyor (MGS). Une cartographie complète des altitudes sur Mars a ainsi été créée. Avant MGS, en l'absence d'océan, le niveau 0 pour les altitudes avait été fixé de façon arbitraire : c'était l'altitude ayant une pression atmosphérique moyenne de 615 pascals. Cette pression avait été choisie parce qu'elle correspond à la pression du point triple de l'eau (273,16 K et 615 Pa)... Mais, du fait des grandes variations cycliques de pression sur la planète au cours d'une année martienne (jusqu'à 30 % de pression en moins lorsque c'est l'hiver au pôle sud par condensation du CO₂ - constituant 95 % de l'atmosphère - sous forme de glace sur la calotte polaire sud), ce système s'est vite révélé impraticable pour déterminer les altitudes réelles.
Grâce aux missions d'exploration, la cartographie de Mars est désormais assez bien connue. Elle est caractérisée par des reliefs imposants qui témoignent d'une activité volcanique et de la présence ancienne d'eau. Il y a un fort contraste entre l'hémisphère nord, dont la plus grande partie est en dessous du niveau moyen du sol, à part un vaste plateau très élevé nommé Tharsis, et l'hémisphère sud, dont au contraire le niveau est plus élevé que la moyenne. Autrement dit, si on terraformait Mars en y recréant des océans, il se formerait un vaste océan dans l'hémisphère nord, dont émergerait le plateau de Tharsis, tandis que l'hémisphère sud serait une vaste zone continentale. On a aussi observé de larges et profonds canyons (spécialement Valles Marineris). En 2005, la sonde spatiale Mars Global Surveyor a observé des modifications à la surface de Mars, qui n'étaient pas présentes en 2002, comme l'apparition de rigoles et des traces de roulement de rochers le long d'une colline. Ces changements pourraient être dus à des tremblements de Mars. De plus, la modification de dépôts de dioxyde de carbone gelé près du pôle sud est le signe d'un changement de température, dans un laps de temps assez court. Mars pourrait finalement être bien plus active géologiquement et peut-être climatiquement que l'on ne le pensait jusque là.

CALOTTES POLAIRES

Les calottes polaires de Mars sont de compositions différentes en fonction des hémisphères. Au sud, la glace est une glace de CO₂ et d'un peu d'eau, au nord, une glace d'eau. Sous ces couches de glace, on trouve des couches sédimentaires composées de glace et de poussière. Epaisses de plusieurs kilomètres, elles sont l'accumulation année après année d'un mélange de glace et de poussière transportée par l'atmosphère. On estime qu'une épaisseur de quelques microns s'est déposée chaque année. Au pôle nord, sous ces fines strates, on observe une dernière épaisseur faite d'un mélange de sable et de glace, probablement à l'origine, par l'érosion due au vent, des champs de dunes observés autour du pôle. Durant l'hiver, l'atmosphère de CO₂ se solidifie et recouvre la majeure partie des régions polaires d'une couche de glace de CO₂ d'une dizaine de centimètres. La calotte du pôle nord a un rayon de 1 100 km, celle du pôle sud de 420 km. (image Hubble)

ATMOSPHÈRE

L'atmosphère de Mars est très mince : la pression d'air en surface est de seulement 7,5 millibars comparativement à une moyenne de 1013 millibars sur la Terre. Cette atmosphère est composée de 95 % de dioxyde de carbone, 2,7 % d'azote, 1,6 % d'argon et rien de plus qu'une trace de vapeur d'eau (entre 0,001 % et 1 %) et d'oxygène(0,13 %). Récemment, la sonde européenne Mars Express a détecté du méthane dans l'atmosphère martienne. Ce gaz, se trouvant en forte concentration au dessus de certaines zones qui sont déjà connues pour receler plus de vapeur d'eau qu'à l'ordinaire ouvre la question de la présence de vie sur Mars.

