10.5 : L'eau et la vie sur Mars

Objectifs d'apprentissage

À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

• Décrire la composition générale de l'atmosphère sur Mars
• Expliquez ce que nous savons des calottes glaciaires polaires de Mars et comment nous le savons
• Décrire les preuves de la présence d'eau dans l'histoire passée de Mars
• Résumez les preuves pour et contre la possibilité de vie sur Mars

De toutes les planètes et lunes du système solaire, Mars semble être l'endroit le plus prometteur pour la recherche de vie, à la fois de microbes fossiles et (nous l'espérons) de certaines formes de vie plus profondes qui survivent encore aujourd'hui. Mais où (et comment) devons-nous chercher la vie ? Nous savons que le seul besoin commun à toute forme de vie sur Terre est l'eau liquide. Par conséquent, le principe directeur de l'évaluation de l'habitabilité sur Mars et ailleurs a été de « suivre l'eau ». C'est la perspective que nous adoptons dans cette section, pour suivre l'eau de la planète rouge et espérer qu'elle nous mènera à la vie.

Atmosphère et nuages sur Mars

L'atmosphère de Mars a aujourd'hui une pression de surface moyenne de seulement 0,007 bar, soit moins de 1 % de celle de la Terre. (C'est ainsi que l'air est mince à environ 30 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.) L'air martien est principalement composé de dioxyde de carbone (95 %), avec environ 3 % d'azote et 2 % d'argon. Les proportions des différents gaz sont similaires à celles de l'atmosphère de Vénus (voir tableau\(10.3.1\)), mais on trouve beaucoup moins de chaque gaz dans l'air mince de Mars.

Bien que les vents sur Mars puissent atteindre des vitesses élevées, ils exercent beaucoup moins de force que des vents de même vitesse sur Terre en raison de la faible épaisseur de l'atmosphère. Le vent est toutefois capable de soulever de très fines particules de poussière, qui peuvent parfois provoquer des tempêtes de poussière à l'échelle de la planète. C'est cette fine poussière qui recouvre presque toute la surface, donnant à Mars sa couleur rouge caractéristique. En l'absence d'eau de surface, l'érosion éolienne joue un rôle majeur dans la sculpture de la surface martienne (Figure\(\PageIndex{1}\)).

Figure\(\PageIndex{1}\) Érosion éolienne sur Mars. Ces longues crêtes droites, appelées yardangs, sont alignées dans la direction dominante du vent. Il s'agit d'une image haute résolution prise par le Mars Reconnaissance Orbiter et mesure environ 1 kilomètre de large.

La question de la force des vents sur Mars joue un rôle important dans le film à succès The Martian de 2015, dans lequel le personnage principal est échoué sur Mars après avoir été enterré dans le sable dans une tempête de vent si grande que ses collègues astronautes doivent quitter la planète pour que leur vaisseau ne soit pas endommagé. Les astronomes ont remarqué que les vents martiens ne pouvaient pas être aussi puissants que ceux décrits dans le film. À bien des égards, cependant, la représentation de Mars dans ce film est remarquablement précise.

Bien que l'atmosphère contienne de petites quantités de vapeur d'eau et parfois des nuages de glace d'eau, l'eau liquide n'est pas stable dans les conditions actuelles sur Mars. Le problème tient en partie aux basses températures de la planète. Mais même si la température par une journée ensoleillée d'été dépasse le point de congélation, la basse pression signifie que l'eau liquide ne peut toujours pas exister à la surface, sauf aux altitudes les plus basses. À une pression inférieure à 0,006 bar, le point d'ébullition est aussi bas ou plus bas que le point de congélation, et l'eau passe directement de l'état solide à la vapeur sans passer à l'état liquide intermédiaire (tout comme la « glace sèche », le dioxyde de carbone, sur Terre). Cependant, les sels dissous dans l'eau abaissent son point de congélation, comme nous le savons grâce à la façon dont le sel est utilisé pour dégeler les routes après la formation de neige et de glace pendant l'hiver sur Terre. L'eau salée peut donc parfois exister sous forme liquide sur la surface martienne, dans de bonnes conditions.

