Mars

Mars, la quatrième planète à partir du Soleil, est familièrement appelée la « Planète rouge » en raison de sa coloration rouge-orange distinctive. Ce corps terrestre présente un terrain rocheux semblable à un désert et possède une fine atmosphère composée principalement de dioxyde de carbone (CO2). Sa pression atmosphérique moyenne à la surface ne représente que quelques millièmes de celle de la Terre, avec des températures fluctuant entre −153 et 20 °C (−243 et 68 °F), et elle se caractérise par des niveaux élevés de rayonnement cosmique. Alors que Mars retient l'eau dans son sous-sol et sous forme de composant atmosphérique clairsemé, se manifestant par des cirrus, du brouillard, du gel et de vastes pergélisols polaires et calottes glaciaires (qui comprennent de la neige saisonnière en CO2), il n'existe aucune masse persistante d'eau de surface liquide. La gravité à la surface de la planète est environ un tiers de celle de la Terre, soit le double de celle de la Lune. Avec un diamètre de 6 779 km (4 212 mi), Mars fait environ la moitié de la taille de la Terre et deux fois la taille de la Lune, possédant une superficie équivalente à la masse continentale totale de la Terre.

Mars est la quatrième planète en partant du Soleil. Elle est également connue sous le nom de « Planète rouge », en raison de son aspect rouge orangé. Mars est une planète rocheuse semblable à un désert avec une atmosphère ténue composée principalement de dioxyde de carbone (CO§56§). Au niveau moyen de la surface, la pression atmosphérique est de quelques millièmes de celle de la Terre, la température atmosphérique varie de −153 à 20 °C (−243 à 68 °F) et le rayonnement cosmique est élevé. Mars retient un peu d'eau, dans le sol ainsi que dans l'atmosphère, formant des cirrus, du brouillard, du gel, de plus grandes régions polaires de permafrost et de calottes glaciaires (avec de la neige saisonnière CO§910§), mais pas de masses d'eau liquide à la surface. Sa gravité à la surface est environ un tiers de celle de la Terre, soit le double de celle de la Lune. Son diamètre, 6 779 km (4 212 mi), équivaut à environ la moitié de celui de la Terre, soit deux fois celui de la Lune, et sa superficie est la taille de toute la terre ferme de la Terre.

Les fines particules de poussière sont omniprésentes à la fois sur la surface et dans l'atmosphère de Mars, facilement mobilisées et dispersées par les vents faibles de la planète, malgré sa faible attraction gravitationnelle. Le terrain martien présente une division nord-sud distincte, connue sous le nom de dichotomie martienne, caractérisée par des plaines basses et relativement plates dans l'hémisphère nord et des hautes terres fortement cratérisées dans l'hémisphère sud. Géologiquement, Mars démontre une activité modérée, mise en évidence par des tremblements de terre souterrains, et présente de nombreux volcans colossaux éteints, dont Olympus Mons (d'une hauteur de 21,9 km ou 13,6 mi), aux côtés de l'un des canyons les plus étendus du système solaire, Valles Marineris (s'étendant sur 4 000 km ou 2 500 mi). La planète est orbitée par deux petits satellites naturels de forme irrégulière : Phobos et Deimos. Possédant une inclinaison axiale importante de 25 degrés, Mars subit des variations saisonnières analogues à celles de la Terre (qui présente une inclinaison axiale de 23,5 degrés). Une année solaire martienne s'étend sur 1,88 années terrestres (équivalent à 687 jours terrestres), tandis qu'un jour solaire martien, ou sol, dure 24,6 heures.

Mars est née il y a environ 4,5 milliards d'années, en même temps que la formation d'autres planètes du système solaire. La période martienne noachienne, s'étendant il y a 4,5 à 3,5 milliards d'années, a été caractérisée par de nombreux impacts de météores, le développement de vallées, une érosion importante, l'existence potentielle d'océans d'eau et la perte éventuelle de sa magnétosphère. Par la suite, la période hespérienne, qui a commencé il y a 3,5 milliards d’années et s’est terminée il y a entre 3,3 et 2,9 milliards d’années, a été témoin d’une activité volcanique omniprésente et d’inondations catastrophiques qui ont sculpté de vastes canaux d’écoulement. La période amazonienne, qui perdure jusqu'à nos jours, représente l'influence prédominante sur les processus géologiques de la planète. Compte tenu de l'histoire géologique complexe de Mars, les perspectives de vie passée ou existante sur la planète continuent de faire l'objet d'enquêtes scientifiques rigoureuses, certains indicateurs potentiels nécessitant un examen plus approfondi.

Historiquement, Mars a été observée depuis la Terre comme une « étoile errante » rouge remarquable, ce qui a donné lieu à diverses interprétations et associations culturelles à travers les civilisations. La mission inaugurale vers Mars, Mars 1, a été lancée en 1963, mais la communication avec le vaisseau spatial a été perdue pendant son transit. Une exploration réussie de Mars a été réalisée pour la première fois en 1965 par Mariner 4. Mariner 9 est devenu le premier vaisseau spatial à orbiter autour d'un corps céleste autre que la Lune, le Soleil ou la Terre lorsqu'il est entré en orbite martienne en 1971 ; cette même année a également vu le premier impact incontrôlé (Mars 2) et le premier atterrissage réussi (Mars 3) sur la planète. Les sondes robotiques ont maintenu des opérations continues sur Mars depuis 1997. Périodiquement, plus de dix sondes ont fonctionné simultanément en orbite ou sur la surface martienne, dépassant le nombre de missions actives sur toute autre planète au-delà de la Terre. Mars est fréquemment identifiée comme une destination potentielle pour de futures missions d'exploration en équipage, bien qu'aucun projet de ce type ne soit actuellement prévu.

Histoire naturelle

Formation

Les théories scientifiques suggèrent que Mars est née lors de la formation du système solaire, à travers un processus stochastique d'accrétion incontrôlée, impliquant des matériaux provenant du disque protoplanétaire en orbite autour du Soleil. La planète présente plusieurs caractéristiques chimiques uniques attribuables à sa situation spécifique dans le système solaire. Les éléments possédant des points d'ébullition relativement bas, notamment le chlore, le phosphore et le soufre, sont considérablement plus abondants sur Mars que sur Terre ; on suppose que le vent solaire énergétique du Soleil naissant a propulsé ces éléments vers l'extérieur.

Bombardement lourd tardif

Après la formation planétaire, le système solaire interne a peut-être subi une période connue sous le nom de bombardement lourd tardif. Environ 60 % de la surface martienne conserve des traces d'impacts de cette époque, avec de vastes bassins d'impact sous-jacents caractérisant probablement une grande partie du terrain restant. Néanmoins, des modélisations récentes ont contesté l’existence du bombardement lourd tardif. Des preuves significatives indiquent un immense bassin d'impact dans l'hémisphère nord de Mars, mesurant 10 600 kilomètres sur 8 500 (6 600 kilomètres sur 5 300 milles). Cette caractéristique, environ quatre fois plus grande que le bassin pôle Sud-Aitken de la Lune, serait le plus grand bassin d'impact jamais découvert si son existence était confirmée. On suppose que ce bassin s’est formé il y a environ quatre milliards d’années lorsque Mars a été frappée par un corps céleste de la taille de Pluton. On pense que cet événement catastrophique a provoqué la dichotomie hémisphérique martienne et créé le bassin lisse de Borealis, qui couvre 40 % de la surface de la planète.

Une étude de 2023, basée sur l'inclinaison orbitale de Deimos, une petite lune martienne, fournit des preuves suggérant que Mars aurait pu posséder un système d'anneaux il y a entre 3,5 et 4 milliards d'années. Il est proposé que cet hypothétique système d'anneaux se soit formé à partir d'une lune, vingt fois plus massive que Phobos, qui tournait autour de Mars il y a des milliards d'années, Phobos lui-même représentant potentiellement un vestige de cet ancien anneau.

Périodes géologiques

Époques :

L'histoire géologique de Mars est classiquement divisée en plusieurs périodes, les trois suivantes étant identifiées comme primaires :

• Période Noachienne : cette période, datant d'il y a 4,5 à 3,5 milliards d'années, marque la formation des plus anciennes surfaces existantes de Mars. Les terrains de l'âge noachien sont largement marqués par de grands cratères d'impact. On suppose que le renflement de Tharsis, une haute terre volcanique importante, s'est formé au cours de cette époque, qui a également été marquée par des inondations généralisées par l'eau liquide dans ses stades ultérieurs. La période tire son nom de Noachis Terra.
• Période hespérienne : s'étendant d'il y a 3,5 milliards d'années à il y a entre 3,3 et 2,9 milliards d'années, la période hespérienne est caractérisée par la formation de vastes plaines de lave. Il porte le nom d'Hesperia Planum.
• Période amazonienne : cette période s'étend d'il y a entre 3,3 et 2,9 milliards d'années jusqu'à nos jours. Les régions amazoniennes sont caractérisées par une faible densité de cratères d'impact de météorites mais présentent des variations géologiques importantes. Olympus Mons s'est formé à cette époque, accompagné d'autres coulées de lave à travers Mars. La période porte le nom d'Amazonis Planitia.

