Mars

Mars est la plus éloignée des planètes telluriques, la deuxième plus petite après Mercure : elle est deux fois plus petite que la Terre, et dix fois moins massive. Pourtant ses paysages, dévoilées par les sondes qui ont pu atteindre sa surface, semblent étonnemment terrestres ! La surface, dont la fameuse teinte rouge orangé est due à l'abondance d'oxyde de fer, est parsemée de cratères d'impact, comme la Lune et Mercure, mais aussi de formations tectoniques comme des rifts ou des volcans, d'une taille impressionnante par rapport à leurs équivalents terrestres. Une fine atmosphère donne lieu à des phénomènes météorologiques observables depuis la Terre.

Moins brillant que Vénus, l'éclat de Mars rivalise avec celui de Jupiter lors des oppositions (le Soleil, la Terre et Mars sont alignés). Seule planète dont la surface puisse être facilement observée par les amateurs, Mars offre au télescope un spectacle fascinant, auquel l'imagination ajoute volontiers les rêves de la science-fiction.

Caractéristiques physiques

Demi-grand axe

227 936 637 km (1,523 UA)

Période de révolution

686,9601 jours

Diamètre équatorial

6 792 km (0,533Terre)

Masse

0.107 Terres

Période de rotation

24h 37 m 23s

Satellites connus

2

La surface de Mars est légèrement inférieure à la superficie totale des terres émergées de notre planète. Les calottes polaires de Mars, observées pour la première fois au milieu du XVIIème siècle par Jean-Dominique Cassini et Christian Huygens, sont le trait le plus frappant pour l'observateur terrestre. Leur taille varie considérablement au cours des saisons martiennes par échange de dioxyde de carbone et d'eau avec l’atmosphère. On distingue ainsi, dans les deux hémisphères, une calotte polaire dite « résiduelle » ou « estivale » qui se maintient tout l’été, et une calotte polaire dite « saisonnière » ou « hivernale » qui vient la recouvrir à partir de l’automne.

La forte dichotomie nord/sud de la planète est également marquante pour l'observateur : l'hémisphère sud est recouvert de terrains accidentés, cratérisés (notamment les bassins Argyre et Hellas), et d'altitude moyenne élevée, tandis que l'hémisphère nord est représenté largement par des plaines plus récentes et plus basses.Ces deux régions sont séparées par une frontière, à peu près vers l'équateur. A cet endroit se trouvent des paysages taillés pour des géants : Valles Marineris est un système de canyons s'étendant sur 3770 km, avec un dénivelé de l'ordre de 10 km ; à son extrêmité occidentale le plateau de Tharsis supporte les quatre plus grands volcans de Mars (et du Système Solaire). Le plus grand, Olympus Mons, culmine à 21 km. De type bouclier, comme les volcans d'Hawaï, il occupe une surface considérable : s'il était situé à la place du Puy de Dôme, ses pentes toucheraient à la Méditerranée, à l'Atlantique, à la Suisse, à Paris ! Il peut être observé depuis la Terre, surtout lorsque des nuages orographiques l'enveloppent.


Mars vue par l'orbiteur Viking 1 le 22 février 1980 (crédits NASA). Au centre de l'image, la gigantesque Valles Marineris. Tout à gauche, le plateau de Tharsis est surmonté de trois volcans boucliers, de bas en haut Arsia, Pavonis et Ascraeus, dont les altitudes vont de 14 à 18 km.

Orbite et opposition

Comme toutes les planètes situées plus loin du Soleil que ne l'est la Terre, Mars apparaît à son meilleur au voisinage de l'opposition, c'est-à-dire lorsque le Soleil, la Terre et Mars sont alignés (en négligeant l'inclinaison du plan de révolution de Mars). La distance entre la Terre et Mars passe alors par un minimum, en outre Mars peut être observé toute la nuit. Mars met un peu moins de deux années terrestres pour accomplir son orbite autour du Soleil : de sorte qu'une année après l'opposition, Mars a fait un peu plus d'un demi-tour, et la Terre doit encore avancer pour rattrapper de nouveau Mars. En conséquence les oppositions sont séparées de 780 jours en moyenne.

En outre, l'orbite de Mars est fortement excentrique : sa distance au Soleil varie de 207 (périhélie) à 249 millions de kilomètres (aphélie). La distance entre la Terre et Mars au moment de l'opposition varie donc fortement, de 56 millions à 101 millions de kilomètres, selon un cycle principal de 15 ans. La taille apparente de Mars varie donc pratiquement du simple au double, de 13 secondes d'arc à 25 secondes d'arc : dans ce dernier cas, un grossissement de 70 fois donne à Mars la taille apparente de la Pleine Lune. L'image suivante donne les configurations des oppositions jusqu'en 2031.


Configurations des oppositions de Mars de 2018 à 2031.

Comme l'axe de rotation de Mars est incliné de 25° et que les solstices sont proches des points de périhélie et d'aphélie, nous observons au mieux l'hémisphère sud de Mars lors des oppositions les plus favorables en termes de distance, et l'hémispère nord lors des oppositions les moins favorables.