Plusieurs types de nuages peuvent se former dans l'atmosphère martienne. Il y a d'abord les nuages de poussière, discutés ci-dessus. Ensuite, les nuages d'eau et de glace similaires à ceux de la Terre. Elles se forment souvent autour des montagnes, comme cela se produit sur notre planète. Enfin, le CO2 de l'atmosphère peut lui-même se condenser à haute altitude pour former des brumes de cristaux de glace sèche. Les nuages de CO2 n'ont pas d'équivalent sur Terre, car sur notre planète, les températures ne baissent jamais assez bas (jusqu'à environ 150 K ou environ 125 °C) pour que ce gaz se condense.

Les casquettes Polar

Grâce à un télescope, les caractéristiques de surface les plus importantes de Mars sont les calottes polaires brillantes, qui changent au fil des saisons, de la même manière que la couverture neigeuse saisonnière de la Terre. Nous ne pensons généralement pas que la neige hivernale des latitudes nordiques fasse partie de nos calottes polaires, mais vue de l'espace, la fine neige hivernale se fond dans les calottes glaciaires épaisses et permanentes de la Terre pour créer une impression similaire à celle observée sur Mars (Figure\(\PageIndex{2}\)).

Figure\(\PageIndex{2}\) Martian North Polar Cap. (a) Il s'agit d'une image composite du pôle nord en été, obtenue en octobre 2006 par le Mars Reconnaissance Orbiter. Il montre la calotte résiduelle, principalement de glace d'eau, posée au sommet de sédiments stratifiés clairs de couleur beige. Notez que bien que la bordure de cette photo soit circulaire, elle ne montre qu'une petite partie de la planète. (b) Nous voyons ici une petite partie du terrain stratifié près du pôle nord martien. Il y a un monticule d'environ 40 mètres de haut qui sort d'un creux au centre de l'image.

Les calottes saisonnières de Mars ne sont pas composées de neige ordinaire mais de CO ₂ gelé (glace sèche). Ces dépôts se condensent directement à partir de l'atmosphère lorsque la température de surface descend en dessous d'environ 150 K. Les calottes se forment pendant les hivers martiens froids et s'étendent jusqu'à environ 50° de latitude au début du printemps.

Les plafonds permanents ou résiduels qui sont toujours présents à proximité des pôles se distinguent nettement de ces minces plafonds saisonniers de CO ₂. La calotte permanente sud a un diamètre de 350 kilomètres et est composée de dépôts de CO ₂ gelés et d'une grande quantité de glace d'eau. Tout au long de l'été austral, il reste au point de congélation du CO ₂, 150 K, et ce réservoir froid est suffisamment épais pour survivre intact à la chaleur estivale.

La calotte permanente septentrionale est différente. Il est beaucoup plus grand, ne se rétrécit jamais à un diamètre inférieur à 1 000 kilomètres et est composé de glace d'eau. Les températures estivales dans le nord sont trop élevées pour que le CO ₂ gelé soit retenu. Les mesures effectuées par le Mars Global Surveyor ont permis d'établir les altitudes exactes de la région polaire nord de Mars, montrant qu'il s'agit d'un vaste bassin de la taille de notre propre bassin de l'océan Arctique. La calotte glaciaire elle-même mesure environ 3 kilomètres d'épaisseur, avec un volume total d'environ 10 millions de km3 (similaire à celui de la mer Méditerranée de la Terre). Si Mars avait eu beaucoup d'eau liquide, ce bassin polaire nord aurait contenu une mer peu profonde. Certains indices indiquent que d'anciens rivages sont visibles, mais de meilleures images seront nécessaires pour vérifier cette suggestion.

Les images prises depuis l'orbite montrent également un type de terrain distinct entourant les calottes polaires permanentes, comme le montre la figure\(\PageIndex{2}\). À des latitudes supérieures à 80° dans les deux hémisphères, la surface est constituée de récents dépôts stratifiés qui recouvrent le sol plus ancien cratérisé situé en dessous. Les couches individuelles ont généralement une épaisseur de dix à quelques dizaines de mètres et sont marquées par une alternance de bandes de sédiments claires et foncées. La matière contenue dans les dépôts polaires comprend probablement de la poussière transportée par le vent en provenance des régions équatoriales de Mars.