Activité géologique récente

L'activité géologique persiste sur Mars. Les vallées d'Athabasca présentent des coulées de lave en forme de feuille datant d'environ 200 millions d'années. De plus, les écoulements d'eau dans les grabens de Cerberus Fossae se sont produits il y a moins de 20 millions d'années, indiquant des intrusions volcaniques récentes. Le Mars Reconnaissance Orbiter a également capturé des images d'avalanches.

Caractéristiques physiques

Mars a environ la moitié du diamètre de la Terre, soit le double de celui de la Lune, et sa superficie est à peine inférieure à la masse terrestre sèche totale de la Terre. Mars est moins dense que la Terre, possédant environ 15 % du volume et 11 % de la masse de la Terre, ce qui correspond à environ 38 % de la gravité de la surface terrestre. C'est actuellement le seul exemple connu de planète désertique, un corps rocheux dont la surface est analogue aux déserts terrestres. L'aspect rouge-orange caractéristique de la surface martienne est causé par l'oxyde de fer (III) (nanophase Fe₂O₃) et la goethite, un minéral oxyde-hydroxyde de fer (III). Bien qu'elles ressemblent souvent au caramel au beurre, d'autres couleurs de surface courantes incluent le doré, le brun, le beige et le verdâtre, selon les minéraux spécifiques présents.

Structure interne

Semblable à la Terre, Mars se différencie en un noyau métallique dense recouvert de couches rocheuses moins denses. La couche la plus externe, la croûte, a une épaisseur moyenne de 42 à 56 kilomètres (26 à 35 mi), avec un minimum de 6 kilomètres (3,7 mi) à Isidis Planitia et un maximum de 117 kilomètres (73 mi) dans le sud du plateau de Tharsis. À des fins de comparaison, la croûte terrestre a une épaisseur moyenne de 27,3 ± 4,8 km. Les éléments les plus abondants dans la croûte martienne sont le silicium, l’oxygène, le fer, le magnésium, l’aluminium, le calcium et le potassium. Il est confirmé que Mars est sismiquement active ; en 2019, il a été rapporté que la mission InSight avait détecté et enregistré plus de 450 tremblements de terre et événements sismiques associés.

La croûte martienne repose sur un manteau silicaté, qui contribue de manière significative aux caractéristiques tectoniques et volcaniques de la surface de la planète. Au sein du manteau martien supérieur, il existe une zone à faible vitesse, caractérisée par des vitesses d'ondes sismiques réduites par rapport aux plages de profondeur adjacentes. Ce manteau présente une rigidité jusqu'à une profondeur d'environ 250 km, ce qui donne une lithosphère considérablement plus épaisse que celle de la Terre. Sous cette couche rigide, la ductilité du manteau augmente progressivement et la vitesse des ondes sismiques augmente par la suite. Contrairement au manteau inférieur terrestre, le manteau martien n'a pas de couche d'isolation thermique ; au lieu de cela, à des profondeurs dépassant 1 050 km, sa composition minéralogique ressemble à la zone de transition de la Terre. Une couche basale de silicate liquide, estimée à 150-180 km d'épaisseur, est située à la base du manteau. Le manteau martien présente une hétérogénéité importante, contenant des fragments denses atteignant 4 km de diamètre. On pense que ces fragments ont été introduits profondément dans la planète par d’immenses impacts il y a environ 4,5 milliards d’années. Les observations de huit tremblements de terre ont révélé que les ondes à haute fréquence décéléraient lorsqu'elles traversaient ces régions localisées. La modélisation suggère que ces hétérogénéités représentent des débris de composition distincte, préservés en raison de l'absence de tectonique des plaques sur Mars et de son intérieur à convection lente, ce qui empêche une homogénéisation complète.

Mars possède un noyau de fer et de nickel qui est au moins partiellement fondu, avec la présence potentielle d'un noyau interne solide. Ce noyau constitue environ la moitié du rayon de Mars, mesurant entre 1 650 et 1 675 km, et se caractérise par un enrichissement en éléments légers dont le soufre, l'oxygène, le carbone et l'hydrogène. On estime que les températures du noyau varient entre 2 000 et 2 400 K, ce qui est nettement inférieur aux 5 400 et 6 230 K enregistrées pour le noyau interne solide de la Terre. L’existence d’un noyau interne solide au sein de Mars reste un domaine de recherche scientifique actif. Une enquête réalisée en 2023 utilisant les données de l’atterrisseur InSight a indiqué l’absence d’un tel noyau. Cependant, une étude ultérieure de 2025, ré-analysant les mêmes données, a rapporté la détection d'un noyau interne solide avec un rayon de 613 kilomètres (381 mi) ± 67 kilomètres (42 mi).

Géologie de surface

En tant que planète tellurique, Mars possède une surface composée de minéraux contenant du silicium, de l'oxygène, des métaux et d'autres éléments communs formant des roches. La surface martienne est principalement constituée de basalte tholéiitique ; cependant, certaines zones présentent une teneur en silice plus élevée que le basalte typique, ressemblant potentiellement à des roches andésitiques terrestres ou à du verre de silice. Les régions à faible albédo indiquent des concentrations de feldspath plagioclase, les zones du nord à faible albédo montrant spécifiquement des niveaux élevés de silicates en feuille et de verre à haute teneur en silicium. Des quantités détectables de pyroxènes à haute teneur en calcium sont présentes dans certaines parties des hautes terres du sud. De plus, des concentrations localisées d'hématite et d'olivine ont été identifiées. Une partie importante de la surface est largement recouverte de poussière d'oxyde de fer(III) à grains fins.

Les données acquises par l'atterrisseur Phoenix ont révélé que le sol martien est légèrement alcalin et contient des éléments tels que le magnésium, le sodium, le potassium et le chlore. Ces éléments, essentiels à la croissance des plantes, sont également présents dans les sols terrestres. Les expériences de Lander ont en outre démontré que le sol martien présente un pH basique de 7,7 et contient 0,6 % de perchlorate en poids, des concentrations considérées comme toxiques pour les humains.

Des stries linéaires sont répandues sur la surface martienne, avec de nouvelles formations fréquemment observées sur les pentes abruptes des cratères, des creux et des vallées. Initialement sombres, ces stries s'éclaircissent progressivement avec le temps. Originaires de petits points, ces formations peuvent s’étendre sur des centaines de mètres. Les observations indiquent qu'ils épousent souvent les contours des rochers et autres obstacles. Les hypothèses dominantes suggèrent que ces stries représentent un matériau souterrain plus sombre exposé par des avalanches de poussière brillante ou par des tourbillons de poussière. Des explications alternatives ont également été proposées, incluant des mécanismes impliquant l'eau ou même la prolifération d'organismes.

Les niveaux moyens de rayonnement environnemental sur la surface martienne sont d'environ 0,64 millisieverts par jour, ce qui est considérablement inférieur aux 1,84 millisieverts par jour (ou 22 millirads par jour) observés lors du transit vers et depuis Mars. En revanche, les niveaux de rayonnement en orbite terrestre basse, où se trouvent les stations spatiales, sont en moyenne d’environ 0,5 millisievert par jour. Hellas Planitia enregistre le rayonnement de surface le plus faible, environ 0,342 millisieverts par jour. Dans cette région, les tubes de lave au sud-ouest d'Hadriacus Mons pourraient potentiellement présenter des niveaux aussi bas que 0,064 millisieverts par jour, une valeur comparable à l'exposition aux radiations lors des vols terrestres.

Caractéristiques magnétiques

Malgré l'absence d'un champ magnétique global structuré sur Mars, les données d'observation indiquent une magnétisation localisée dans la croûte de la planète, ce qui implique une histoire d'inversions de polarité alternées dans son ancien champ dipolaire. Cette signature paléomagnétique, présente dans les minéraux magnétiquement sensibles, ressemble aux bandes alternées observées sur la croûte océanique terrestre. Une hypothèse, initialement proposée en 1999 puis réévaluée en octobre 2005 avec les données du Mars Global Surveyor, postule que ces bandes magnétiques signifient une activité tectonique des plaques sur Mars il y a environ quatre milliards d'années, précédant l'arrêt de la dynamo planétaire et la dissipation ultérieure du champ magnétique de la planète.

Géographie martienne et caractéristiques de surface

Bien qu'ils soient principalement reconnus pour leur cartographie lunaire, Johann Heinrich von Mädler et Wilhelm Beer sont considérés comme des aréographes pionniers. Leurs premières contributions consistaient à confirmer la permanence de la plupart des caractéristiques de la surface martienne et à calculer avec précision la période de rotation de la planète. En 1840, Mädler synthétisa une décennie d'observations pour produire la carte inaugurale de Mars.