La condensation alternée de CO2 fait varier jusqu'à 30 % la pression. On peut trouver quelques nuages d'eau et de CO2, ainsi que des poussières en suspension. La faible épaisseur optique dans le visible laisse largement les rayons solaires atteindre le sol. L'atmosphère contient très peu d'ozone. On ne trouve donc pas de stratosphère. Le profil de température en fonction de l'altitude est alors décroissant (et très irrégulier) jusque vers 100 km, où commence la thermosphère directement chauffée par le soleil. Bien que l'atmosphère soit majoritairement composée de CO2, l'effet de serre induit est faible en raison de la faible densité atmosphérique : 3K contre 33K pour la Terre. De plus, le faible stockage de la chaleur et l'absence d'océan induisent de fortes variations entre le jour et la nuit.

NUAGES

Les plus hauts nuages jamais observés sont à une altitude de 80 à 100 km au-dessus de la surface ! Composés de dioxyde de carbone à - 193°C, ils ont été observés par la sonde européenné Mars Express, et se forment probablement autour de poussières du sol transportées par les vents, ou de minuscules débris provenant de météorites.

PERTE DE L'ATMOSPHÈRE

Pour un certain nombre de scientifiques, la disparition de l'atmosphère martienne et la disparition d'eau liquide sont liées. Plusieurs hypothèses peuvent expliquer ces pertes :

• Les collisions avec les astéroïdes étant fréquentes au début de l'histoire la planète rouge, elles peuvent être un début d'explication.
• La réaction du CO₂ avec l'eau pour former des carbonates (hypothèse), non recyclés contrairement à la Terre où la tectonique joue ce rôle.
• La gravité martienne est suffisante pour retenir le CO₂ et l'eau dans l'atmosphère. Mais sous l'action du vent solaire, les molécules qui ne sont pas protégées par la présence d'un champ magnétique (contrairement à la Terre) peuvent récupérer assez d'énergie pour atteindre la vitesse de libération.

M.F. - SCIENCE & VIE N°1180 > Janvier > 2016 ASTRONOMIE -> SYSTÈME SOLAIRE -> PLANÉTOLOGIE

CLIMAT

L'excentricité orbitale est sensiblement supérieure à celle de la Terre ce qui a pour effet d'imposer des climats différents aux deux hémisphères. L'été austral est par exemple plus court et plus marqué que le boréal. Au Printemps austral, quand Mars est au plus près du soleil, des tempêtes locales et parfois régionales apparaissent. Certaines années ces tempêtes sont planétaires et durent plusieurs mois. La surface est alors quasiment invisible. Le temps de déclenchement de ces tempêtes est de l'ordre de quelques jours.

Il est à noter qu'il n'existe qu'une seule cellule de Hadley sur Mars, mais beaucoup plus marquée en altitude et en amplitude, joignant les deux hémisphères et qui s'inverse deux fois par an. La complexité des réflexions de la lumière solaire et la diffusion de la chaleur ainsi que sa répartition font que les pôles peuvent être plus chauds que les zones équatoriales.
La variation de l'inclinaison de la planète, l'obliquité, tous les 100 000 ans, bouleverse complètement le climat martien. La température maximale ne permet pas la présence d'eau liquide en surface.

DU GIVRE À L'OMBRE DES DUNES Avec l'arrivée du printemps austral sur Mars, la neige de gaz carbonique qui recouvre les dunes s'évapore progressivement. Elle ne subsiste que dans les creux, comme le montre cette image prise par Mars Reconnaissance Orbiter en novembre 2008. La zone, proche du cratère Proctor, dans l'hémisphère Sud, a déjà été photographiée par la sonde l'an dernier. Les nouvelles images permettront de mesurer plus précisément la variabilité du climat de Mars. CIEL & ESPACE > Avril > 2009 ASTRONOMIE -> SYSTÈME SOLAIRE -> PLANÉTOLOGIE

SAISONS

L'inclinaison de l'axe de Mars est de 25,2°, proche des 23,45° de celui de la Terre, et Mars connait donc des saisons, opposées dans les hémisphères nord et sud. En revanche, l'excentricité orbitale de Mars est nettement plus grande que celle de la Terre (0,093 contre 0,016) ; en conséquence, les saisons ont des durées plus inégales. Les hivers sont donc chauds et courts dans l'hémisphère nord et longs et froids dans l'hémisphère sud. De même, les étés sont longs et frais au Nord et courts et chauds au Sud. Les écarts de températures sont ainsi plus élevés au Sud qu'au Nord.

