10.1 : Les planètes les plus proches - Un aperçu
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Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Expliquez pourquoi il est difficile d'en apprendre davantage sur Vénus uniquement en observant la Terre
- Décrivez l'histoire de notre intérêt pour Mars avant l'ère spatiale
- Comparez les propriétés physiques de base de la Terre, de Mars et de Vénus, y compris leurs orbites
Comme on peut s'y attendre de la part de voisins proches, Mars et Vénus font partie des objets les plus brillants du ciel nocturne. La distance moyenne entre Mars et le Soleil est de 227 millions de kilomètres (1,52 UA), soit environ la moitié de la distance entre le Soleil et la Terre. L'orbite de Vénus est presque circulaire, à 108 millions de kilomètres (0,72 UA) du Soleil. Comme Mercure, Vénus apparaît parfois comme une « étoile du soir » et parfois comme une « étoile du matin ». Vénus s'approche de la Terre plus près que n'importe quelle autre planète : à sa plus proche, elle n'est qu'à 40 millions de kilomètres de nous. La distance la plus proche que Mars puisse atteindre de la Terre est d'environ 56 millions de kilomètres.
Apparence
Vénus semble très lumineuse, et même un petit télescope révèle qu'elle traverse des phases semblables à celles de la Lune. Galilée a découvert que Vénus présente une gamme complète de phases, et il a utilisé cet argument comme argument pour montrer que Vénus doit faire le tour du Soleil et non de la Terre. La surface réelle de la planète n'est pas visible car elle est entourée de nuages denses qui réfléchissent environ 70 % de la lumière solaire qui tombe sur eux, ce qui contrecarre les efforts visant à étudier la surface sous-jacente, même avec des caméras en orbite autour de la planète (Figure\(\PageIndex{1}\)).
En revanche, Mars est plus séduisante lorsqu'on la voit à travers un télescope (Figure\(\PageIndex{2}\)). La planète est nettement rouge, en raison (comme nous le savons maintenant) de la présence d'oxydes de fer dans son sol. Cette couleur peut expliquer son association avec la guerre (et le sang) dans les légendes des cultures anciennes. La meilleure résolution que l'on puisse obtenir avec des télescopes au sol est d'environ 100 kilomètres, soit à peu près la même que celle que l'on peut voir sur la Lune à l'œil nu. À cette résolution, aucun indice de structure topographique ne peut être détecté : pas de montagnes, pas de vallées, pas même de cratères d'impact. D'autre part, les calottes glaciaires polaires brillantes sont facilement visibles, ainsi que les marques de surface sombres qui changent parfois de contour et d'intensité d'une saison à l'autre.
Pendant quelques décennies, au tournant du XXe siècle, certains astronomes ont cru avoir vu des preuves de l'existence d'une civilisation intelligente sur Mars. La controverse a commencé en 1877, lorsque l'astronome italien Giovanni Schiaparelli (1835—1910) a annoncé qu'il pouvait voir de longues lignes droites faibles sur Mars qu'il appelait canal, ou canaux. Dans les pays anglophones, le terme a été traduit par erreur par « canaux », ce qui implique une origine artificielle.
Avant même les observations de Schiaparelli, les astronomes avaient observé les calottes polaires brillantes changer de taille au fil des saisons et avaient observé des variations dans les caractéristiques de la surface sombre. Avec un peu d'imagination, il n'était pas difficile d'imaginer les canaux comme de longs champs de cultures bordant des fossés d'irrigation qui acheminaient l'eau de la fonte des glaces polaires vers les déserts desséchés de la planète rouge. (Ils ont supposé que les calottes polaires étaient composées de glace d'eau, ce qui n'est pas tout à fait vrai, comme nous le verrons bientôt.)
Jusqu'à sa mort en 1916, le défenseur le plus efficace de la vie intelligente sur Mars était Percival Lowell, un astronome américain autodidacte membre de la riche famille Lowell de Boston (voir l'encadré sur Percival Lowell : Dreaming of an Inhabited Mars). Auteur et conférencier talentueux, Lowell a présenté ce qui semblait convaincant au public en faveur des Martiens intelligents, qui avaient construit les immenses canaux pour préserver leur civilisation face à la détérioration du climat (Figure\(\PageIndex{3}\)).
L'argument en faveur d'une race de Martiens intelligents reposait toutefois sur la réalité des canaux, une question qui continuait de faire l'objet d'une vive controverse parmi les astronomes. Les marques du canal ont toujours été difficiles à étudier et ne sont apparues qu'occasionnellement parce que les conditions atmosphériques faisaient scintiller la minuscule image de Mars dans le télescope. Lowell a vu des canaux partout (même quelques-uns sur Vénus), mais de nombreux autres observateurs ne pouvaient pas les voir du tout et n'étaient pas convaincus de leur existence. Lorsque des télescopes plus grands que ceux de Lowell n'ont pas réussi à confirmer la présence de canaux, les sceptiques se sont sentis justifiés. Il est maintenant généralement admis que les lignes droites étaient une illusion d'optique, résultat de la tendance de l'esprit humain à voir de l'ordre dans des traits aléatoires que l'on aperçoit faiblement aux limites de la résolution de l'œil. Lorsque nous voyons de petits points sombres de marques de surface, notre esprit a tendance à relier ces points en lignes droites.