Les caractéristiques de la surface martienne tirent leur nomenclature d'origines diverses. Les caractéristiques de l'albédo sont généralement désignées par des noms issus de la mythologie classique. Les cratères dépassant environ 50 kilomètres de diamètre sont nommés en l'honneur de scientifiques, d'écrivains et d'autres personnes décédés qui ont fait progresser les études martiennes de manière significative. À l’inverse, les cratères plus petits reçoivent des noms de villes et de villages comptant moins de 100 000 habitants. Les vastes vallées portent des noms dérivés des termes « Mars » ou « étoile » dans différentes langues, tandis que les petites vallées portent le nom de rivières terrestres.

De nombreuses caractéristiques d'albédo étendues conservent leurs désignations historiques, bien que celles-ci soient fréquemment révisées pour intégrer la compréhension contemporaine de leurs caractéristiques. Par exemple, Nix Olympica (qui signifie « les neiges de l'Olympe ») a été reclassé en Olympus Mons (« Mont Olympe »). Depuis la Terre, la surface martienne semble divisée en deux régions distinctes caractérisées par un albédo variable. Les plaines plus claires, composées de poussière et de sable riches en oxydes de fer rougeâtres, étaient historiquement perçues comme des « continents » martiens et par conséquent nommées, par exemple, Arabia Terra (terre d'Arabie) ou Amazonis Planitia (plaine amazonienne). À l'inverse, les caractéristiques les plus sombres ont été initialement interprétées comme des mers, ce qui a conduit à des désignations telles que Mare Erythraeum, Mare Sirenum et Aurorae Sinus. Syrtis Major Planum représente la caractéristique sombre la plus importante observable depuis la Terre. La calotte glaciaire polaire nord permanente est appelée Planum Boreum, tandis que son homologue sud est connue sous le nom de Planum Australe.

Bien que l'équateur de Mars soit défini par rotation, son premier méridien, analogue au méridien de Greenwich de la Terre, a été établi grâce à la sélection d'un point de référence arbitraire. Mädler et Beer ont initialement désigné une ligne spécifique à cet effet dans leurs cartes martiennes de 1830. Suite à l'imagerie complète fournie par le vaisseau spatial Mariner 9 en 1972, Merton E. Davies, Harold Masursky et Gérard de Vaucouleurs ont sélectionné un petit cratère, ensuite nommé Airy-0 et situé dans le Sinus Meridiani (« Middle Bay » ou « Meridian Bay »), pour définir 0,0° de longitude, en s'alignant sur la référence choisie précédemment.

Compte tenu de l'absence d'océans. et, par conséquent, un « niveau de la mer » sur Mars, une surface d'altitude nulle, devait être désignée comme donnée de référence. Cette référence est appelée aréoïde de Mars, faisant une analogie avec le géoïde terrestre. L'altitude zéro est spécifiquement définie comme l'altitude à laquelle la pression atmosphérique mesure 610,5 Pascals (6,105 millibars). Cette valeur de pression correspond au point triple de l'eau et constitue environ 0,6 % de la pression de surface au niveau de la mer (0,006 atmosphères).

À des fins cartographiques, l'United States Geological Survey divise la surface martienne en trente quadrangles, chacun nommé d'après une caractéristique d'albédo classique importante à l'intérieur de ses limites. En avril 2023, le New York Times a documenté la publication d'une carte mondiale mise à jour de Mars, compilée à partir d'images acquises par le vaisseau spatial Hope. Parallèlement, la NASA a publié une carte martienne globale beaucoup plus détaillée le 16 avril 2023.

Volcanisme martien

La vaste région des hautes terres de Tharsis abrite plusieurs volcans colossaux, notamment le volcan bouclier Olympus Mons. Cet édifice volcanique s'étend sur plus de 600 km (370 mi) de largeur. En raison de sa taille immense et de ses structures marginales complexes, déterminer avec précision sa hauteur constitue un défi. Son relief local, mesuré depuis la base des falaises le long de son flanc nord-ouest jusqu'à son sommet, dépasse 21 km (13 mi), soit plus du double de la hauteur du Mauna Kea mesurée à partir de sa base océanique. Le différentiel d'élévation total entre les plaines d'Amazonis Planitia, situées à plus de 1 000 km (620 mi) au nord-ouest, jusqu'au sommet approche 26 km (16 mi), soit environ trois fois la hauteur du mont Everest, qui mesure un peu plus de 8,8 kilomètres (5,5 mi). Par conséquent, Olympus Mons se classe soit comme la plus haute, soit comme la deuxième plus haute montagne du système solaire ; le seul prétendant connu à une plus grande hauteur est le pic Rheasilvia sur l'astéroïde Vesta, estimé à 20-25 km (12-16 mi).

Topographie d'impact

La topographie martienne présente une dichotomie frappante : les plaines du nord, lissées par des coulées de lave, contrastent fortement avec les hautes terres du sud, qui sont largement creusées et cratérisées par des impacts anciens. Hypothétiquement, il y a environ quatre milliards d'années, l'hémisphère nord de Mars pourrait avoir été impacté par un objet mesurant entre un dixième et deux tiers de la taille de la Lune terrestre. Si cette hypothèse s'avérait exacte, l'hémisphère nord martien abriterait un cratère d'impact mesurant 10 600 kilomètres sur 8 500 kilomètres (6 600 kilomètres sur 5 300 milles), une superficie à peu près équivalente à l'Europe, l'Asie et l'Australie réunies, dépassant ainsi Utopia Planitia et le bassin pôle Sud-Aitken de la Lune en tant que plus grand cratère d'impact connu du système solaire.

Mars porte les cicatrices de 43 000 habitants. cratères d'impact, chacun d'un diamètre de 5 kilomètres (3,1 mi) ou plus. Le cratère exposé le plus important est Hellas, s'étendant sur 2 300 kilomètres (1 400 mi) de largeur et atteignant 7 000 mètres (23 000 pieds) de profondeur, présentant une caractéristique à albédo élevé distinctement observable depuis la Terre. D'autres caractéristiques d'impact importantes incluent Argyre, d'environ 1 800 kilomètres (1 100 mi) de diamètre, et Isidis, mesurant environ 1 500 kilomètres (930 mi) de diamètre. En raison de sa masse et de sa taille comparativement plus petites, Mars connaît environ la moitié de la probabilité d'événements d'impact par rapport à la Terre. Sa proximité avec la ceinture d'astéroïdes augmente cependant sa susceptibilité aux impacts de matériaux provenant de là. De plus, Mars est plus fréquemment impactée par des comètes à courte période, c'est-à-dire, celles dont les orbites sont confinées dans celle de Jupiter.

La morphologie de certains cratères martiens suggère que la matière souterraine est devenue saturée d'eau suite à l'impact météoritique.

Caractéristiques tectoniques

Valles Marineris, un immense système de canyons (du latin « Mariner Valleys », également appelé historiquement Agathodaemon sur les anciennes cartes de canaux), s'étend sur 4 000 km (2 500 mi) et atteint des profondeurs allant jusqu'à 7 km (4,3 mi). Sa longueur est comparable à celle de l'ensemble du continent européen, couvrant environ un cinquième de la circonférence de Mars. En revanche, le Grand Canyon terrestre ne mesure que 446 kilomètres (277 mi) de longueur et près de 2 kilomètres (1,2 mi) de profondeur. La formation de Valles Marineris est attribuée au soulèvement de la région de Tharsis, qui a ensuite conduit à l'effondrement de la croûte à proximité du canyon. Une proposition de 2012 suggérait que Valles Marineris fonctionne non seulement comme un graben, mais comme une frontière de plaques présentant 150 kilomètres (93 mi) de mouvement transversal, ce qui implique l'existence potentielle d'un système tectonique à deux plaques sur Mars.

Caractéristiques souterraines et grottes

Les données acquises par le système d'imagerie par émission thermique (THEMIS) sur l'orbiteur Mars Odyssey de la NASA ont identifié sept entrées potentielles de grottes situées sur les flancs du volcan Arsia Mons. Ces grottes, officieusement appelées « sept sœurs » et nommées d'après les proches des découvreurs, représentent d'importantes ouvertures souterraines. Les entrées de ces cavernes mesurent de 100 à 252 mètres (328 à 827 pieds) de largeur, avec des profondeurs minimales estimées de 73 à 96 mètres (240 à 315 pieds). Étant donné que la lumière du soleil ne pénètre pas jusqu'au fond de la plupart de ces grottes, leurs profondeurs réelles peuvent dépasser considérablement ces estimations initiales, s'étendant potentiellement considérablement sous la surface. La seule exception est « Dena », dont le sol est visible et a été mesuré à une profondeur de 130 mètres (430 pieds). L'intérieur de ces formations souterraines pourrait offrir une protection contre les micrométéoroïdes, les rayons ultraviolets, les éruptions solaires et les particules à haute énergie qui impactent sans cesse la surface martienne.

