CHAMP MAGNETIQUE, ATMOSPHERE ET CLIMATOLOGIE
a)Le champ magnétique et la structure interne de Mars
Pendant l’aérofreinage, la sonde est passée à des altitudes très proches de la surface, bien en dessous de l’ionosphère, couche supérieure de l’atmosphère chargée de particules électriques. Lorsque la sonde est au-dessus de cette couche, son magnétomètre ne peut que mesurer le champ magnétique global de Mars, et pas ses variations locales. Mais comme la sonde passait en dessous, elle a pu effectuer quelques observations.
Ainsi, on a pu s’apercevoir que certaines zones de la surface possédaient un champ magnétique fossile. Des roches en fusion ont enregistré le champ magnétique du moment et l’ont figé en se solidifiant. On remarque que Mars a subi des inversions de champ magnétique au cours de son histoire, comme ce fut le cas sur Terre. Ces inversions peuvent être utiles pour prouver l’existence passée d’une tectonique des plaques sur Mars.
Au fond de l’océan atlantique, des couches de lave se solidifient de part et d’autre du rift. Plus on s’en éloigne, plus les terrains sont vieux. Certaines roches ont enregistré le champ magnétique au moment où elles se sont solidifiées. On peut observer une organisation en bandes parallèles, où chaque bande représente une direction du champ magnétique. La suivante désigne la période après l’inversion, etc.
Sur Mars, on peut observer des bandes avec des polarités du champ magnétique opposées, mais elles ne sont pas disposées de manière à mettre en évidence une quelconque tectonique des plaques.
Actuellement, Mars ne possède plus de champ magnétique global, contrairement à la Terre. Sa surface n’est plus protégée des radiations nocives à la vie en provenance de l’espace. Son champ magnétique a disparu parce que le noyau de roches et métaux en fusion de la planète s’est solidifié, ne tournant plus en produisant ce champ magnétique, comme le ferait une dynamo. On pense cependant que ce champ magnétique était bel et bien présent il y a quelques milliards d’années, avant que Mars perde sa chaleur interne. Il jouait parfaitement son rôle de bouclier, protégeant une éventuelle vie à la surface.
Représentation du champ magnétique martien tel qu'il était voici quelques milliards d'années...
Le champ magnétique actuel de Mars : des zones ponctuelles, vestiges d'un véritable champ magnétique disparu...
b)L’atmosphère de Mars
Comme nous l’avons vu précédemment, l’atmosphère de Mars est beaucoup moins dense qu’elle ne l’était voici quelques milliards d’années.
Actuellement, elle est composée à 95,32% de dioxyde de carbone, à 2,7% d’azote, 1,6% d’argon, 0,13% d’oxygène, et 0,07% de monoxyde de carbone. La présence d’oxygène serait due à la photo décomposition de l’eau, et pas à la respiration de bactéries.
On trouve également un peu de vapeur d’eau(0,03%), provenant de la fonte des calottes polaires.
L’atmosphère de Mars contient très peu d’ozone(1/60 de la couche d’ozone terrestre)et Mars ne possède donc pas de protection contre les ultraviolets.
La pression atmosphérique est égale à 1/160 de celle de la Terre et peut varier de 30% au cours de l’année.
Plus on s’éloigne du sol, plus la température de l’atmosphère diminue. Mais à 110km d’altitude(mésopause), elle augmente à cause de l’absorption des rayons ultraviolets par les gaz présents à cette altitude.
La présence de poussières dans l’atmosphère, qui lui donnent d’ailleurs sa couleur orangée, modifie fortement ces estimations, car elle fait augmenter la température en absorbant les rayons du soleil.
On pense qu’il y a plusieurs milliards d’années, la pression atmosphérique avait une valeur située entre 1 et 5 bars. Elle a ensuite beaucoup diminué au cours du premier milliard d’années pour atteindre quelques centaines de millibars.
A l’origine, Mars et la Terre avaient une atmosphère de composition similaire. C’est la vie qui a totalement modifié celle de la Terre.
L’atmosphère de Mars, comme celle de la Terre, s’est formée grâce au dégazage des volcans et par l’apport de gaz contenus dans les météorites et les comètes.