Météorologie martienne

Mars et la Terre présentent une période de rotation et une inclinaison de l'axe des pôles très similaires. Cependant, Mars ne possède pas d'océan, et sa très fine atmosphère (plus de cent fois moins dense que l'atmosphère terrestre, et composée à 96% de dioxyde de carbone) connaît une circulation beaucoup plus simple. La météorologie de Mars est donc beaucoup plus simple et largement prévisible ! L'excentricité marquée de la planète joue aussi son rôle, l'été (pour l'hémisphère nord) durant 25 jours martiens de plus que l'hiver.

Les températures diurnes oscillent typiquement entre -90 et -30°C, avec des pointes à -145°C et +25°C. Durant l'hiver austral ou l'hiver boréal, le dioxyde de carbone de l'atmosphère se condense partiellement sous un voile de nuages au niveau de la calotte polaire sud ou nord respectivement. La sublimation au printemps donne l'impression d'une fonte. Vers la fin du printemps austral, lorsque Mars est au plus près du Soleil, des tempêtes locales et parfois régionales apparaissent. Exceptionnellement, ces tempêtes peuvent devenir globales et durer plusieurs mois comme en 2001. De minuscules grains de poussière sont alors soulevés, rendant la surface de Mars quasiment invisible. Les importantes différences thermiques observées entre le pôle et les régions avoisinantes provoquent des vents violents à l'origine du soulèvement de fines particules dans l'atmosphère qui réduisent fortement la température au sol. A l'inverse, lorsque Mars est au plus loin du Soleil, le climat favorise l'apparition de brumes matinales et de nuages orographiques s'accrochant aux sommets volcaniques.


Coucher de Soleil sur Mars (restitué en vraies couleurs), depuis le cratère Gusev, le 19 mai 2005, par le rover Spirit (crédits NASA). Le Soleil apparaît un tiers plus petit que depuis la Terre. Noter la grande quantité de poussières dans l'atmosphère.


Ces deux images prises par le télescope spatial Hubble montrent pratiquement le même hémisphère de Mars, le 26 juin et le 4 septembre 2001 (crédits NASA). En septembre, une tempête globale a saturé l'atmosphère de poussières, masquant presque totalement le sol.

Les satellites

Mars est doté de deux satellites, Phobos et Deimos. Il s'agit de petits objets, ressemblant fortement à des astéroïdes, dont la taille est respectivement d'une vingtaine et d'une quinzaine de kilomètres. Leur forme s'éloigne fortement de la sphère ! Leur origine (formation à la suite d'un impact sur Mars, capture...) reste aujourd'hui inconnue.

Les distances au centre de Mars sont très petites : 9377 km pour Phobos, 23460 km pour Deimos. Phobos circule si près qu'il met moins de temps pour boucler une orbite que Mars n'en met pour tourner sur lui-même : il se lève donc à l'ouest,  traverse le ciel martien en quatre heures, et se couche à l'est. Comme son altitude diminue, on estime que Phobos s'écrasera sur Mars dans trente millions d'années.

Phobos et Deimos ont été découvert en 1877 par A. Hall à Washington. Leurs noms, signifiant Crainte et Terreur, sont tirés d'un vers de l'Illiade d'Homère : "Il (Mars) parla ainsi, et il ordonna à la Terreur et à la Crainte d'atteler ses chevaux, et il se couvrit de son armure splendide."


Phobos vu le 23 mars 2008 par Mars Reconnaissance Orbiter (crédits NASA/JPL-Caltech/University of Arizona).



Observer Mars à la Montagne de Lure

Mars est observable dans les meilleures conditions dans les mois qui précèdent ou suivent son opposition avec la Terre. C'est une observation passionnante mais difficile, car c'est un objet petit, éblouissant, dont les contrastes sont peu marqués.

Au télescope, on peut voir assez facilement la calotte polaire de l'hémisphère orienté vers la Terre, et sa variation saisonnière. Quelques zones un peu plus sombres que le reste du disques peuvent être discernées et identifiées à l'aide d'une carte, elles défilent au rythme de la rotation de Mars. Plus difficilement, des brumes peuvent être aperçues. Lorsqu'on s'éloigne de l'opposition, Mars présente une phase assez marquée, comme la Lune à quelques jours de la Pleine Lune.

L'image suivante a été prise le 1er mars 2012 (crédits Stéphane Dumont, SAML). Les conditions étaient excellentes, ce qui a permis de mettre en évidence de nombreux détails alors qu'il s'agissait d'une opposition défavorable (taille de Mars 14 secondes d'arc). La calotte polaire Nord, en haut, est évidente. La grande tache triangulaire au centre s'appelle Syrtis Major. Tout au sud, les brumes envahissent le bassin de Hellas. La tache claire à droite correspond à des nuages. Attention, sur l'image les contrastes sont accentués.


En 2018 aura lieu une exceptionnelle opposition de Mars, la planète se rapprochant à 57 millions de km de la Terre le 31 juillet et offrant un diamètre apparent de 24.3''. Ce sera le printemps dans l'hémisphère sud de Mars. Le spectacle devrait être au rendez-vous, en dépit d'une hauteur sur l'horizon bien faible sous nos latitudes.

Les dates des soirées d'observation à l'observatoire Marc Bianchi sont les suivantes :







Le sentier

Soleil

Mercure

Vénus

Terre

Mars

Jupiter

Saturne

Uranus

Neptune