Autres caractéristiques géologiques

Atmosphère

Mars a connu la perte de sa magnétosphère il y a environ 4 milliards d'années, potentiellement à la suite de nombreux impacts d'astéroïdes. Cette absence permet au vent solaire d'interagir directement avec l'ionosphère martienne, réduisant ainsi la densité atmosphérique en éliminant les atomes de la couche externe. Les missions Mars Global Surveyor et Mars Express ont détecté des particules atmosphériques ionisées se dissipant dans l'espace derrière Mars, un phénomène actuellement étudié par l'orbiteur MAVEN. Par rapport à la Terre, l’atmosphère martienne est considérablement raréfiée. La pression atmosphérique en surface varie actuellement d'un minimum de 30 Pa (0,0044 psi) sur Olympus Mons à plus de 1 155 Pa (0,1675 psi) en Hellas Planitia, avec une pression de surface moyenne de 600 Pa (0,087 psi). La densité atmosphérique maximale sur Mars est équivalente à celle trouvée à une altitude de 35 kilomètres (22 mi) au-dessus de la surface de la Terre. Par conséquent, la pression moyenne à la surface ne constitue que 0,6 % des 101,3 kPa (14,69 psi) de la Terre. La hauteur à l'échelle atmosphérique est d'environ 10,8 kilomètres (6,7 mi), ce qui dépasse les 6 kilomètres (3,7 mi) de la Terre, car la gravité à la surface de Mars ne représente qu'environ 38 % de celle de la Terre.

L'atmosphère martienne est composée d'environ 96 % de dioxyde de carbone, 1,93 % d'argon et 1,89 % d'azote, ainsi que des traces d'oxygène et d'eau. Cette atmosphère est notamment poussiéreuse, contenant des particules d'un diamètre d'environ 1,5 μm, qui confèrent une coloration fauve au ciel martien vu de la surface. La présence de particules d'oxyde de fer en suspension peut également contribuer à une teinte rose.

Malgré des détections récurrentes de méthane sur Mars, un consensus scientifique définitif concernant son origine reste insaisissable. Une hypothèse suggère que le méthane est présent sur Mars et présente des fluctuations saisonnières de concentration. L'existence du méthane pourrait résulter de processus non biologiques, tels que la serpentinisation impliquant l'eau, le dioxyde de carbone et le minéral olivine, dont on sait qu'elle est répandue sur Mars, ou bien, de la vie martienne existante.

Par rapport à la Terre, la concentration plus élevée de CO₂ atmosphérique et la pression de surface plus faible sur Mars contribuent probablement à une atténuation acoustique accrue, où les sources acoustiques naturelles sont rares en dehors du vent. L'analyse des enregistrements acoustiques recueillis par le rover Perseverance indique que la vitesse du son sur Mars est d'environ 240 m/s pour les fréquences inférieures à 240 Hz et 250 m/s pour les fréquences plus élevées.

Des aurores ont été observées sur Mars. Étant donné l'absence de champ magnétique global sur Mars, les caractéristiques et la répartition spatiale de ses aurores diffèrent de celles de la Terre ; plutôt que d’être principalement confinée aux régions polaires, une aurore martienne peut englober la planète entière. En septembre 2017, la NASA a signalé un doublement temporaire des niveaux de rayonnement sur la surface martienne, corrélé à une aurore 25 fois plus brillante que toutes celles enregistrées précédemment, attribuée à une tempête solaire intense et imprévue survenue au milieu du mois.

Climat

Mars connaît des saisons qui alternent entre ses hémisphères nord et sud, analogues à la Terre. De plus, l'orbite de Mars possède une plus grande excentricité que celle de la Terre, ce qui conduit à un périhélie se produisant pendant l'été de l'hémisphère sud et l'hiver de l'hémisphère nord, et à un aphélie coïncidant avec l'hiver de l'hémisphère sud et l'été de l'hémisphère nord. Par conséquent, les saisons de l’hémisphère sud sont plus extrêmes, tandis que les saisons de l’hémisphère nord sont plus douces qu’elles ne le seraient autrement. Les températures estivales dans le sud peuvent dépasser les températures estivales équivalentes dans le nord jusqu'à 30 °C (54 °F).

Les températures de la surface martienne fluctuent considérablement, allant de minimales d'environ -110 °C (-166 °F) à des maximales allant jusqu'à 35 °C (95 °F) pendant l'été équatorial. Cette plage de température importante est attribuable à la capacité limitée de la fine atmosphère à retenir la chaleur solaire, à la faible pression atmosphérique (environ 1 % de l'atmosphère terrestre) et à la faible inertie thermique du sol martien. La planète est située 1,52 fois plus loin du Soleil que la Terre, ce qui représente seulement 43 % de l'insolation solaire reçue par la Terre.

Mars abrite les plus grandes tempêtes de poussière du système solaire, avec des vitesses de vent dépassant 160 km/h (100 mph). L’ampleur de ces tempêtes peut aller d’événements localisés à des systèmes colossaux qui enveloppent la planète entière. Ils se manifestent généralement lorsque Mars est la plus proche du Soleil et il a été démontré qu’ils élèvent les températures mondiales. De plus, les processus saisonniers conduisent à la formation de couches de neige carbonique sur les calottes glaciaires polaires.

Hydrologie

Bien que Mars possède des quantités substantielles d'eau, la majorité existe sous forme de glace d'eau recouverte de poussière au sein de ses calottes polaires. Si la glace d'eau de la calotte polaire sud fondait, elle produirait un volume suffisant pour inonder la majeure partie de la surface planétaire jusqu'à une profondeur de 11 mètres (36 pieds).

L'eau liquide est incapable de persister sur la surface martienne en raison de la pression atmosphérique extrêmement basse de la planète, qui constitue moins de 1 % de celle de la Terre. Ce n'est que dans les régions topographiques les plus basses que les conditions de pression et de température deviennent adéquates pour l'existence transitoire de l'eau liquide.

Malgré la présence minime d'eau dans l'atmosphère, elle suffit à générer des nuages ​​de glace d'eau, diverses formes de neige et du givre, fréquemment mêlés à de la neige carbonique au dioxyde de carbone.

Hydrosphère antique

Les caractéristiques géomorphologiques martiennes fournissent des preuves irréfutables de l'existence passée d'eau liquide à la surface de la planète. Environ 25 vastes étendues linéaires de terrain érodé, appelées canaux d'écoulement, traversent la surface. Ces formations sont généralement interprétées comme des vestiges d'érosion résultant du rejet catastrophique d'eau des aquifères souterrains, bien que d'autres hypothèses proposent leur origine à une activité glaciaire ou volcanique. Un exemple marquant, Ma'adim Vallis, s'étend sur 700 kilomètres (430 mi) de longueur, dépassant largement le Grand Canyon, avec une largeur de 20 kilomètres (12 mi) et des profondeurs localisées atteignant 2 kilomètres (1,2 mi). On pense que cette caractéristique a été sculptée par l’eau qui coulait au début de l’histoire martienne. On estime que le plus récent de ces canaux s'est formé il y a seulement quelques millions d'années.

Dans d'autres régions, en particulier dans les terrains martiens les plus anciens, des réseaux complexes de vallées dendritiques sont largement répartis sur des parties substantielles du paysage. Les caractéristiques morphologiques et la disposition spatiale de ces vallées suggèrent fortement leur formation par ruissellement généré par les précipitations au début de l'histoire martienne. Bien que l'écoulement des eaux souterraines et le prélèvement des eaux souterraines puissent avoir contribué à titre de facteurs secondaires importants dans certains réseaux, les précipitations sont considérées comme le principal mécanisme responsable de l'incision dans presque tous les cas.

Des milliers de caractéristiques ressemblant à des ravins terrestres sont observées le long des parois des cratères et des canyons. Ces ravins sont principalement situés dans les hautes terres de l’hémisphère sud, orientés vers l’équateur et situés au pôle de 30° de latitude. Plusieurs chercheurs proposent que leur processus de formation implique de l'eau liquide, probablement dérivée de la fonte des glaces, tandis que d'autres soutiennent des mécanismes impliquant le gel du dioxyde de carbone ou le transport de poussière sèche. L'absence de ravines partiellement dégradées en raison de l'altération et l'absence de cratères d'impact superposés suggèrent qu'il s'agit de formations géologiques récentes, potentiellement actives. Des formations géologiques supplémentaires, notamment des deltas et des cônes alluviaux préservés dans les cratères, fournissent une confirmation supplémentaire des périodes de conditions plus chaudes et plus humides au cours de l'histoire ancienne de Mars. Ces conditions nécessitent intrinsèquement la présence étendue de lacs de cratère sur une partie importante de la surface, une hypothèse étayée par des données minéralogiques, sédimentologiques et géomorphologiques indépendantes. De plus, la détection de minéraux spécifiques comme l'hématite et la goethite, qui précipitent tous deux généralement en présence d'eau, offre des preuves supplémentaires de l'existence passée d'eau liquide à la surface de Mars.

