Atmosphère

Température

L’atmosphère contient très peu d’Ozone. On ne trouve donc pas de Stratosphère. Le profil de température en fonction de l’altitude est alors décroissant (et très irrégulier) jusque vers cent kilomètres où commence la Thermosphère directement chauffée par le soleil.

Pression

L’atmosphère de Mars est très mince : la pression atmosphérique est de seulement 6.36 millibars au rayon moyen comparativement à une moyenne de 1 013 millibars sur la Terre. La Condensation alternée de CO₂ fait varier jusqu’à 30 % la pression. Selon la saison, la pression varie donc entre 4.0  et 8.7 millibars.

Composition

Dès 1952, Gerard Kuiper analyse le spectre infrarouge de Mars à partir de l’observatoire McDonald et constate la forte proportion de dioxyde de carbone.

Début 2004, le Spectromètre Infrarouge PFS de la sonde européenne Mars Express a détecté de faibles concentrations (10 parties par milliard) de Méthane dans l’atmosphère martienne. LE FPS a aussi trouvé des traces de formaldéhyde. Or le méthane et le formaldéhyde sont instables dans l'atmosphère, ce qui signifie qu'il existe une source sur Mars. Cette source pourrait être biologique^,.

Il existe quelques nuages d’eau et de CO₂ ainsi que des poussières en suspension.

Ciel martien

Du fait des variations de l’atmosphère, le ciel varie lui aussi. Normalement bleue très pâle, la couleur du ciel s’assombrit lors de l’augmentation de poussière (plutôt rouge) dans l’atmosphère et peut changer au rose orange. À l’inverse, après une longue période sans poussières, le ciel devient bleu. Le ciel est plus clair à l’horizon et foncé au zénith. La couleur dépend aussi de l’altitude, l’atmosphère étant plus épaisse à Hellas Planitia qu’au sommet d’Olympus Mons. Selon les saisons, la réflectivité de la lumière solaire augmente et diminue de manière cyclique.

Perte de l’atmosphère

• les collisions avec les astéroïdes étant fréquentes au début de l’histoire de la Planète rouge, elles peuvent être un début d’explication ;
• la réaction du CO₂ avec l’eau pour former des carbonates (hypothèse), non recyclés contrairement à la Terre où la Tectonique joue ce rôle ;
• la gravité martienne est suffisante pour retenir le CO₂ et l’eau dans l’atmosphère. Mais sous l’action du Vent solaire, les molécules qui ne sont pas protégées par la présence d’un Champ magnétique (contrairement à la Terre) peuvent récupérer assez d’énergie pour atteindre la vitesse de libération.

Pour un certain nombre de scientifiques, la disparition de l’atmosphère martienne et la disparition d’EAU liquide sont liées. Pour exister sous forme liquide à la température actuelle de la planète, l’eau aurait besoin d’une pression plus importante au sol. Ne pouvant que rester sous forme de gaz dans la grande majorité des conditions martiennes, l’eau peut alors s’échapper vers l’espace par les hypothèses précédentes.

Climat

Le climat martien est globalement de type glaciaire. La Température moyenne (-63°C) et la faible pression atmosphérique (6.36 millibars) ne permettent pas la présence d’eau liquide en surface. Voir aussi Hydrosphère.

L’Inclinaison de l'axe de Mars est de 25,2°, proche des 23,45° de celui de la Terre. Mars connaît donc des saisons opposées dans les hémisphères Nord et Sud.

L’excentricité orbitale de Mars est de 0.09 341 233, contre 0.01 671 022 pour la terre. La distance Mars-Soleil varie donc entre un maximum (Aphélie) : 249.228 millions de kilomètres et un minimum (Périhélie) : 206.644 millions de kilomètres. Cela a pour effet de provoquer des différences de durée et d'intensité entre les saisons observées aux deux hémisphères. Au périphélie par exemple, le pôle sud, orienté vers le soleil, reçoit 40% d'énergie en plus que le pôle nord à l'aphélie, alors tourné vers notre étoile. L’été austral est plus chaud que le boréal, mais aussi plus court.

Les hivers sont donc chauds et courts dans l’hémisphère Nord et longs et froids dans l’hémisphère Sud. De même, les étés sont longs et frais au Nord et courts et chauds au Sud. Les écarts de températures sont ainsi plus élevés au Sud qu’au Nord.

