Mars et les Martiens

Mars est la planète du système solaire qui fait fantasmer les humains sur la vie extra-terrestre, c’est celle qui a inspiré le plus de romans et de films de science-fiction. Pourtant, ce n’est pas la planète la plus proche de la Terre, Vénus est plus proche que Mars.

Ces fantasmes ne sont pas totalement dénués de fondements: si Mars n’a quasiment plus atmosphère ni d’eau, il n’en a pas toujours été ainsi. La planète est trop peu massive (dix fois moins que la Terre) pour retenir des éléments légers par gravité, mais elle a une atmosphère (la pression atmosphérique y est environ dix fois moindre que sur la Terre), dans laquelle on trouve du CO2. On voit, à la surface de Mars, les traces laissées par l’eau, condition essentielle d’apparition de la vie. Une des missions de Perseverance est justement de chercher des éventuelles traces laissées par des micro-organismes vivants. Non, le robot ne trouvera pas d’ossements de Martiens, mais trouver des résidus laissés par les formes de vie les plus primitives, stoppées dans leur évolution par la perte de l’eau et de l’atmosphère de la planète, peut éclairer sur les mécanismes de l’apparition de la vie sur la Terre.

Le nom des planètes : Les Grecs ont donné à leurs Dieux terrifiants, les noms des planètes qu’ils observaient dans le ciel. Mars la rouge est devenue le dieu de la guerre.

La distance Mars – Terre

Elle varie de 5 minutes-lumière à 21 minutes-lumière, c’est à dire de 90 millions de km à près de 400 millions de km. La distance Mars-Terre est minimum tous les 26 mois (lorsque la Terre « double » Mars). Lorsqu’on rate un lancement vers Mars, soit il faut recommencer tout de suite, soit il faut attendre 26 mois. Les échelles de temps de l’exploration spatiale n’ont rien à voir avec nos échelles de temps terrestres.
Mars est suffisamment proche de la Terre pour qu’on puisse mesurer sa distance par tir radar.
Les signaux radar sont des ondes électromagnétiques qui se propagent à la même vitesse que la lumière (300 000 km/s).
On mesure les distances Terre-Lune,  Terre-Vénus et Terre-Mars par tir radar.
Le signal radar est réfléchi par le sol de la planète ou du satellite et revient sur Terre, affaibli mais encore détectable.
distance =temps mis par le signal radar pour aller et revenir (en secondes) x 300 000/2

Les missions vers Mars

Mars est la seule planète de notre système solaire sur laquelle se sont posés des engins envoyés par les hommes, Viking, Spirit, Opportunity, Curiosity puis le tout dernier Perseverance (parlons des missions réussies).

Opération Viking : une sonde et deux stations américaines d’exploration de Mars:

novembre 1971: mise en orbite autour de Mars d’une sonde automatique
juillet 1976: atterrissage sur Mars de la station Viking 1 le 20 juillet 1976
Viking 2: atterrissage de la station sur Mars  le 3 septembre 1976

Spirit: atterrissage sur Mars le 4 janvier 2004

Opportunity : atterrissage sur Mars le 25 janvier 2004

Curiosity: atterrissage dans le cratère Gale le 6 août 2012.

Perseverance : atterrissage dans le cratère Jezero, le 18 février 2021

Les caractéristiques de Mars

masse : 0,1 masse terrestre

rayon : 3400 km

distance au Soleil (en UA): 1,5

L’unité astronomique de longueur u.a. est l’unité de longueur du système astronomique d’unités ; elle correspond approximativement à la distance entre la Terre et le Soleil soit environ 150 millions de kilomètres.

période de rotation sur elle-même: 25 heures

période de révolution autour du Soleil : 687 jours

Mars est la première planète « extérieure » c’est à dire plus éloignée du Soleil que la Terre: ses mouvements, observés depuis la Terre semblent donc capricieux.

Olympus Mons, un des volcans géants de Mars: 600 km de diamètre en 27 km de hauteur
Valles Marineris, le grand canyon de Mars, s’étend sur 5 000 km de long avec une profondeur de 6 km.