Observations historiques et découvertes de preuves sur l'eau

La détection spectroscopique de la signature chimique de la vapeur d'eau sur Mars a été établie sans équivoque pour la première fois en 1963 à l'aide d'un télescope terrestre. En 2004, le rover Opportunity a identifié la jarosite minérale. La formation de jarosite se produit exclusivement dans des environnements aqueux acides, indiquant ainsi la présence passée d'eau sur Mars. Le rover Spirit a découvert des gisements concentrés de silice en 2007, suggérant des conditions humides historiques, et en décembre 2011, le rover Mars Opportunity de la NASA a localisé du gypse, un autre minéral formé en présence d'eau, à la surface. La teneur estimée en eau du manteau supérieur de Mars, manifestée sous forme d'ions hydroxyles dans les minéraux martiens, est comparable ou supérieure à celle de la Terre, allant de 50 à 300 parties par million d'eau, une quantité suffisante pour couvrir la planète entière jusqu'à une profondeur de 200 à 1 000 mètres (660 à 3 280 pieds).

Le 18 mars 2013, la NASA a divulgué les résultats des instruments à bord du rover Curiosity, indiquant une hydratation minérale, en particulier du sulfate de calcium hydraté, dans divers échantillons de roches. Ces échantillons comprenaient des fragments de roches « Tintina » et « Sutton Inlier », ainsi que des veines et des nodules d'autres formations telles que les roches « Knorr » et « Wernicke ». Une analyse ultérieure par l'instrument Dynamic Albedo of Neutrons (DAN) du rover a révélé de l'eau souterraine, avec des concentrations allant jusqu'à 4 % en masse, s'étendant jusqu'à une profondeur de 60 centimètres (24 pouces). Ces preuves ont été recueillies lors du voyage du rover depuis le site de Bradbury Landing jusqu'à la région de la Baie de Yellowknife sur le terrain de Glenelg. En septembre 2015, la NASA a en outre annoncé des preuves substantielles d'écoulements de saumure hydratée au sein de lignes de pente récurrentes, dérivées de données spectrométriques de zones de pente sombres. Ces stries présentent un écoulement descendant pendant l'été martien, lorsque les températures dépassent −23 °C, et se solidifient à des températures plus froides. Ces observations ont initialement corroboré des hypothèses antérieures, basées sur le moment de la formation et les taux de croissance, suggérant que ces stries sombres étaient causées par l'écoulement des eaux souterraines. Néanmoins, des recherches ultérieures ont proposé que ces lignes pourraient plutôt représenter des écoulements secs et granulaires, l'eau jouant tout au plus un rôle mineur dans leur initiation. Par conséquent, une détermination concluante concernant la présence, l'étendue et la fonction de l'eau liquide à la surface de Mars reste non résolue.

Une hypothèse dominante parmi les chercheurs postule qu'une partie importante des basses plaines du nord de la planète était autrefois submergée sous un océan de plusieurs centaines de mètres de profondeur, bien que cette théorie continue d'être débattue. En mars 2015, des scientifiques ont estimé qu'un océan martien aussi ancien aurait pu rivaliser avec la taille de l'océan Arctique terrestre. Cette estimation était basée sur la comparaison du rapport protium/deutérium dans l’atmosphère martienne contemporaine avec celle de la Terre. L'abondance de deutérium martienne observée (D/H = 9,3 ± 1,7 10⁻⁴) est cinq à sept fois supérieure à celle de la Terre (D/H = 1,56 10⁻⁴), ce qui implique que l'ancienne Mars possédait des volumes d'eau considérablement plus élevés. Des données antérieures du rover Curiosity avaient également détecté un taux de deutérium élevé dans le cratère Gale, mais pas suffisamment élevé pour indiquer avec certitude un ancien océan. Cependant, d'autres scientifiques recommandent la prudence, notant que ces résultats manquent de confirmation indépendante et que les modèles climatiques martiens actuels ne démontrent pas encore de conditions passées suffisamment chaudes pour entretenir de vastes masses d'eau liquide. Adjacent à la calotte polaire nord se trouve le cratère Korolev de 81,4 kilomètres (50,6 milles) de large, que l'orbiteur Mars Express a identifié comme contenant environ 2 200 kilomètres cubes (530 milles cubes) de glace d'eau.

En novembre 2016, la NASA a annoncé la découverte d'un important réservoir de glace souterraine dans la région d'Utopia Planitia. Le volume estimé de cette eau détectée est comparable à celui du lac Supérieur, qui contient 12 100 kilomètres cubes. De plus, entre 2018 et 2021, ExoMars Trace Gas Orbiter a identifié des traces d'eau, probablement sous forme de glace souterraine, dans le système de canyons Valles Marineris.

Mouvement orbital

Mars maintient une distance orbitale moyenne d'environ 230 millions de kilomètres (143 millions de miles) du Soleil, complétant une orbite en 687 jours terrestres. Un jour solaire martien, ou sol, est légèrement plus long qu'un jour terrestre, puisqu'il dure 24 heures, 39 minutes et 35,244 secondes. Par conséquent, une année martienne équivaut à 1,8809 années terrestres, soit 1 an, 320 jours et 18,2 heures. La différence de potentiel gravitationnel, et donc le delta-v requis pour le transfert interplanétaire entre Mars et la Terre, est la deuxième plus basse parmi les corps du système solaire par rapport à la Terre.

Mars présente une inclinaison axiale de 25,19° par rapport à son plan orbital, une valeur comparable à l'inclinaison axiale de la Terre. Cette similarité se traduit par la présence de saisons distinctes sur Mars, analogues à celles de la Terre, quoique presque deux fois plus longues en raison de la période orbitale prolongée de Mars. Actuellement, le pôle nord martien est orienté à proximité de l'étoile Deneb.

Mars possède une excentricité orbitale particulièrement prononcée, d'environ 0,09, qui n'est surpassée que par Mercure parmi les sept autres planètes du système solaire. Les données astronomiques historiques indiquent que l'orbite de Mars était considérablement plus circulaire dans le passé. Par exemple, il y a 1,35 million d'années terrestres, son excentricité était d'environ 0,002, ce qui est nettement inférieur à l'excentricité actuelle de la Terre. Le cycle de l'excentricité orbitale de Mars s'étend sur 96 000 années terrestres, contrairement au cycle terrestre de 100 000 ans.

L'approche la plus proche de Mars à la Terre, connue sous le nom d'opposition, se produit au cours d'une période synodique de 779,94 jours. Ce phénomène ne doit pas être confondu avec une conjonction martienne, qui décrit une configuration dans laquelle la Terre et Mars sont positionnées sur des côtés opposés du système solaire, formant un alignement colinéaire avec le Soleil. Alors que l'intervalle moyen entre les oppositions martiennes successives, sa période synodique, est de 780 jours, la durée réelle peut fluctuer de 764 à 812 jours. La distance lors de ces approches rapprochées varie d'environ 54 à 103 millions de km (34 à 64 millions de mi), une variabilité attribuée à la nature elliptique des orbites des deux planètes, affectant par conséquent leur taille angulaire apparente. À l’inverse, à leur séparation maximale, Mars et la Terre peuvent être distantes l’une de l’autre jusqu’à 401 millions de kilomètres (249 millions de mi). L’opposition martienne par rapport à la Terre se produit environ tous les 2,1 ans. Notamment, des oppositions coïncidant avec le périhélie de Mars se sont produites en 2003, 2018 et 2035, les événements de 2020 et 2033 présentant une proximité particulièrement étroite avec l'opposition périhélique.

Mars présente une magnitude apparente moyenne de +0,71, avec un écart type de 1,05. En raison de l'excentricité de l'orbite de Mars, sa magnitude lors de l'opposition au Soleil peut varier entre environ −3,0 et −1,4. La luminosité minimale de la planète, enregistrée à une magnitude de +1,86, se produit lorsqu'elle est proche de l'aphélie et en conjonction avec le Soleil. Lorsqu'elle est la plus brillante, Mars, aux côtés de Jupiter, se classe au deuxième rang derrière Vénus en termes de luminosité apparente. En règle générale, Mars présente une teinte jaune, orange ou rouge distincte. À sa distance maximale de la Terre, Mars est plus de sept fois plus éloignée que lors de son approche la plus proche. Les conditions d'observation optimales pour Mars, caractérisées par sa proximité, se produisent généralement une ou deux fois au cours de cycles de 15 ou 17 ans. Même lors des approches les plus proches de la Terre et de Mars, les télescopes optiques au sol sont généralement contraints de résoudre des caractéristiques d'une taille d'environ 300 kilomètres (190 mi), principalement en raison des interférences atmosphériques sur Terre.