Au printemps austral, quand Mars est au plus près du Soleil, des tempêtes locales et parfois régionales apparaissent. Exceptionnellement, ces tempêtes peuvent devenir planétaires et durer plusieurs mois comme ce fut le cas en 1971, et, dans une moindre mesure, en 2001. De minuscules grains de poussière sont alors soulevés, rendant la surface de Mars quasiment invisible.

Les tempêtes de poussière naissent en général au dessus du Bassin d'Hellas lors du périhélie. L'énergie solaire provoque la Sublimation d'une partie du Dioxyde de carbone contenue dans la calotte polaire sud. Les importantes différences thermiques observées entre le pôle, encore recouvert de glace carbonique, et les régions avoisinantes, provoquent des vents violents à l'origine du soulèvement de fines paricules dans l'atmosphère. Les vents peuvent dépasser les 100 km/h et soulever des grains de poussières à plus de 50 km d'altitude. Lors de tempêtes globales, ce phénomène provoque d'importantes modifications climatiques. Ainsi, lors de la tempête de 2001, la température athmosphérique s'est élevée de 30°C alors que la température au sol s'est abaissée de 10°C.

Il est à noter qu’il n’existe qu’une seule cellule de Hadley sur Mars mais beaucoup plus marquée en altitude et en amplitude, joignant les deux hémisphères et qui s’inverse deux fois par an. La complexité des réflexions de la lumière solaire et la diffusion de la chaleur ainsi que sa répartition font que les pôles peuvent être plus chauds que les zones équatoriales.

La variation de l’inclinaison de la planète, l’obliquité suit un régime chaotique selon une cyclicité d’environ 120 000 ans. Elle oscille entre 0° et 60° et connaît des phases relativement stabilisées entrecoupées de changements brusques ce qui bouleverse complètement le climat martien.

Article détaillé : .

Hydrosphère

Plusieurs indices, comme des dépôts Sédimentaires, des traces de rivages et des cours d’eau asséchés, indiquent qu’il y aurait eu sur Mars une grande quantité d’eau et une activité hydrologique intense.

La sonde Mariner 9 a découvert en 1972 des lits de rivières asséchés dans l’hémisphère Sud, âgés d’environ 3,8 milliards d’années. On ne trouve aucune trace plus récente de ce type de réseaux hydrographiques. Contrairement à la Terre, cette eau ne serait pas pour la majorité issue de pluie mais de sources souterraines, chauffées par le magma d’un Volcan ou à la suite d’un impact de Météorite. Néanmoins, il est possible qu’une période de pluie ait existé à une époque encore plus ancienne.

Des lacs ont pu localement exister dans des cratères.

L’hypothèse d’un océan recouvrant l’hémisphère Nord (zone à l’altitude la plus basse) et d’une hauteur de 500 mètres est de même débattue. Certains indices vont dans ce sens mais certaines preuves essentielles sont encore manquantes (présence de carbonates issus de la réaction entre le CO₂ et l’eau).

Aujourd’hui, la plupart des scientifiques pensent qu’il n’y a plus de traces d’eau liquide à proprement parler : compte tenu de la pression et de la température à la surface de Mars, l'eau passe directement de l’état solide à l’état gazeux par sublimation.

Cependant, Michael Malin et Kenneth Edgett (et co-auteurs), chercheurs de la Nasa, ont annoncé en décembre 2006 avoir désormais la preuve d’écoulements granulaires épisodiques actifs. L’analyse d’image haute résolution MOC prises par la sonde Mars Global Surveyor a révélé la présence de nouvelles ravines (gullies) dont la mise en place pourrait être liée à des écoulements de boue . Toutefois des analyses ultérieurs ont montré que les observations sont mieux expliquées par des écoulements secs que par des écoulements liquides.

Si l'eau a abondament coulé sur Mars en des temps anciens, on ignore ce qu’elle est devenue. Une majeure partie pourrait s’être échappée vers l’espace (voir Perte de l’atmosphère). Toutefois, il pourrait exister aujourd'hui sur cette planète du Pergélisol, voire du Mollisol. Il est donc possible d'y trouver encore des traces de vie. Plusieurs sondes spatiales ont été envoyées sur cette planète dans ce but, notamment les sondes Vikings, Mars Express et son module Beagle 2 ainsi que les robots Mars Exploration Rover 1 et 2. L’hypothèse martienne de l’origine de la bactérie Polyextrémophile Deinococcus radiodurans est également envisagée.