PERCIVAL LOWELL : RÊVE D'UN MARS HABITÉ
Percival Lowell est né dans la famille aisée du Massachusetts à qui John Bossidy a porté le célèbre toast :
Et c'est le bon vieux Boston,
La patrie du haricot et de la morue, où les Lowell parlent aux Cabots et où les Cabots ne parlent qu'à Dieu.
Le frère de Percival, Lawrence, est devenu président de l'université de Harvard et sa sœur, Amy, est devenue une poète distinguée. Percival s'intéresse déjà à l'astronomie dès son plus jeune âge : il a observé Mars à l'âge de 13 ans. Sa thèse de premier cycle à Harvard portait sur l'origine du système solaire, mais il n'a pas poursuivi cet intérêt immédiatement. Au lieu de cela, il est entré dans l'entreprise familiale et a beaucoup voyagé en Asie. En 1892, cependant, il a décidé de se consacrer à la poursuite de l'œuvre de Schiaparelli et à la résolution des mystères des canaux martiens.
En 1894, avec l'aide d'astronomes de Harvard mais avec ses propres fonds, Lowell a construit un observatoire sur un haut plateau à Flagstaff, en Arizona, où il espérait que l'observation serait suffisamment claire pour lui montrer Mars avec des détails sans précédent. Lui et ses assistants ont rapidement accumulé un nombre impressionnant de dessins et de cartes, prétendant montrer un vaste réseau de canaux martiens (voir Figure\(\PageIndex{3}\)). Il a développé ses idées sur les habitants de la planète rouge dans plusieurs livres, dont Mars (1895) et Mars et ses canaux (1906), et dans des centaines d'articles et de discours.
Comme l'a dit Lowell,
Il semblerait que le système que nous voyons ait été dirigé par un esprit d'une extrême rigueur, certainement beaucoup plus complet que celui qui préside les divers services de nos propres travaux publics. La politique des partis, en tout état de cause, n'y a joué aucun rôle ; car le système s'étend à l'échelle de la planète... Ce que nous voyons suggère certainement l'existence d'êtres qui sont en avance sur nous, et non pas derrière nous, sur le chemin de la vie.
Les points de vue de Lowell ont captivé l'imagination du public et ont inspiré de nombreux romans et histoires, dont le plus célèbre est La guerre des mondes (1897) de H. G. Wells. Dans ce célèbre roman d' « invasion », les habitants assoiffés d'une planète Mars mourante (entièrement inspirés des idées de Lowell) viennent à la conquête de la Terre grâce à une technologie de pointe.
Bien que l'observatoire Lowell soit d'abord devenu célèbre pour ses travaux sur les canaux martiens, Lowell et l'observatoire se sont finalement tournés vers d'autres projets. Il s'est intéressé à la recherche d'une neuvième planète (encore inconnue) dans le système solaire. En 1930, Pluton a été découvert à l'observatoire Lowell, et ce n'est pas un hasard si le nom choisi pour la nouvelle planète commence par les initiales de Lowell. C'est également à l'observatoire Lowell que les premières mesures de la vitesse à laquelle les galaxies s'éloignent de nous ont été effectuées, observations qui ont finalement conduit à notre vision moderne d'un univers en expansion.
Lowell (Figure\(\PageIndex{4}\)) a continué à vivre dans son observatoire, se mariant à 53 ans et publiant de nombreuses publications. Il a apprécié le débat que ses affirmations sur Mars ont suscité bien plus que les astronomes de l'autre côté, qui se sont souvent plaints que les travaux de Lowell faisaient de l'astronomie planétaire un domaine moins respectable. Dans le même temps, la fascination du public pour les planètes alimentée par les œuvres de Lowell (et de ses interprètes) a peut-être contribué, plusieurs générations plus tard, à soutenir le programme spatial et les nombreuses missions dont les résultats ornent les pages de notre texte.
En octobre 1938, le Mercury Theater of the Air à la radio a dramatisé The War of the Worlds sous la forme d'une série de reportages radiophoniques. Cette émission a fait croire à de nombreuses personnes que les Martiens de Lowell envahissaient réellement le New Jersey et a semé la panique. Vous pouvez écouter l'émission de radio originale en faisant défiler l'écran jusqu'à « War of the Worlds ».
Rotation des planètes
Les astronomes ont déterminé la période de rotation de Mars avec une grande précision en observant le mouvement des marques de surface permanentes ; son jour sidéral est de 24 heures 37 minutes 23 secondes, soit un peu plus que la période de rotation de la Terre. Cette haute précision n'est pas obtenue en observant Mars pendant une seule rotation, mais en notant le nombre de tours qu'elle effectue sur une longue période. Les bonnes observations de Mars remontent à plus de 200 ans, période au cours de laquelle des dizaines de milliers de jours martiens se sont écoulés. Par conséquent, la période de rotation peut être calculée à quelques centièmes de seconde près.
