MARS, exploration d`une planète

Mars, exploration d’une planète - 15 avril 2005 – 21 août 2006
Muséum d’Histoire Naturelle de Nantes
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MARS, exploration d’une planète
L'intérêt de l'étude de Mars est triple :
 connaître la planète Mars,
 comprendre les processus qui gouvernent l'évolution d'une planète,
 déterminer les conditions physico-chimiques nécessaires à l'apparition de la
vie et à son développement sur une planète.
Les données acquises depuis 30 ans nous ont permis de comprendre que les
processus qui ont façonné la planète rouge sont identiques à ceux qui ont opérés
sur la planète Terre.
La présence de volcans éteints, les glaces des calottes polaires, le champ
magnétique fossile, les rivières asséchées, les cratères d’impact, sont autant
d’observations qui nous rappellent que les processus physico-chimiques ayant
opérés sur Mars sont les mêmes que ceux qui gouvernent l ‘évolution naturelle de
la Terre.
En comparant les deux planètes, nous allons mieux comprendre ces processus et les
scientifiques pourront apporter des réponses aux questions comme :
 Pourquoi la Terre est la seule planète avec une tectonique des plaques ?
 Comment fonctionne le champ magnétique et quel est sont rôle dans la
protection de l’atmosphère et de la surface d’une planète ?
 Quels paramètres contrôlent le cycle de l’eau, du carbone, de l’azote, etc.…
L’une des questions fondamentales est liée à la présence de la vie sur Terre.
 Pourquoi la Terre est-elle la seule planète sur laquelle la vie a pu se
développer ?
Quand on retrace l’histoire de Mars, les scientifiques pensent que la planète Mars
était plus chaude et plus humide il y a quatre milliards d’années, c’est à dire
ressemblant à des conditions assez similaires à celles qui existent actuellement sur
Terre.
 La vie a-t-elle pu aussi démarrer sur Mars ?
 Est-il possible de trouver des échantillons de roche qui ont été témoins du
passage d’une chimie pré biotique complexe aux premiers organismes
vivants ?
De tels témoins n’existent pas sur Terre, car la tectonique des plaques a transformé
toutes les roches initiales et a effacé toute trace sédimentaire.
Si la vie a existé sur Mars, l’absence de tectonique des plaques devrait nous
permettre de retrouver des roches ayant fossilisé les premiers organismes.
La caractérisation de ces organismes ne pourra se faire qu’en laboratoire, ce qui
implique de rapporter des échantillons de mars. Une mission aller retour,
précurseur des voyages humains vers la planète rouge.

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SALLE 1 :MARS DANS LE SYSTEME SOLAIRE
1. Le système solaire
Cette grande fresque de 7 m de long montre une vue artistique du système solaire
avec ses 9 planètes, dans l’ordre d’éloignement au Soleil : Mercure, Vénus, la Terre,
Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton, à plus de 5 milliards de km du
Soleil.
Le système solaire est représenté, noyé dans l’environnement d’une nébuleuse diffuse, telle qu’on en
rencontre en quantité dans la galaxie. Celle-ci est très ténue (sa densité en moyenne n’excède pas un
atome par cm3). À droite de la fresque, on peut voir la nébuleuse Messier 16 (M16) dans la
constellation de l’Aigle (photographiée le 2 novembre 1995 par J. Hester et P. Scowen au télescope
spatial Hubble). L’extrémité de chacune des petites digitations situées sur le dessus de cette
nébuleuse a une épaisseur du diamètre environ du système solaire (soit 10 milliards de km).
La disproportion des distances interdit de représenter à la même échelle à la fois les
tailles comparées des planètes et du Soleil, et leurs distances respectives (si l’on
respectait toutes les proportions à l’échelle de cette fresque, Mars serait à 27 cm du
Soleil (qui ferait 1,6 mm de diamètre) et aurait un diamètre de 7 micromètres, soit
la taille d’une bactérie !) C’est pourquoi on a figuré sur un autre diagramme à
gauche une comparaison des diamètres du Soleil et des planètes, et en dessous,
l’échelle des distances au Soleil.
Voici les dimensions des corps du Système solaire à l’échelle de cette fresque (7m)
(Environ 1,2 mm pour 1 million de km) :
ASTRE DIAMÈTRE DISTANCE AU SOLEIL
Soleil 1,650 mm
Mercure 0,006 mm 7 cm
Venus 0,014 mm 13 cm
Terre 0,015 mm 18 cm
Mars 0,008 mm 27 cm
Jupiter 0,170 mm 92 cm
Saturne 0,140 mm 170 cm
Uranus 0,060 mm 340 cm
Neptune 0,060 mm 533 cm
Pluton 0,003 mm 700 cm
On comprend qu’à cette échelle, il est impossible de visualiser les planètes !