Deux satellites : Phobos et Deïmos

Ils sont très petits, très sombres, criblés de cratères et de composition chimique très différente de Mars, ils pourraient être des astéroïdes capturés par Mars.
En effet, il existe une ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter.
Sur l’orbite du Jupiter, on trouve les planètes troyennes qui sont en fait des astéroïdes.
Les astéroïdes qui sont en deça de Mars ou coupent les trajectoires de Mars, de Vénus et de la Terre finissent par rentrer en collision avec ces planètes. Au fil des millions d’années, ils ont donc petit à petit disparu. C’est la raison pour laquelle on en observe peu prés des planètes telluriques.

Les deux satellites de Mars sont tous deux en rotation forcée c’est à dire que leur période de rotation sur eux-mêmes est égale à leur période de révolution autour de Mars. Ils présentent donc toujours la même face à Mars, de la même manière que la Lune présente toujours la même face à la Terre.

Phobos, « la terreur » en grec

très sombre,
très petit: 28 km dans sa plus grande dimension.
très couvert de cratères; le cratère « Stickney » a  10 km de diamètre.
Les stries sur le sol de Phobos sont les suites du formidable impact qui a créé l’énorme cratère de Phobos.
Période de rotation sur lui-même= période de révolution autour de Mars
Révolution autour de Mars à 90 380 km en 7 h 39 min.

Deimos, la « panique » en grec
Deimos est uniformément grisâtre, très sombre, très petit: 16 km dans sa plus grande dimension.
parsemé de cratères.
Période de rotation autour de lui-même= période de révolution autour de Mars.
Révolution autour de Mars à 230 460 km en 30 h 18 min, légèrement supérieure à la période de rotation de Mars sur elle même.
Deimos se déplace donc très lentement dans le ciel martien.

Le mouvement des planètes dans le ciel

Les premiers astronomes appelaient astres vagabonds ces points lumineux qui ne scintillaient pas (une planète ne brille pas comme le Soleil ou les étoiles grâce à la fusion nucléaire, mais elle brille parce qu’elle nous renvoie la lumière du Soleil) car ils se déplaçaient par rapport aux étoiles. Il a fallu des siècles et quelques condamnations par l’Église pour qu’enfin on ait les preuves que ces mouvements étaient dus au fait que ces astres tournaient, comme la Terre, autour du Soleil. Il a fallu encore un peu plus de temps pour que les astronomes, enfin, se libèrent du dogme platonicien du mouvement circulaire uniforme et acceptent les trajectoires elliptiques.

Pendant des siècles, à coup de calculs géométriques et de modèle astucieux de combinaison de cercles, les astronomes s’entêtaient à rendre avec précision le mouvement circulaire uniforme des planètes dans le ciel, que ce soit dans un système géocentrique comme Ptolémée ou Tycho-Brahé, ou héliocentrique comme Copernic.
Même après la publication des lois de Kepler, certains astronomes s’entêtaient sur le mouvement circulaire uniforme et sur l’héliocentrisme. Les dogmes ont la vie dure!

Il faut dire que les lois de Kepler étaient empiriques et que les modèles faux donnaient des résultats presqu’aussi précis que le modèle de Kepler. Bref il faudra attendre les lois de la gravitation de Newton pour valider les lois de Kepler et faire définitivement triompher l’héliocentrisme et les orbites elliptiques des planètes. Mais, les partisans du géocentrisme perdurent comme les platistes, demandez à quelqu’un si le Soleil tourne autour de la Terre ou la Terre autour du Soleil, vous risquez d’avoir quelques surprises.

On peut comprendre les réticences de certains astronomes, car les raisons de Kepler n’avaient pas grand chose de scientifique, même si la minutie de ses relevés, elle, l’était.