À l'approche de l'opposition, Mars initie une phase de mouvement rétrograde, au cours de laquelle elle semble reculer selon une trajectoire en boucle par rapport au champ stellaire de fond. Cette période rétrograde s'étend sur environ 72 jours, Mars atteignant sa luminosité apparente maximale au milieu de cet intervalle.

Satellites

Mars possède deux satellites naturels relativement petits, Phobos (environ 22 km (14 mi) de diamètre) et Deimos (environ 12 km (7,5 mi) de diamètre), qui orbitent autour de la planète à des distances de 9 376 km (5 826 mi) et 23 460 km (14 580 mi), respectivement. La genèse de ces lunes reste incertaine, bien qu'une hypothèse répandue postule que leur origine serait des astéroïdes capturés gravitationnellement sur l'orbite martienne.

Ces deux satellites ont été découverts en 1877 par Asaph Hall et nommés par la suite en hommage aux jumeaux grecs mythologiques Phobos (la personnification de la panique et de la peur) et Deimos (la personnification de la terreur et de l'effroi), qui servaient de compagnons de combat à leur père Ares, le dieu de la guerre. Mars, la divinité romaine, est la contrepartie de l'Arès grec. En grec contemporain, la planète continue d'être désignée par son ancienne désignation, Ares (Aris : Άρης).

Observée depuis la surface martienne, la dynamique orbitale de Phobos et Deimos diverge considérablement de celle de la Lune terrestre. Phobos présente un mouvement anormal, s'élevant à l'ouest, se couchant à l'est et réapparaissant dans un intervalle de seulement 11 heures. Deimos, positionné juste au-delà d'une orbite synchrone – un état dans lequel sa période orbitale s'alignerait sur la période de rotation de la planète – monte de manière prévisible vers l'est, bien qu'à un rythme réduit. Étant donné que l'orbite de Phobos se situe sous une altitude synchrone, les forces de marée martiennes diminuent progressivement son rayon orbital. D'ici environ 50 millions d'années, Phobos devrait heurter la surface martienne ou se désintégrer, formant un système d'anneaux autour de la planète.

La genèse de ces deux satellites reste incomplètement comprise. Leur faible albédo et leur composition, caractéristiques des chondrites carbonées, ont été interprétés comme révélateurs d'origines astéroïdiennes, accréditant ainsi une hypothèse de capture. L'orbite intrinsèquement instable de Phobos suggère en outre un événement de capture relativement récent. Cependant, les deux satellites maintiennent des orbites circulaires à proximité immédiate de l’équateur martien, une configuration atypique pour les corps capturés, et la dynamique de capture requise est intrinsèquement complexe. Bien que l’accrétion au cours des premiers stades de l’histoire martienne présente un mécanisme de formation plausible, elle n’expliquerait pas de manière adéquate une composition plus proche des astéroïdes que de Mars elle-même, en supposant qu’une telle similarité de composition soit justifiée. De plus, on suppose que Mars possède des lunes non découvertes, allant potentiellement de 50 à 100 mètres (160 à 330 pieds) de diamètre, et qu'un anneau de poussière devrait résider dans la région orbitale entre Phobos et Deimos.

Une troisième hypothèse concernant leur origine en tant que satellites martiens implique la participation d'un corps céleste supplémentaire ou une forme de perturbation d'impact. Des preuves plus récentes, indiquant que Phobos possède un intérieur très poreux et une composition principalement de phyllosilicates et d'autres minéraux trouvés sur Mars, suggèrent que Phobos proviendrait d'un matériau éjecté par un impact martien qui s'est ensuite réaccrété en orbite, reflétant la théorie dominante pour la Lune terrestre. Alors que les spectres visible et proche infrarouge (VNIR) des lunes de Mars ressemblent à ceux des astéroïdes de la ceinture externe, les spectres infrarouge thermique de Phobos ont été signalés comme incompatibles avec toute classe de chondrites. Alternativement, Phobos et Deimos peuvent représenter des fragments d'une lune plus ancienne et plus grande, formée à partir de débris suite à un impact significatif sur Mars, qui a ensuite été détruite par un impact plus récent sur ce satellite.

Plus récemment, une étude de recherche multinationale a proposé l'existence passée d'une lune perdue, estimée à au moins quinze fois la taille de Phobos. Grâce à l'analyse des formations géologiques sur Mars révélatrices des processus de marée, on émet l'hypothèse que ces marées pourraient avoir été régulées par cette ancienne lune.

Observations et exploration humaines

Le registre historique des observations martiennes est caractérisé par des oppositions, des périodes pendant lesquelles la planète est la plus proche de la Terre et donc la plus facilement visible, se produisant environ tous les deux ans. Les oppositions périhéliques sont particulièrement remarquables, se distinguant par la proximité de Mars avec son périhélie, ce qui se traduit par une approche encore plus rapprochée de la Terre.

Observations anciennes

Les anciens Sumériens désignaient Mars comme Nergal, la divinité de la guerre et de la peste. À l'époque sumérienne, Nergal avait une importance mineure, mais plus tard, son principal centre de culte fut établi à Ninive. Les textes mésopotamiens identifient Mars comme « l'étoile du jugement du sort des morts ». Les astronomes de l'Égypte ancienne ont également documenté Mars comme un objet céleste errant et, en 1534 avant notre ère, ils avaient reconnu le mouvement rétrograde de la planète. Durant l’Empire néo-babylonien, les astronomes babyloniens enregistraient méticuleusement les positions des planètes et observaient systématiquement leur comportement. Pour Mars, ils ont déterminé que la planète effectuait 37 périodes synodiques, ou 42 circuits du zodiaque, tous les 79 ans, et ont développé des méthodes arithmétiques pour des corrections mineures des positions planétaires prévues. Dans la Grèce antique, la planète était connue sous le nom de Πυρόεις. L'appellation grecque courante pour la planète désormais identifiée comme Mars était Ares. Les Romains ont ensuite donné le nom de Mars, en l'honneur de leur dieu de la guerre, souvent symbolisé par l'épée et le bouclier associés à l'homonyme de la planète.

Au quatrième siècle avant notre ère, Aristote a observé une occultation de Mars par la Lune, déduisant que la planète était située à une plus grande distance. Ptolémée, un érudit grec résidant à Alexandrie, s'est efforcé de modéliser le mouvement orbital de Mars. Le modèle astronomique de Ptolémée et son œuvre complète ont été compilés dans une collection en plusieurs volumes appelée plus tard l'Almageste (dérivé de l'arabe pour « le plus grand »), qui a servi de traité faisant autorité sur l'astronomie occidentale pour les quatorze siècles suivants. La littérature chinoise ancienne confirme que Mars a été reconnue par les astronomes chinois au plus tard au quatrième siècle avant notre ère. Dans les cultures d'Asie de l'Est, Mars est conventionnellement appelée « étoile de feu » (火星), conformément au système Wuxing.

Premières observations modernes

En 1609, Johannes Kepler a publié une étude d'une décennie sur l'orbite martienne, utilisant les mesures de Tycho Brahe de la parallaxe diurne de Mars pour établir un calcul préliminaire de la distance relative de la planète. À partir des observations de Brahe sur Mars, Kepler a déduit que la planète suivait une trajectoire elliptique plutôt que circulaire autour du Soleil. De plus, Kepler a démontré que la vitesse orbitale de Mars augmentait à l'approche du Soleil et diminuait lors de son retrait, un phénomène ensuite élucidé par les physiciens comme une manifestation de la conservation du moment cinétique.

La première application astronomique d'un télescope, englobant les observations de Mars, a été réalisée par l'astronome italien Galileo Galilei en 1610. Par la suite, la parallaxe diurne de Mars a été remesurée à l'aide d'un télescope pour déterminer la distance Soleil-Terre, un exploit accompli pour la première fois par Giovanni Domenico Cassini en 1672. Cependant, la précision de ces premières mesures de parallaxe était limitée par la qualité rudimentaire des données disponibles. instruments. Notamment, la seule occultation enregistrée de Mars par Vénus a eu lieu le 13 octobre 1590 et a été observée par Michael Maestlin à Heidelberg.