Astronomie

Terre-Mars

Mars est la planète extérieure la plus proche de la Terre. Le moment où la distance est la plus faible peu être avant ou après que Mars soit en opposition. Par exemple, le 27 août 2003 à 09 heures, 51 minutes et 14 secondes UT, la distance Terre-Mars est minimale alors que l’opposition à lieu le 28 août 2003 à 17 heures, 58 minutes et 49 secondes UT (données IMCCE ).

Depuis la Terre, le Diamètre apparent de Mars à l’opposition est au maximum de 26 secondes d’arc, soit environ 70 fois plus petit que celui de la pleine Lune.

Le 27 août 2003 , à 9 heures et 51 minutes UTC, est atteinte la plus grande proximité depuis près de 60 000 ans entre Mars et la Terre, soit environ 55 758 000 kilomètres et son diamètre apparent de 25.13" . Cet événement a engendré un Canular informatique selon laquelle Mars semblerait aussi grosse que la Lune. La dernière occasion d’un si grand rapprochement entre les deux voisines est estimée à 57 617 av. J.-C. Des analyses détaillées du portrait gravitationnel du système solaire permettent de prévoir un rapprochement encore plus étroit pour 2287.

Depuis Mars, la Terre est une planète intérieure, elle est donc visible le matin et le soir. De la même façon que Vénus est visible le matin et le soir depuis la Terre.

Satellites

Satellites naturels

Les deux satellites naturels de Mars, Phobos et Déimos, orbitent près de la planète, à quelques milliers de kilomètres de celle-ci et sont peut être des astéroïdes capturés, ou bien issues d'un ancien satellite s'étant brisé . Ils sont liés à Mars par les forces de marées et montrent toujours la même face dans sa direction.

Comme Phobos orbite autour de Mars plus rapidement que la planète ne tourne sur elle-même, les forces de marées font décroître son rayon orbital de manière lente mais constante au rythme de neuf centimètres par an. Phobos finira donc par s'approcher trop près de la planète et franchira la Limite de Roche, d'ici 40 à 50 millions d'années. Les forces de marée seront alors trop fortes et briseront le satellite. Les blocs de roche formés formeront peut être un anneau autour de Mars . Déimos, en revanche, est assez éloigné pour que son orbite tende plutôt à s'éloigner, cela de manière infiniment lente.

Les deux satellites ont été découverts lors de l’Opposition d’août 1877 par Asaph Hall à l'aide d'un télescope de 26 pouces depuis l'observatoire naval des États-Unis de Washington^,. Ils ont été originellement nommés Phobus et Deimus d'après une suggestion d'Henry Madan professeur au collège d'Eton d'après la ligne 119 du chant XV de L'Iliade :

Dans la mythologie grecque, Phobos et Déimos sont les fils du dieu Arès, en Grec ancien Φόϐος / Phóbos signifie « peur » et Δεῖμος / Deĩmos « terreur ». Cette dénomination est un jeu de mot sur la Polysémie du mot satellite qui peut désigner à la fois un astre (les satellites de la planète) ou bien une personne, un garde du corps (les satellites du dieu).

Satellites artificiels

Cinq satellites artificiels orbitent actuellement autour de Mars dont trois en fonctionnement, c'est plus que toute autre planète (sauf la Terre).

Satellites troyens

Mars possède aussi six astéroïdes étroitement liées, mais ne semblant pas être des troyens : 2001 FR127, 2001 FG24, 2001 DH47, 1999 ND43, 1998 QH56 et 1998 SD4.

Météore, météorites et astéroïdes

2007 WD5 est un astéroïde géocroiseur et aréocroiseur de 50 mètres de long découvert le 20 novembre 2007 par Andrea Boattini, du Catalina Sky Survey. Selon le programme de recherche Near Earth Object Program de la NASA, il aurait une chance sur 10 000 (soit 0,01 %) de s'écraser sur Mars le 30 janvier 2008 .

Historique des observations de la planète

Observations antiques