Johannes Kepler nous donne lui-même des précisions toutes astronomiques sur sa naissance: conçu le 16 mai 1571 à 4 h 37 du matin, né le 27 décembre à 14 h 30 à Weil der Stadt dans la forêt noire allemande, après une gestation de 224 jours, 9 heures et 53 minutes. Kepler entre une famille maternelle accusée de sorcellerie et un père mercenaire et vagabond, était souffreteux, était myope et voyait double. Mais il bénéficia d’une éducation remarquable grâce aux bourses accordées aux « enfants des pauvres et des fidèles de dispositions diligentes, pieuses et chrétiennes ». En 1594, il est nommé enseignant en mathématiques à Graz. Il complète ses revenus en enseignant l’astronomie aux nobles protestants. Mais il n’a pas suffisamment d’élèves. Pour les attirer, il traite de l’astrologie. Les lois de Kepler sont plutôt le résultat de son souci maniaque de précision numérique que ‘une grande pensée scientifique. Il cherchait plus une harmonie avec la Sainte Trinité que des lois physique et il tenait de sa famille maternelle son penchant pour l’occultisme!

Kepler, croyant à l’astrologie est persuadé que le mouvement des planètes obéit à une « harmonie de sphères » qu’il veut découvrir.
Il met 18 ans pour trouver ses lois par le calcul empirique,à partir des éphémérides, puisque Newton n’avait pas encore développé sa théorie de la gravitation universelle qui date de 1687. C’est Newton qui validera scientifiquement les lois empiriques de Kepler.
Kepler publie la Nouvelle astronomie en 1609 et l’Harmonie des mondes en 1619

Lois de Kepler
Les lois de Kepler décrivent le mouvement des planètes autour du Soleil sans pour autant attribuer ce mouvement à une quelconque loi physique.
Il place le Soleil au centre du système, comme Copernic et énonce trois lois qui permettent de prévoir le mouvement et la position des planètes autour du Soleil:
Première loi:
Chaque planète se déplace sur une ellipse ayant le Soleil pour foyer.

Seconde loi:
Le segment reliant le Soleil à une planète balaye des surfaces égales en des temps égaux
ce qui signifie que plus la planète est loin du Soleil plus elle se déplace lentement sur son orbite.

Troisième loi:
Le rapport du cube du demi grand axe sur le carré de la période de révolution est une constante pour toutes les planètes.

Rappel des planètes du système solaire

En partant du Soleil, on rencontre

Mercure, Vénus

la Terre

Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune (Pluton a été déclassé de son rang de planète)

Les quatre planètes les plus lointaines (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) sont d’immenses boules de gaz (90% d’hydrogène et d’hélium) qui possèdent des anneaux et de nombreux satellites

Elles sont bien différentes des quatre planètes telluriques (c’est à possédant une croûte solide) que sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars.

Facile à comprendre : près du Soleil, il fait plus chaud et l’agitation des petites molécules est plus grande, elles se sont toutes échappées de l’attraction et les planètes telluriques se sont formées à partir de résidus plus lourds, silicium, carbone, fer, etc qui combinés à l’oxygène forment les roches. Ces pauvres planètes pourraient nous paraître peu intéressantes si nous n’habitions pas l’une d’elle.

Rappel non exhaustif des romans et films de science-fiction sur Mars ou en route pour Mars…

Les romans

Les navigateurs de l’infini de J.H. Rosny – 1925

La guerre des mondes de H.G. Wells – 1898

Le prisonnier de la planète Mars et la guerre des vampires de Gustave Le Rouge – 1908

Le cycle de Mars de Edgar Rice Burroughs – 1917

Une Odyssée martienne de Stanley G. Weinbaum – 1930

Les Sables de Mars de Arthur C. Clarke

La Voie martienne et autres nouvelles d’Isaac Asimov – 1952

Chroniques martiennes de Ray Bradbury – 1950

Quelques uns parmi la cinquantaine de films depuis 1918:

Aelita, film russe muet d’après Tolstoï – 1924

Total Recall de Paul Verhoeven – 1990

Mars Attacks de Tim Burton – 1996

Mission to Mars de Brian de Palma – 2000

Ghosts of Mars de John Carpenter – 2001

Lost on Mars de Eric Shook – 2002

Solaris de Steven Soderbergh – 2003

Cowboy bebop de Shin’ichirô Watanabe – 2003

Gravity de Alfonso Cuaron -2013

Seul sur Mars de Ridley Scott – 2015

Ad Astra de James Gray – 2019

Les photos de cet article m’ont été données par la NASA et par André Brahic en vue d’une encyclopédie électronique sur l’astronomie.