L'axe de rotation de Mars a une inclinaison d'environ 25°, similaire à l'inclinaison de l'axe de la Terre. Mars connaît donc des saisons très similaires à celles de la Terre. En raison de l'année martienne plus longue (presque deux années terrestres), chaque saison dure environ six de nos mois.
La situation avec Venus est différente. Comme aucun détail de surface n'est visible à travers les nuages de Vénus, sa période de rotation ne peut être déterminée qu'en faisant rebondir des signaux radar sur la planète (comme expliqué pour Mercure dans le chapitre Cratered Worlds). Les premières observations radar de la rotation de Vénus ont été effectuées au début des années 1960. Plus tard, des caractéristiques topographiques de la surface de la planète ont été identifiées et apparues dans les signaux radar réfléchis. La période de rotation de Vénus, déterminée précisément à partir du mouvement de ces « éléments radar » sur son disque, est de 243 jours. Ce qui est encore plus surprenant que le temps qu'il faut à Vénus pour tourner, c'est le fait qu'elle tourne vers l'arrière ou dans une direction rétrograde (d'est en ouest).
Arrêtez-vous un instant et imaginez à quel point cette lente rotation rend le calendrier de Vénus étrange. La planète met 225 jours terrestres pour orbiter autour du Soleil et 243 jours terrestres pour tourner sur son axe. Ainsi, la journée sur Vénus (définie par sa rotation unique) est plus longue que l'année ! Par conséquent, le temps que met le Soleil pour revenir au même endroit dans le ciel de Vénus, une autre façon de définir le sens d'un jour, s'avère être de 117 jours terrestres. (Si vous dites « À demain » sur Vénus, vous aurez beaucoup de temps à attendre.) Bien que nous ne connaissions pas la raison de la lente rotation vers l'arrière de Vénus, nous pouvons supposer qu'elle a subi une ou plusieurs collisions extrêmement puissantes au cours du processus de formation du système solaire.
Propriétés de base de Vénus et de Mars
Avant de discuter de chaque planète individuellement, comparons certaines de leurs propriétés de base entre elles et avec la Terre (Tableau\(\PageIndex{1}\)). Vénus est à bien des égards la jumelle de la Terre, avec une masse 0,82 fois la masse de la Terre et une densité presque identique. L'activité géologique moyenne a également été relativement élevée, presque aussi élevée que sur Terre. En revanche, avec une pression de surface presque 100 fois supérieure à la nôtre, l'atmosphère de Vénus n'est pas du tout semblable à celle de la Terre. La surface de Vénus est également remarquablement chaude, avec une température de 730 K (plus de 850 °F), plus élevée que le cycle d'auto-nettoyage de votre four. L'un des défis majeurs présentés par Vénus est de comprendre pourquoi l'atmosphère et l'environnement de surface de cette jumelle divergent si fortement de ceux de notre propre planète.
| Propriété | Terre | Vénus | Mars |
|---|---|---|---|
| Axe semi-majeur (AU) | 1,00 | 0,72 | 1,52 |
| Période (année) | 1,00 | 0,61 | 1,88 |
| Masse (Terre = 1) | 1,00 | 0,82 | 0,11 |
| Diamètre (km) | 12 756 | 12 102 | 6 790 |
| Densité (g/cm3) | 5.5 | 5.3 | 3.9 |
| Gravité de surface (Terre = 1) | 1,00 | 0,91 | 0,38 |
| Vitesse d'échappement (km/s) | 11.2 | 10,4 | 5,0 |
| Période de rotation (heures ou jours) | 23,9 h | 243 d | 24,6 h |
| Surface (Terre = 1) | 1,00 | 0,90 | 0,28 |
| Pression atmosphérique (bar) | 1,00 | 90 | 0,007 |
Mars, en revanche, est assez petite, avec une masse seulement 0,11 fois la masse de la Terre. Elle est cependant plus grande que la Lune ou Mercure et, contrairement à eux, elle conserve une atmosphère mince. Mars est également suffisamment grande pour avoir supporté une activité géologique considérable dans un passé lointain. Mais ce qui est le plus fascinant à propos de Mars, c'est qu'elle possédait probablement, il y a longtemps, une atmosphère épaisse et des mers d'eau liquide, des conditions que nous associons au développement de la vie. Il est même possible qu'une forme de vie persiste aujourd'hui dans des environnements protégés sous la surface martienne.
Concepts clés et résumé
Vénus, la planète la plus proche, est une grande déception à travers le télescope en raison de sa couverture nuageuse impénétrable. Mars est plus attirante, avec des marques sombres et des calottes polaires. Au début du XXe siècle, il était largement admis que les « canaux » de Mars indiquaient une vie intelligente dans cette région. Mars n'a que 11 % de la masse de la Terre, mais Vénus est presque notre jumelle en taille et en masse. Mars tourne en 24 heures et connaît des saisons similaires à la Terre ; Vénus a une période de rotation rétrograde de 243 jours. Les deux planètes ont été largement explorées par des engins spatiaux.