PRÉSENCE D'EAU LIQUIDE

Plusieurs indices, comme des dépôts sédimentaires, des traces de rivages et des cours d'eau asséchés indiquent qu'il y aurait eu sur Mars une grande quantité d'eau, et une activité hydrologique intense. La sonde Mariner 9 a découvert en 1972 des lits de rivières asséchés dans l'hémisphère sud, âgés d'environ 3,8 milliards d'années. On ne trouve aucune trace plus récente de ce type de réseaux hydrographiques. Contrairement à la Terre, cette eau ne serait pas pour la majorité issue de pluie mais de sources souterraines, chauffées par le magma d'un volcan ou à la suite d'un impact de météorite. Néanmoins, il est possible qu'une période de pluie ait existé a une époque encore plus ancienne.

Des lacs ont pu localement exister dans des cratères. L'hypothèse d'un océan recouvrant l'hémisphère nord (zone à l'altitude la plus basse) et d'une hauteur de 500 m est de même débattue. Certains indices vont dans ce sens, mais certaines preuves essentielles sont encore manquantes (présence de carbonates issus de la réaction entre le CO₂ et l'eau). Aujourd'hui, la plupart des scientifiques pensent qu'il n'y a de traces d'eau "liquide", à proprement parler. La glace y passe généralement de l'état solide a l'état gazeux. On ignore néanmoins ce qu'est devenue la majeure partie de cette eau. Il pourrait y en avoir enfouie dans le sol ou sous la glace, et peut-être qu'une partie s'est évaporée dans l'espace, l'atmosphère étant ténue et la gravité inférieure à celle de la Terre.
Cependant, Michael Mayer et Kenneth Edgett, chercheurs de la Nasa ont annoncé en décembre 2006 avoir désormais la preuve d'eau liquide présente en ce moment sur Mars qui s'écoulerait de façon occasionnelle. Ils s'appuient sur des photographies prises par la sonde sonde Mars Global Surveyor qui a révélé la constitution de nouvelles ravines probablement à la suite d'écoulement d'eau, ou plutôt de boue. Il y a par contre, aujourd'hui encore sur cette planète du pergélisol, voire du mollisol. Il est donc possible qu'il y existe encore des traces de vie. Plusieurs sondes spatiales ont été envoyées sur cette planète dans ce but, notamment les sondes Vikings, Mars Express et le module Beagle 2, et les robots Mars Exploration Rover 1 et 2. L'hypothèse martienne de l'origine de la bactérie polyextrémophile Deinococcus radiodurans est également envisagée. La sonde Mars Global Surveyor aurait trouvé, par ailleurs, des formes sur Mars faisant penser à de la végétation. Les avis sont partagés sur ce point, mais les images sont facilement consultables sur de nombreux sites.

UN IMMENSE OCÉAN RECOUVRAIT UN TIERS DE MARS L'océan qui existait sur Mars (en bleu) semble avoir disparu il y a 3,5 milliards d'années. Un immense océan a-t-il existé sur Mars ? Deux chercheurs américains de l'université du Colorado de Boulder l'ont confirmé, réussissant même à en estimer la taille : 124 millions de km³ (un dixième du volume des océans terrestres). Il recouvrait donc plus d'un tiers de la planète ! Pour le prouver, ils ont utilisé des données récoltées depuis les années 1970 par des sondes en orbite autour de celle-ci. En se penchant sur la topographie et les dépôts sédimentaires de cinquante-deux deltas, ils ont vu quela moitié présentait une altitude assez constante, ce qui suggère qu'ils se sont formés autour d'un même océan. "Nous ne savons pas précisément quand ni pourquoi cet océan a disparu, avoue Gaetano Di Achille. Mais Mars semble avoir subi des changements majeurs il y a 3,5 milliards d'années, quand elle a perdu son champ magnétique et s'est retrouvée exposée aux vents solaires." L.Fa. - SCIENCE & VIE > Août > 2010 ASTRONOMIE -> SYSTÈME SOLAIRE -> PLANÉTOLOGIE