Que nous apprennent ces couches en terrasses sur Mars ? Certains processus cycliques consistent à déposer de la poussière et de la glace au fil du temps. Les échelles de temps représentées par les couches polaires sont des dizaines de milliers d'années. Apparemment, le climat martien subit des changements périodiques à des intervalles similaires à ceux entre les périodes glaciaires sur Terre. Les calculs indiquent que les causes sont probablement également similaires : l'attraction gravitationnelle des autres planètes produit des variations de l'orbite et de l'inclinaison de Mars au fur et à mesure que la grande horloge du système solaire avance à son rythme.

La sonde Phoenix a atterri près de la calotte polaire nord en été (Figure\(\PageIndex{3}\)). Les contrôleurs savaient qu'elle ne serait pas en mesure de survivre à un hiver polaire, mais la mesure directe des caractéristiques de la région polaire a été jugée suffisamment importante pour envoyer une mission dédiée. La découverte la plus excitante est survenue lorsque l'engin spatial a tenté de creuser une tranchée peu profonde sous le vaisseau spatial. Lorsque la poussière sous-jacente a été enlevée, ils ont vu de la matière blanche brillante, apparemment une sorte de glace. D'après la façon dont cette glace s'est sublimée au cours des jours suivants, il était clair qu'il s'agissait d'eau gelée.

Figure\(\PageIndex{3}\) Évaporation de glace sur Mars. Nous voyons une tranchée creusée par l'atterrisseur Phoenix dans la région polaire nord à quatre jours d'intervalle martien en juin 2008. Si vous regardez la zone ombragée en bas à gauche de la tranchée, vous pouvez voir trois taches de glace sur l'image de gauche qui se sont sublimées sur l'image de droite. (source : modification d'un travail par la NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona/Texas A&M University)

Exemple\(\PageIndex{1}\) : comparaison de la quantité d'eau sur Mars et sur Terre

Il est intéressant d'estimer la quantité d'eau (sous forme de glace) sur Mars et de la comparer à la quantité d'eau présente sur Terre. Dans chaque cas, nous pouvons déterminer le volume total d'une couche sur une sphère en multipliant la surface de la sphère (\(4 \pi R^2\)) par l'épaisseur de la couche. Pour la Terre, l'eau de mer équivaut à une couche de 3 km d'épaisseur répartie sur l'ensemble de la planète, et le rayon de la Terre est de 6,378 × 10 ⁶ m (voir annexe F). Pour Mars, la majeure partie de l'eau dont nous sommes sûrs se trouve sous forme de glace près des pôles. Nous pouvons calculer la quantité de glace dans l'une des calottes polaires résiduelles si elle a (par exemple) une épaisseur de 2 km et un rayon de 400 km (l'aire d'un cercle est\(\pi R^2\)).

Solution

Le volume d'eau de la Terre est donc la superficie\(4 \pi R^2\)

\[ 4 \pi \left( 6.378 \times 10^6 \text{ m} \right)^2=5.1 \times 10^{14} \text{ m}2 \nonumer\]

multiplié par l'épaisseur de 3000 m :

\[ 5.1 \times 10^{14} \text{ m}^2 \times 3000 \text{ m} = 1.5 \times 10^{18} \text{ m}^3 \nonumber\]

Cela donne 1,5 × 10 ¹⁸ m ³ d'eau. Comme l'eau a une densité de 1 tonne par mètre cube (1000 kg/m ³), on peut calculer la masse :

\[1.5 \times 10^{18} \text{ m}^3 \times 1 \text{ ton/m}^3 = 1.5 \times 10^{18} \text{ tons} \nonumber\]

Pour Mars, la glace ne couvre pas toute la planète, seulement les calottes ; la zone de la calotte polaire est

\[ \pi R^2= \pi \left( 4 \times 10^5 \text{ m} \right)^2 = 5 \times 10^{11} \text{ m}^2 \nonumber\]

(Notez que nous avons converti les kilomètres en mètres.)