Cette vue oblique de la surface martienne (le bassin d'Argyre est visible au nord-est) a été prise par l'un des orbiteurs Viking. A 40 km au-dessus de Mars, une fine bande de condensation atteste de la présence d'une atmosphère ténue et inadaptée à la vie. Il y a 3,8 milliards d'années, cette atmosphère devait être bien différente de celle que l'on connaît aujourd'hui pour pouvoir expliquer la présence d'eau liquide à la surface de la planète.
L'intensité solaire sur Mars est de 45 mW/cm2, soit environ 1/3 de l'insolation terrestre moyenne. Le spectre de la lumière est affecté par la quantité de poussière en suspension dans l'atmosphère et tend à perdre la partie bleue du spectre, ce qui explique la belle couleur du ciel martien.
c)Météorologie et saisons
Mars n’est pas aussi inerte qu’on pourrait le croire.
Elle est animée par de violentes tempêtes et tornades. Ces tornades ne sont pas destructrices, mais durent des heures et peuvent avoir une hauteur de 8km ! Elles déplacent avec elles des tonnes de poussière.
Mars Global Surveyor a également observé des formations de dunes, alignées, et qui changent au cours de l’année.
La planète connaît, comme la Terre, un cycle de saisons. Ainsi, on peut observer l’évolution des calottes polaires au cours de l’année, et voir naître des tempêtes au début du printemps austral.
La planète a de plus une forte excentricité, c’est à dire qu’elle n’a pas une orbite parfaitement circulaire. Quand c’est l’été dans l’hémisphère nord, elle est très loin du Soleil, et quand c’est l’hiver, elle est très près. Ainsi, l’été dans l’hémisphère nord est plus frais, mais plus long car la planète ralentit quand elle est loin du Soleil. L’hiver est plus doux et court. C’est le contraire dans l’hémisphère sud, qui connaît les plus fortes amplitudes. Par ailleurs, la durée d’une année martienne est de 687 jours terrestres, soit deux ans. Ses journées ont une durée de 24 heures et 30 minutes.
La planète connaît trois cycles :
- le cycle du dioxyde de carbone. Il fond des calottes polaires durant l’été et se dépose sous forme de glace sur la calotte de l’autre hémisphère, alors en plein hiver.
- le cycle de la poussière. Il est couplé au cycle précédent. La poussière se dépose sur les calottes, ce qui les assombrit. Les tempêtes de poussière font beaucoup varier la pression atmosphérique.
- le cycle de l’eau. Lorsque les calottes fondent au printemps, la glace se vaporise et le taux d’eau dans l’atmosphère augmente légèrement.
Les vents sur Mars peuvent atteindre 400km/h, et forment des stries claires et sombres à la surface, dues aux dépôts de poussière.
La température moyenne à la surface de Mars est de –53°C. On peut observer des variations de plus de 50° entre le jour et la nuit.
Des nuages fins se déplacent ça et là dans l’atmosphère, certains restent en permanence accrochés au sommet des grands volcans. Parfois des cyclones se forment, et des nappes de brouillard recouvrent certaines régions.
Une nappe de brouillard matinal recouvre la région de Noctis labyrinthus, à l'ouest de Valles Marineris. Ce brouillard porte le nom de brouillard de rayonnement de terrains. La nuit, l'eau de l'atmosphère se condense en particule de glace. Sous la chaleur des premiers rayons du Soleil, la glace fond et libère de la vapeur d'eau, qui se recondense presque immédiatement au contact de l'atmosphère froide. Un brouillard se forme alors. Il est constitué de particules de glace en suspension dans l'air d'un diamètre de 1 à 2 microns.
Ce nuage en forme de spirale a été observé pendant l'été au-dessus de la région polaire nord par l'orbiteur Viking 1. Le nuage est large de 200 km et son altitude est de 7 km. Constitué de particules de glace d'eau, il résulte de la rencontre d'une masse d'air tropicale avec une masse d'air polaire. Par ses caractéristiques, il ressemble aux cyclones extratropicaux que l'on rencontre sur Terre.
Ce schéma montre l'orbite de Mars en fonction des saisons : elle est plus proche du Soleil en hiver qu'en été, il y a donc une autre explication aux saisons martiennes, la même que pour les saisons terriennes...
Voilà la véritable explication : l'inclinaison de l'axe de rotation de la planète par rapport à l'écliptique. Cette inclinaison a une valeur sensiblement égale à celle de l'inclinaison de la Terre, ce qui explique l'alternance des saisons. L'hémisphère qui recoit des rayons solaires verticaux est en été, celui qui recoit ces mêmes rayons en oblique est en hiver.