"Canaux" martiens

Au XIXe siècle, les progrès de la résolution des télescopes ont permis d'identifier les caractéristiques de la surface martienne. Une opposition périhélique de Mars s'est produite le 5 septembre 1877, incitant l'astronome italien Giovanni Schiaparelli à utiliser un télescope de 22 centimètres (8,7 pouces) à Milan pour créer la première carte complète de Mars. Cette carte représentait clairement des éléments qu'il a désignés comme canali, qui, à l'exception du canyon naturel Valles Marineris, ont ensuite été déterminés comme étant des illusions d'optique. Ces prétendus canaux ont été décrits comme des formations étendues et linéaires sur la surface martienne, auxquelles Schiaparelli a attribué des noms de rivières terrestres importantes. Bien que son terme original signifie « canaux » ou « grooves », il a été largement et inexactement rendu en anglais par « canaux ».

Inspiré par ces observations, l'orientaliste Percival Lowell a créé un observatoire équipé de télescopes de 30 et 45 centimètres (12 et 18 pouces). Cette installation était dédiée à l'exploration martienne lors de l'opposition optimale de 1894 et des alignements ultérieurs moins favorables. Lowell est l'auteur de plusieurs livres influents sur Mars et la vie extraterrestre potentielle, ayant un impact significatif sur la perception du public. Les canaux ont également été signalés de manière indépendante par d'autres astronomes, notamment Henri Joseph Perrotin et Louis Thollon à Nice, qui utilisaient l'un des plus grands télescopes de l'époque.

Les variations saisonnières observées, caractérisées par le retrait des calottes polaires et l'émergence de régions sombres pendant les étés martiens, associées à la présence de « canaux », ont alimenté de nombreuses spéculations sur la vie sur Mars. Pendant longtemps, il a été largement admis que Mars abritait de vastes mers et une vaste végétation. Cependant, avec le déploiement de télescopes de plus en plus grands, le nombre de canaux longs et droits observés a diminué. Notamment, lors des observations d'Antoniadi en 1909 à l'aide d'un télescope de 84 centimètres (33 pouces), des motifs de surface irréguliers ont été identifiés, mais aucun canal n'était discernable.

Exploration initiale du vaisseau spatial

Le Mars 1 de l'Union soviétique représentait le premier vaisseau spatial lancé depuis la Terre et destiné à Mars, effectuant un survol en 1963, bien que la communication ait été perdue pendant son transit. Par la suite, Mariner 4 de la NASA est devenu le premier vaisseau spatial à transmettre avec succès des données depuis Mars. Lancé le 28 novembre 1964, il a atteint son approche planétaire la plus proche le 15 juillet 1965. Mariner 4 a identifié une faible ceinture de rayonnement martienne, d'environ 0,1 % de la force de celle de la Terre, et a acquis les premières images de l'espace profond d'une autre planète.

L'arrivée d'un vaisseau spatial sur Mars dans les années 1960 et 1970 a fondamentalement remis en question de nombreuses perceptions préexistantes de la planète. planète. Suite aux résultats des expériences de détection de vie Viking, le consensus scientifique dominant s'est déplacé vers l'hypothèse d'une planète géologiquement inactive. Les données acquises avec Mariner 9 et Viking ont facilité la création de cartes martiennes plus précises.

Reprise de l'exploration

Entre l'arrêt de Viking 1 en 1982 et 1997, Mars n'a été la destination que de trois sondes infructueuses : Phobos 1 (1988) et Mars Observer (1993), qui ont effectué des survols sans établir de contact, et Phobos 2 (1989), qui a connu un dysfonctionnement orbital avant d'atteindre sa cible prévue, Phobos.

En 1997, Mars Pathfinder a été le premier à réussir. mission rover au-delà de la Lune. Cette mission, aux côtés de Mars Global Surveyor (opérationnelle jusqu'à fin 2006), a initié une présence robotique continue et active sur Mars qui persiste jusqu'à nos jours. Ces missions ont généré des cartes complètes et très détaillées de la topographie martienne, de son champ magnétique et de la composition minérale de la surface.

À la suite de ces missions pionnières, une gamme diversifiée de vaisseaux spatiaux avancés sans équipage, comprenant des orbiteurs, des atterrisseurs et des rovers, a été envoyé sur Mars. Des missions réussies ont été menées par la NASA (États-Unis), la JAXA (Japon), l'ESA, le Royaume-Uni, l'ISRO (Inde), Roscosmos (Russie), les Émirats arabes unis et la CNSA (Chine). Ces efforts visent à étudier la surface, le climat et la géologie de la planète, élucidant ainsi les composants historiques et les processus dynamiques de l'hydrosphère martienne, ainsi que les preuves potentielles de la vie ancienne.

Missions en cours

À partir de 2023, Mars héberge dix vaisseaux spatiaux opérationnels.

Actuellement, huit vaisseaux spatiaux opérationnels sont en orbite autour de Mars : 2001 Mars Odyssey, Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN, ExoMars Trace Gas Orbiter, l'orbiteur Hope et Tianwen-1. orbiteur.

De plus, deux rovers sont actifs sur la surface martienne : le Mars Science Laboratory Curiosity et le Perseverance.

Des cartes martiennes complètes sont accessibles en ligne via diverses plateformes, telles que Google Mars. La NASA propose deux ressources numériques dédiées : Mars Trek, qui présente des visualisations planétaires dérivées de cinq décennies de données exploratoires, et Experience Curiosity, une simulation interactive permettant aux utilisateurs de naviguer sur Mars en 3D avec le rover Curiosity.

Missions futures

Les missions à venir ciblant Mars incluent :

• Le vaisseau spatial EscaPADE de la NASA, dont le lancement est prévu le 13 novembre 2025.
• La mission du rover Rosalind Franklin, destinée à détecter des preuves de vie ancienne, visait initialement un lancement en 2018, mais a connu de nombreux reports, son premier lancement étant désormais prévu pour 2028. L'initiative a reçu un financement renouvelé et a été redémarrée en 2024.
• Un concept de mission collaborative NASA-ESA, axé sur la récupération d'échantillons martiens, est actuellement envisagé pour un lancement en 2026.
• Le lancement de la mission chinoise Tianwen-3, conçue pour le retour d'échantillons, est prévu pour 2028 ou 2030.

En février 2024, les débris accumulés lors de ces missions dépassaient sept tonnes, comprenant principalement des vaisseaux spatiaux écrasés et défunts ainsi que des composants largués.

En avril 2024, la NASA a chargé plusieurs entités commerciales de mener des études sur la fourniture de services qui feraient progresser les efforts scientifiques robotiques sur Mars. Les principaux domaines d'intervention comprennent l'infrastructure de télécommunications, le transport de charges utiles et les capacités d'imagerie de surface.

Habitabilité et potentiel d'habitation humaine

À la fin du XIXe siècle, la communauté astronomique présumait largement que Mars possédait des attributs propices à la vie, tels que l'oxygène et l'eau. Néanmoins, en 1894, W. W. Campbell de l'Observatoire Lick rapportait que « si de la vapeur d'eau ou de l'oxygène sont présents dans l'atmosphère de Mars, ils sont en quantités trop faibles pour être détectés par les spectroscopes alors disponibles ». Cette découverte a remis en question de nombreuses mesures contemporaines et a d’abord suscité le scepticisme. Campbell et V. M. Slipher ont reproduit l'enquête en 1909, en utilisant des instruments améliorés, mais ont abouti à des conclusions identiques. La notion dominante d'une habitabilité semblable à celle de la Terre sur Mars n'a pas été définitivement réfutée jusqu'à ce que W. S. Adams corrobore ces découvertes en 1925. Malgré cela, les publications concernant la biologie martienne ont persisté jusque dans les années 1960, attribuant souvent les changements saisonniers martiens à des processus biologiques plutôt qu'à des explications alternatives.

La compréhension scientifique contemporaine de l'habitabilité planétaire, définie comme la capacité du monde à favoriser des conditions environnementales propices à la genèse de la vie, donne la priorité planètes comportant de l’eau liquide à la surface. Cela nécessite généralement une orbite planétaire à l'intérieur de la zone habitable, qui, pour le Soleil, est estimée s'étendre de l'orbite de la Terre à approximativement celle de Mars. Bien que Mars entre brièvement dans cette zone au périhélie, son atmosphère ténue et à basse pression exclut la présence prolongée d'eau liquide sur de vastes zones. Les preuves historiques de l'écoulement d'eau liquide sur Mars indiquent son potentiel passé d'habitabilité. Cependant, des découvertes récentes suggèrent que les eaux de surface martiennes existantes pourraient avoir été excessivement salées et acides pour soutenir des formes de vie terrestres typiques.

Les conditions environnementales martiennes présentent des obstacles importants au maintien de la vie organique. La planète présente un transfert de chaleur minimal à sa surface, possède une protection inadéquate contre le bombardement du vent solaire en raison de l'absence de magnétosphère et n'a pas une pression atmosphérique suffisante pour maintenir l'eau à l'état liquide, la faisant se sublimer directement en gaz. Mars semble être en grande partie, sinon entièrement, géologiquement inerte ; l'arrêt de l'activité volcanique a apparemment interrompu le recyclage crucial des produits chimiques et des minéraux entre la surface et l'intérieur de la planète.