Le volume = surface × hauteur, nous avons donc :

\[ \left( 2 \times 10^3 \text{ m} \right) \left( 5 \times 10^{11} \text{ m}^2 \right) = 1 \times 10^{15} \text{ m}^3=10^{15} \text{ m}^3 \nonumber\]

Par conséquent, la masse est la suivante :

\[10^{15} \text{ m}^3 \times 1 \text{ ton/m}^3=10^{15} \text{ tons} \nonumber\]

Cela représente environ 0,1 % de celui des océans de la Terre.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

Une meilleure comparaison pourrait consister à comparer la quantité de glace des calottes polaires de Mars à la quantité de glace de la calotte glaciaire du Groenland sur Terre, estimée à 2,85 × 10 ¹⁵ m ³. Comment cela se compare-t-il à la glace de Mars ?

Réponse

La calotte glaciaire du Groenland contient environ 2,85 fois plus de glace que les calottes polaires de Mars. Ils sont à peu près les mêmes à la puissance la plus proche de 10.

Canaux et ravins sur Mars

Bien qu'il n'existe aucune masse d'eau liquide sur Mars aujourd'hui, des preuves s'accumulent selon lesquelles des rivières ont coulé sur la planète rouge il y a longtemps. Deux types de caractéristiques géologiques semblent être des vestiges d'anciens cours d'eau, tandis qu'une troisième classe, les ravins plus petits, suggère des épidémies intermittentes d'eau liquide encore aujourd'hui. Nous examinerons chacune de ces caractéristiques à tour de rôle.

Dans les plaines équatoriales des hautes terres, il existe une multitude de petits canaux sinueux (sinueux), généralement de quelques mètres de profondeur, quelques dizaines de mètres de large et peut-être 10 ou 20 kilomètres de long (Figure\(\PageIndex{4}\)). Ils sont appelés canaux de ruissellement parce qu'ils ressemblent à ce que les géologues attendent du ruissellement de surface des anciennes tempêtes de pluie. Ces canaux de ruissellement semblent nous indiquer que la planète avait un climat très différent il y a longtemps. Pour estimer l'âge de ces canaux, nous examinons le record de cratères. Le dénombrement des cratères montre que cette partie de la planète est plus cratérisée que la maria lunaire, mais moins que les hautes terres lunaires. Ainsi, les canaux de ruissellement sont probablement plus anciens que le maria lunaire, probablement vieux d'environ 4 milliards d'années.

Le deuxième ensemble de caractéristiques liées à l'eau que nous observons est que les canaux de sortie (Figure\(\PageIndex{4}\)) sont beaucoup plus grands que les canaux de ruissellement. Les plus grands d'entre eux, qui se déversent dans le bassin de la Chryse où Pathfinder a atterri, mesurent 10 kilomètres ou plus de large et des centaines de kilomètres de long. De nombreuses caractéristiques de ces canaux d'évacuation ont convaincu les géologues qu'ils ont été creusés par d'énormes volumes d'eau courante, bien trop importants pour être produits par des pluies ordinaires. D'où auraient pu provenir ces eaux de crue sur Mars ?

Figure Canaux\(\PageIndex{4}\) de ruissellement et de sortie. (a) Ces canaux de ruissellement des anciens hauts plateaux martiens sont interprétés comme les vallées d'anciens fleuves alimentés par la pluie ou par des sources souterraines. La largeur de cette image est d'environ 200 kilomètres. (b) Ce canal intrigant, appelé Nanedi Valles, ressemble aux lits des rivières de la Terre à certains égards (mais pas tous). Les courbes serrées et les terrasses observées dans le chenal suggèrent certainement l'écoulement soutenu d'un fluide semblable à de l'eau. Le canal a une largeur d'environ 2,5 kilomètres. (crédit a : modification des travaux par Jim Secosky/NASA ; crédit b : modification des travaux par Jim Secosky/NASA)

Pour autant que nous puissions en juger, les régions d'où proviennent les canaux d'évacuation contenaient une eau abondante gelée dans le sol sous forme de pergélisol. Une source de chauffage locale a dû libérer cette eau, ce qui a entraîné une période d'inondations rapides et catastrophiques. Ce réchauffement a peut-être été associé à la formation des plaines volcaniques sur Mars, qui remontent à peu près à la même époque que les canaux de sortie.