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Mars, quatrième planète du système solaire, est située à 228 millions de km du
Soleil. Elle fait partie du cortège des 4 petites planètes ‘telluriques’ (rocheuses), les
suivantes étant géantes et gazeuses à l’exception de Pluton.
DIAMÈTRE
(km)
DISTANCE AU
SOLEIL
(millions de
km)
MASSE (en
milliards de
milliards de
tonnes)
DENSITÉ
(tonnes
par m3)
Pesanteur
(en % de la
pesanteur
terrestre)
Période de
révolution
SOLEIL 1392000
1 988 900 000 1,4 2796
MERCURE 4 879 58 330 5,4 38 88 j
VENUS 12 104 108 4868 5,2 91 225 j
TERRE 12 756 150 5974 5,5 100 365 j
MARS 6 794 228 642 3,9 38 1 an 322 j
JUPITER 142 984 778 1898600 1,2 253 11 ans 318 j
SATURNE 120 536 1429 568460 0,6 107 29 ans 174 j
URANUS 51 118 2871 86831 1,2 91 84 ans 29 j
NEPTUNE 49 528 4500 102430 1,6 114 164 ans 322 j
PLUTON 2 390 5900 12 1,7 6 247 ans 315 j
2.Des galaxies au système solaire
Ce panneau situe le système solaire dans l’Univers. On part d’un amas de galaxies,
comme il en existe des milliards dans l’Univers, situées en moyenne à 2 millions
d’années-lumière les unes des autres.
Une année-lumière, est la distance parcourue par la lumière en 1 an à la vitesse de
300 000 km/s. Une année-lumière vaut ainsi environ 10 000 milliards de km.
Une fusée animée d’une vitesse de 30 km/s (108 000 km/h, soit la vitesse de la Terre sur son orbite)
mettrait ainsi plus de 10 000 ans à parcourir cette distance. La plus proche étoile est à 4,3 années-
lumière du Soleil … et les autres étoiles sont à plusieurs dizaines d’années-lumière du système
solaire.
Chaque galaxie peut compter de quelques milliers à plusieurs centaines de milliards
d’étoiles comme le Soleil. Le système solaire est situé vers l’extérieur d’une galaxie
spirale, la Voie Lactée.
3. Des instruments d’observation
A travers l’oculaire de chacun des six caissons, on découvre Mars telle qu’on la
verrait dans des instruments de plus en plus puissants, de l’œil humain aux plus
grands télescopes des observatoires astronomiques.
La ‘puissance’ d’un instrument est la finesse de l’image qu’il produit. Plus le diamètre de l’objectif
est grand, plus l’image est détaillée : c’est le pouvoir séparateur (P.S.), qui représente le plus petit
angle sous lequel on voit distinctement deux détails séparés. Plus le P.S. est élevé, plus on peut
grossir l’image, mais on n’augmentera pas la netteté, laquelle ne dépend donc que du diamètre de
l’objectif. Il ne sert donc à rien de grossir une image si au départ elle ne comporte pas assez de
détails.

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Par ailleurs, plus on grossit l’image, plus le champ est restreint et moins on a de lumière. De ce fait,
plus le diamètre de l’objectif est grand, plus on collecte de lumière et plus on peut grandir l’image.
Conclusion : plus fort est le grossissement désiré, plus grand doit être le diamètre de l’instrument
afin d’augmenter la netteté et la quantité de lumière.
On considère que le grossissement maximal possible, dans les conditions optimales d’observation,
correspond à deux fois le diamètre de l’objectif en mm, que le grossissement maximal moyen
correspond au diamètre en mm, et le grossissement ‘confortable’ à la moitié de ce diamètre (avec
un télescope de 300 mm, on peut ainsi grossir au maximum 600 fois, mais le grossissement
‘confortable’ en conditions moyennes est de 150 fois).
4. Mars et la Terre
Un premier duo de kakémonos détaille les principales caractéristiques des reliefs, de
la structure interne et de l’atmosphère des deux planètes. Les reliefs de Mars sont
beaucoup plus marqués que sur Terre.
L’immense canyon « Valles marineris » fait près de 10 fois la taille du grand canyon
du Colorado en largeur et profondeur tandis que le plus haut relief de Mars (le
volcan Olympus Mons) atteint 3 fois l’altitude de l’Everest. L’atmosphère de Mars,
très ténue (1/200e de la pression terrestre) est composée à 95 % de dioxyde de
carbone.
Un second duo de kakémonos permet de comparer les caractéristiques générales
des deux planètes : Mars est environ 2 fois plus petite que la Terre mais sa masse
est près de 10 fois moindre, la pesanteur correspond à 40 % de la pesanteur
terrestre.
Mars est tapissée d’un oxyde de fer rouge-orangé tandis que la Terre est recouverte
à 70 % par des mers et des océans (dont l’épaisseur n’atteint pas 1/4000e de son
diamètre). Dépourvue d’un champ magnétique protecteur, Mars est sans doute
inapte à entretenir la vie.
5. Poids et gravité
Une balance spéciale permet de se peser sur la planète Mars. L’autre balance donne
le poids terrestre. Le poids sur Mars est d’environ 1/3 du poids sur Terre alors que la
masse demeure identique. C’est l’occasion de préciser ces notions si importantes en
physique et d’en arriver au concept de gravitation. Deux kakémonos donnent
toutes explications nécessaires et illustrent ces notions.
La MASSE d’un objet est liée à sa quantité de matière, qui ne change pas. La masse
est la même sur toutes les planètes, et même en apesanteur.
Le POIDS d’un objet est la force avec laquelle sa masse est attirée par une autre
masse comme une planète (c’est la gravitation). Le poids change avec la pesanteur,
laquelle est fonction de la masse et de la taille des planètes.
Par ailleurs, l’inertie est proportionnelle à la masse. L’inertie est une sorte de
« résistance » à la mise en mouvement.
Sur Mars, un train pèse environ 3 fois moins que sur Terre, mais il faudra toujours
autant de force pour le tirer car sa masse n'a pas varié !

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La théorie de la Relativité affinera cette notion en montrant que la masse elle-même est
variable ; en effet, la masse mesurée est liée à l’inertie et croît avec la vitesse relative de
l’objet par rapport à l’observateur. L’énergie cinétique augmente en même temps et on
peut ainsi considérer que toute masse (m) recèle de l’énergie (E) selon la célèbre relation
E=mc2 où c est une constante égale à la vitesse de la lumière.
6. Densité des planètes
Ici, on peut « soupeser 3 planètes » et se rendre compte de la différence de densité
entre Mars et la Terre, puis comparer avec Saturne, une planète gazeuse.