Des preuves planétaires indiquent que Mars était autrefois beaucoup plus propice à la vie que son état actuel ; cependant, l’existence passée des organismes vivants reste une question non résolue. Les sondes Viking du milieu des années 1970 ont mené des expériences visant à identifier des micro-organismes dans le sol martien sur leurs sites d'atterrissage respectifs et ont donné des indications positives, telles qu'une élévation transitoire de la génération de CO§34§ lors d'une exposition à de l'eau et des solutions nutritives. Ces premiers résultats ont ensuite été contestés par la communauté scientifique, initiant un discours permanent. Le scientifique de la NASA, Gilbert Levin, soutient notamment que les missions Viking pourraient effectivement avoir détecté une activité biologique. Un examen réalisé en 2014 de la météorite martienne EETA79001 a révélé des ions chlorate, perchlorate et nitrate présents à des concentrations suffisamment élevées pour impliquer leur distribution omniprésente sur Mars. Les rayons ultraviolets et les rayons X convertiraient ces ions chlorate et perchlorate en composés oxychlorés hautement réactifs, suggérant ainsi que toute molécule organique existante nécessiterait un enfouissement souterrain pour sa préservation.

La détection de traces de méthane et de formaldéhyde par les orbiteurs martiens a été présentée comme une preuve potentielle de processus biologiques, étant donné la dégradation rapide de ces composés chimiques dans l'atmosphère martienne. À l’inverse, ces composés pourraient être continuellement régénérés par l’activité volcanique ou d’autres mécanismes géologiques, comme la serpentinisation. Du verre d'impact, matériau généré par les impacts météoritiques et connu sur Terre pour sa capacité à préserver les biosignatures, a également été identifié au sein des cratères d'impact martiens. De même, ce verre d'impact sur Mars pourrait potentiellement avoir encapsulé des preuves de vie, en supposant sa présence sur le lieu de l'impact.

En juin 2024, la roche des chutes de Cheyava, identifiée sur Mars, a été classée par la NASA comme une « biosignature potentielle ». Le rover Perseverance a ensuite acquis une carotte pour un transport potentiel vers la Terre et une analyse complète. Bien que très convaincantes, les données existantes empêchent une détermination concluante concernant la genèse biologique ou abiotique de la roche.

Propositions de missions humaines

De nombreuses propositions de missions avec équipage vers Mars ont été avancées ; cependant, aucun n’a encore été réalisé. La loi d’autorisation de la NASA de 2017 a rendu obligatoire une étude de faisabilité pour une mission avec équipage sur Mars au début des années 2030, qui a par la suite déterminé qu’une telle entreprise n’était pas pratique. En outre, en 2021, la Chine a élaboré des plans pour une mission avec équipage sur Mars visant 2033. Des entités privées, dont SpaceX, ont également présenté des initiatives pour des expéditions humaines vers Mars, dans le but ultime de colonisation planétaire. En 2024, SpaceX avait avancé le développement de son lanceur Starship, spécialement conçu pour la colonisation de Mars. Selon les plans diffusés par l’entreprise en avril 2024, Elon Musk projette l’implantation d’une colonie martienne d’ici deux décennies. Cette entreprise ambitieuse s'appuierait sur la production de masse de véhicules Starship, le soutien logistique initial de la Terre et la mise en œuvre de l'utilisation des ressources in situ sur Mars, visant à terme l'autosuffisance totale de la colonie. Les missions humaines potentielles vers Mars devraient s’aligner sur la fenêtre de lancement optimale, qui se reproduit environ tous les 26 mois. Phobos, l'une des lunes de Mars, a été suggérée comme point d'ancrage potentiel pour un ascenseur spatial. Au-delà des agences spatiales gouvernementales et des entreprises aérospatiales privées, des organisations comme la Mars Society et la Planetary Society défendent activement l'exploration humaine de Mars.

Importance culturelle

Mars tire son nom du dieu romain de la guerre (Arès dans la mythologie grecque) et a également été liée au demi-dieu Héraclès (Hercule romain) par les astronomes grecs anciens, comme l'a documenté Aristote. Cette association martiale de Mars trouve son origine au moins dans l'astronomie babylonienne, où la planète était désignée d'après Nergal, la divinité de la guerre et de la destruction. Ce lien thématique a perduré dans la culture contemporaine, notamment illustré par la suite orchestrale de Gustav Holst Les planètes, dans laquelle le premier mouvement important caractérise Mars comme « le porteur de la guerre ». Le symbole astronomique de la planète, représentant un cercle avec une lance pointant vers le haut vers la droite, sert également de représentation conventionnelle du sexe masculin. La provenance de ce symbole s'étend au moins jusqu'au 11ème siècle, avec un précurseur potentiel identifié dans le papyri grec Oxyrhynchus.

À la fin du XIXe siècle, l'idée selon laquelle Mars serait habitée par des êtres intelligents a gagné en popularité. Les observations de Schiaparelli sur les « canali », associées aux nombreux écrits de Percival Lowell, ont popularisé la perception de Mars comme une planète desséchante, refroidissante et moribonde, abritant d'anciennes civilisations engagées dans la construction de systèmes d'irrigation élaborés. De nombreuses autres observations et déclarations de personnalités éminentes ont encore alimenté ce qui est devenu connu sous le nom de « Mars Fever ». La cartographie contemporaine à haute résolution de la surface martienne n'a fourni aucune preuve de structures artificielles ou d'habitations ; néanmoins, des conjectures pseudo-scientifiques concernant la vie martienne intelligente persistent. Faisant écho aux observations de canali, ces spéculations découlent fréquemment d'interprétations de caractéristiques à petite échelle identifiées dans les images des satellites, notamment de prétendues « pyramides » et le « visage sur Mars ». L'astronome planétaire Carl Sagan, dans son ouvrage Cosmos, a décrit ce phénomène en déclarant : "Mars est devenue une sorte d'arène mythique sur laquelle nous avons projeté nos espoirs et nos peurs terrestres."

La représentation de Mars dans les récits fictifs a été considérablement influencée par sa teinte rouge distinctive et par les hypothèses scientifiques du XIXe siècle suggérant que ses conditions de surface pourraient soutenir non seulement la vie mais aussi des civilisations intelligentes. Ce terrain fertile a donné naissance à de nombreuses œuvres de science-fiction explorant ces thèmes, notamment La Guerre des mondes de H. G. Wells, où les Martiens tentent de fuir leur monde mourant en envahissant la Terre ; Les Chroniques martiennes de Ray Bradbury, représentant des explorateurs humains éradiquant par inadvertance une civilisation martienne ; la série Barsoom d'Edgar Rice Burroughs ; le roman de C. S. Lewis de 1938 Hors de la planète silencieuse ; et plusieurs histoires de Robert A. Heinlein publiées avant le milieu des années 1960. Par la suite, les représentations martiennes se sont étendues aux médias animés. Marvin le Martien, un personnage de bande dessinée intelligent, a fait ses débuts dans Haredevil Hare (1948) dans les dessins animés Looney Tunes de Warner Brothers et a depuis conservé un rôle de premier plan dans la culture populaire. Suite aux données renvoyées par les vaisseaux spatiaux Mariner et Viking, qui décrivaient Mars comme un monde aride dépourvu de canaux, les notions antérieures sur la planète ont été largement abandonnées. Alors que ces nouvelles découvertes scientifiques présentaient initialement une limite créative pour de nombreux écrivains de science-fiction, la compréhension post-Viking de Mars a finalement servi de nouvelle source d'inspiration pour des œuvres telles que la trilogie Mars de Kim Stanley Robinson.

Astronomie sur Mars

• Astronomie sur Mars
• Aperçu de Mars – Présentation complète et guide thématique de la planète Mars.
• Liste des missions sur Mars
• Champ magnétique de Mars – Caractéristiques historiques du champ magnétique de la planète Mars.
• Minéralogie de Mars

Remarques

Références

Weinersmith, K., & Weinersmith, Z. (2023). Une ville sur Mars : pouvons-nous régler l'espace, devrions-nous régler l'espace, et y avons-nous vraiment réfléchi ?. New York : Presse Pingouin. ISBN978-1-9848-8172-4.

• Weinersmith K, Weinersmith Z (2023). Une ville sur Mars : pouvons-nous régler l'espace, devons-nous régler l'espace, et y avons-nous vraiment réfléchi ?. New York : Presse Pingouin. ISBN 978-1-9848-8172-4.Shindell, M. (2023). Pour l'amour de Mars : une histoire humaine de la planète rouge. Chicago ; Londres : The University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-82189-4.
  • Mars Trek, un navigateur de cartes intégré de cartes et d'ensembles de données pour Mars
  • Première image télévisée de Mars (15 juillet 1965), CNN News ; 15 juillet 2023