Notez que ni les canaux de ruissellement ni les canaux de sortie ne sont suffisamment larges pour être visibles depuis la Terre, et qu'ils ne suivent pas de lignes droites. Ils ne pouvaient pas être les « canaux » que Percival Lowell imaginait voir sur la planète rouge.

Le troisième type de plan d'eau, les petites ravines, a été découvert par le Mars Global Surveyor (Figure\(\PageIndex{5}\)). Les images de la caméra du Mars Global Surveyor ont atteint une résolution de quelques mètres, suffisamment bonne pour voir quelque chose d'aussi petit qu'un camion ou un bus à la surface. Sur les parois abruptes des vallées et des cratères situés aux latitudes élevées, on trouve de nombreuses caractéristiques érosives qui ressemblent à des ravines creusées par l'eau courante. Ces ravins sont très jeunes : non seulement ils ne présentent pas de cratères d'impact superposés, mais dans certains cas, ils semblent traverser des dunes récemment déposées par le vent. Peut-être y a-t-il de l'eau liquide souterraine qui peut parfois s'échapper pour produire des écoulements de surface de courte durée avant que l'eau ne gèle ou ne s'évapore.

Figure des\(\PageIndex{5}\) ravins sur le mur du cratère Garni. Cette image haute résolution provient du Mars Reconnaissance Orbiter. Les stries sombres, qui mesurent chacune plusieurs centaines de mètres de long, changent selon un schéma saisonnier qui suggère qu'elles sont causées par l'écoulement temporaire des eaux de surface. (crédit : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona)

Les ravins ont également la propriété remarquable de changer régulièrement avec les saisons martiennes. De nombreuses stries sombres (visibles sur la figure\(\PageIndex{5}\)) s'allongent en quelques jours, ce qui indique que quelque chose s'écoule vers le bas, que ce soit de l'eau ou des sédiments foncés. S'il s'agit d'eau, elle a besoin d'une source continue, soit de l'atmosphère, soit de sources qui puisent dans les couches d'eau souterraines (aquifères). L'eau souterraine serait la possibilité la plus intéressante, mais cette explication semble incompatible avec le fait que de nombreuses stries sombres commencent à de hautes altitudes sur les parois des cratères.

Des preuves supplémentaires indiquant que les stries sombres (appelées lignes de pente récurrentes par les scientifiques) sont causées par l'eau ont été découvertes en 2015 lorsque des spectres des stries sombres ont été obtenus (Figure\(\PageIndex{6}\)). Ces études ont révélé la présence de sels hydratés produits par l'évaporation de l'eau salée. Si l'eau est salée, elle peut rester liquide assez longtemps pour s'écouler vers l'aval sur des distances d'une centaine de mètres ou plus, avant de s'évaporer ou de s'infiltrer dans le sol. Cependant, cette découverte ne permet toujours pas d'identifier la source ultime de l'eau.

Figure\(\PageIndex{6}\) Preuve de la présence d'eau liquide sur Mars. Les stries sombres du cratère Horowitz, qui se déplacent vers le bas, ont été appelées lignes de pente récurrentes. Les stries au centre de l'image descendent le long de la paroi du cratère sur une distance d'environ 100 mètres. Les spectres prélevés dans cette région indiquent qu'il s'agit d'endroits où de l'eau liquide salée s'écoule sur ou juste en dessous de la surface de Mars. (La dimension verticale est exagérée d'un facteur 1,5 par rapport aux dimensions horizontales.) (crédit : NASA/JPL-Caltech/Université de l'Arizona)

Lacs et glaciers anciens

Les rovers (Spirit, Opportunity et Curiosity) qui ont opéré à la surface de Mars ont été utilisés pour rechercher des preuves supplémentaires de la présence d'eau. Ils n'ont pas pu atteindre les sites les plus intéressants, tels que les ravins, situés sur des pentes abruptes. Ils ont plutôt exploré des sites qui pourraient être des lits de lacs asséchés, remontant à une époque où le climat de Mars était plus chaud et l'atmosphère plus épaisse, ce qui permettait à l'eau d'être liquide à la surface.

Spirit était spécifiquement destiné à explorer ce qui ressemblait à un ancien lit de lac dans le cratère de Gusev, dans lequel se déversait un canal de sortie. Cependant, lorsque l'engin spatial a atterri, il a découvert que l'ancien lit du lac avait été recouvert de fines coulées de lave, empêchant le rover d'accéder aux roches sédimentaires qu'il espérait trouver. Cependant, Opportunity a eu plus de chance. En observant les parois d'un petit cratère, il a détecté des couches de roches sédimentaires. Ces roches contenaient des signes chimiques d'évaporation, suggérant la présence d'un lac salé peu profond à cet endroit. Dans ces roches sédimentaires se trouvaient également de petites sphères riches en hématite minérale, qui ne se forme que dans les environnements aqueux. Apparemment, ce très grand bassin se trouvait autrefois sous l'eau.

Les petites roches sphériques ont été surnommées « myrtilles » par l'équipe scientifique et la découverte d'un « bol de baies » entier a été annoncée dans cet intéressant communiqué de presse de la NASA.

Le rover Curiosity a atterri dans le cratère Gale, où des photos prises depuis l'orbite suggéraient également une érosion hydrique passée. Elle a découvert de nombreuses roches sédimentaires, dont certaines sous forme de mudstones provenant d'un ancien lit de lac ; elle a également trouvé des indices de roches formées par l'action d'eaux peu profondes au moment de la formation des sédiments (Figure\(\PageIndex{7}\)).

Aujourd'hui encore, il existe des preuves de la présence de grandes quantités de glace juste sous la surface de Mars. Aux latitudes moyennes, des photos à haute résolution prises depuis l'orbite ont révélé des glaciers recouverts de terre et de poussière. Sur certaines falaises, la glace est directement observée (voir Figure\(\PageIndex{7}\)). On pense que ces glaciers se sont formés pendant les périodes chaudes, lorsque la pression atmosphérique était plus élevée et que la neige et la glace pouvaient précipiter. Ils suggèrent également de l'eau gelée facilement disponible qui pourrait soutenir l'exploration humaine future de la planète.

Figure Cratère\(\PageIndex{7}\) Gale et dépôts de glace souterrains. (a) Cette scène, photographiée par le rover Curiosity, montre un ancien lit de lac rempli de mudstones fissurés. (b) Les géologues travaillant avec le rover Curiosity interprètent cette image de grès croisés dans le cratère Gale comme une preuve de passage d'eau liquide sur un lit meuble de sédiments au moment de la formation de cette roche. (c) Des bandes de glace d'une centaine de mètres de haut sont visibles en bleu sur une falaise sur Mars, ce qui suggère d'importants dépôts d'eau gelée enfouis à quelques mètres sous la surface. Notez que la couleur bleue a été exagérée sur cette photo, prise par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter. (crédit a : modification du travail par la NASA/JPL-Caltech/MSSS ; crédit b : modification du travail par la NASA/JPL-Caltech/MSSS ; crédit c : modification du travail par la NASA/JPL-Caltech/UA/USGS)

astronomie et pseudoscience : le « visage sur Mars »

Les gens aiment les visages humains. Nous, les humains, avons développé une grande capacité à reconnaître les gens et à interpréter les expressions faciales. Nous avons également tendance à voir des visages dans de nombreuses formations naturelles, des nuages à l'homme sur la Lune. L'une des curiosités qui a émergé de la cartographie mondiale de Mars par les orbiteurs vikings a été la découverte d'une mésa de forme étrange dans la région de Cydonia qui ressemblait à un visage humain. Malgré des rumeurs ultérieures faisant état d'une dissimulation, le « Face on Mars » a en fait été reconnu par les scientifiques vikings et inclus dans l'un des premiers communiqués de presse de la mission. À la faible résolution et à l'éclairage oblique sous lequel l'image Viking a été obtenue, la mesa d'un kilomètre de large avait une apparence semblable à celle d'un sphinx.

Malheureusement, un petit groupe de personnes a décidé que cette formation était une sculpture artificielle sculptée représentant un visage humain placée sur Mars par une ancienne civilisation qui y a prospéré il y a des centaines de milliers d'années. Une bande de « vrais croyants » s'est développée autour du visage et a essayé de déduire la nature des « sculpteurs » qui l'ont fabriqué. Ce groupe a également lié le visage à divers autres phénomènes pseudoscientifiques tels que les crop circles (modèles dans les champs de céréales, principalement en Grande-Bretagne, aujourd'hui connus pour être l'œuvre de farceurs).

Les membres de ce groupe ont accusé la NASA de dissimuler des preuves d'une vie intelligente sur Mars, et ils ont reçu une aide précieuse pour faire connaître leur point de vue dans les tabloïds. Certains croyants ont organisé un piquet de grève devant le Jet Propulsion Laboratory au moment de la défaillance du vaisseau Mars Observer, diffusant des histoires selon lesquelles la « défaillance » du Mars Observer était elle-même une contrefaçon et que sa véritable mission (secrète) était de photographier le visage.

La caméra Mars Observer (MOC) à haute résolution a été revolée lors de la mission Mars Global Surveyor, qui est arrivée sur Mars en 1997. Le 5 avril 1998, sur Orbit 220, le MOC a obtenu une image oblique du visage à une résolution de 4 mètres par pixel, soit une amélioration de résolution d'un facteur 10 par rapport à l'image Viking. Une autre image en 2001 avait une résolution encore plus élevée. Immédiatement diffusées par la NASA, les nouvelles images montraient une colline basse semblable à une mésa coupée en travers de plusieurs crêtes et dépressions à peu près linéaires, qui ont été identifiées à tort sur la photo de 1976 comme étant les yeux et la bouche d'un visage. Ce n'est qu'avec une énorme dose d'imagination que l'on peut voir la ressemblance avec un visage dans les nouvelles images, démontrant ainsi à quel point notre interprétation de la géologie peut changer radicalement avec de grandes améliorations de la résolution. L'image d'origine et les images de résolution supérieure peuvent être vues sur la figure\(\PageIndex{8}\).

Figure\(\PageIndex{8}\) Face sur Mars. Ce que l'on appelle « Face on Mars » est vu (a) en basse résolution par Viking (le « visage » se trouve dans la partie supérieure de l'image) et (b) avec une résolution 20 fois supérieure depuis Mars Global Surveyor.

Après 20 ans passés à promouvoir des interprétations pseudoscientifiques et diverses théories du complot, les croyants de « Face on Mars » peuvent-ils désormais accepter la réalité ? Malheureusement, cela ne semble pas être le cas. Ils ont accusé la NASA de simuler la nouvelle image. Ils suggèrent également que la mission secrète du Mars Observer comprenait une bombe nucléaire utilisée pour détruire le visage avant qu'il ne puisse être photographié plus en détail par le Mars Global Surveyor.

Les scientifiques de l'espace trouvent ces suggestions incroyables. La NASA consacre des sommes de plus en plus importantes à la recherche sur la vie dans l'univers, et l'un des principaux objectifs des missions actuelles et à venir sur Mars est de rechercher des preuves de la vie microbienne passée sur Mars. Des preuves concluantes de la vie extraterrestre seraient l'une des grandes découvertes de la science et pourraient d'ailleurs mener à une augmentation du financement de la NASA. L'idée que la NASA ou d'autres agences gouvernementales organiseraient (ou pourraient) monter un complot visant à supprimer de telles preuves bienvenues est vraiment étrange.

Hélas, l'histoire de « Face on Mars » n'est qu'un exemple de toute une série de théories du complot qui sont portées à la connaissance du public par des croyants dévoués, par des personnes qui cherchent à gagner rapidement de l'argent et par une attention médiatique irresponsable. D'autres incluent la « légende urbaine » selon laquelle l'armée de l'air détient les corps d'extraterrestres sur une base secrète, le reportage largement diffusé selon lequel des ovnis se sont écrasés près de Roswell, au Nouveau-Mexique (en fait, il s'agissait d'un ballon transportant des instruments scientifiques pour trouver des preuves d'essais nucléaires soviétiques) ou l'idée qu'un extraterrestre les astronautes ont contribué à la construction des pyramides égyptiennes et de nombreux autres monuments anciens parce que nos ancêtres étaient trop stupides pour le faire seuls.

En réponse à la publicité croissante accordée à ces idées de « science de fiction », un groupe de scientifiques, d'éducateurs, d'universitaires et de magiciens (qui connaissent un bon canular lorsqu'ils en voient un) ont formé le Comité d'enquête sceptique. Deux des auteurs originaux de votre livre sont actifs au sein du comité. Pour plus d'informations sur ses travaux visant à étudier les explications rationnelles des allégations paranormales, consultez leur excellent magazine, The Skeptical Inquirer, ou consultez leur site Web à l'adresse www.csicop.org/.

Changements climatiques sur Mars

Les preuves concernant les anciens fleuves et lacs d'eau sur Mars discutés jusqu'à présent suggèrent qu'il y a des milliards d'années, les températures martiennes auraient dû être plus chaudes et que l'atmosphère devait être plus substantielle qu'elle ne l'est aujourd'hui. Mais qu'est-ce qui aurait pu changer le climat de Mars de façon aussi spectaculaire ?

Nous supposons que, comme la Terre et Vénus, Mars s'est probablement formée avec une température de surface plus élevée grâce à l'effet de serre. Mais Mars est une planète plus petite, et sa gravité plus faible signifie que les gaz atmosphériques pourraient s'échapper plus facilement que ceux de la Terre et de Vénus. Au fur et à mesure que de plus en plus de l'atmosphère s'échappait dans l'espace, la température à la surface diminuait progressivement.

Mars est finalement devenue si froide que la majeure partie de l'eau a gelé hors de l'atmosphère, réduisant encore davantage sa capacité à retenir la chaleur. La planète a connu une sorte d'effet de réfrigérateur à la dérive, à l'opposé de l'effet de serre incontrôlable qui s'est produit sur Vénus. Cette perte d'atmosphère s'est probablement produite moins d'un milliard d'années après la formation de Mars. Le résultat est le Mars froid et sec que nous voyons aujourd'hui.

Les conditions à quelques mètres sous la surface martienne peuvent toutefois être très différentes. L'eau liquide (en particulier l'eau salée) peut y persister, maintenue chaude par la chaleur interne de Mars ou par les couches isolantes solides et rocheuses. Même en surface, il peut y avoir des moyens de modifier temporairement l'atmosphère martienne.

Mars est susceptible de connaître des cycles climatiques à long terme, qui peuvent être causés par le changement de l'orbite et de l'inclinaison de la planète. Parfois, l'une des calottes polaires ou les deux peuvent fondre, libérant ainsi une grande quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Peut-être qu'un impact occasionnel d'une comète pourrait créer une atmosphère temporaire suffisamment épaisse pour permettre à l'eau liquide de rester à la surface pendant quelques semaines ou quelques mois. Certains ont même suggéré que les technologies futures pourraient nous permettre de terraformer Mars, c'est-à-dire de concevoir son atmosphère et son climat de manière à rendre la planète plus accueillante pour une habitation humaine à long terme.

La recherche de la vie sur Mars

S'il y avait de l'eau courante sur Mars dans le passé, peut-être y avait-il aussi de la vie. La vie, sous une forme ou une autre, pourrait-elle rester sur le sol martien aujourd'hui ? Tester cette possibilité, bien que peu probable, était l'un des principaux objectifs des débardeurs Viking en 1976. Ces atterrisseurs transportaient des laboratoires biologiques miniatures pour tester la présence de microorganismes dans le sol martien. Le sol martien a été ramassé par le bras long de l'engin spatial et placé dans les chambres expérimentales, où il a été isolé et incubé au contact de divers gaz, isotopes radioactifs et nutriments pour voir ce qui se passerait. Les expériences ont cherché des preuves de la respiration par des animaux vivants, de l'absorption des nutriments offerts aux organismes susceptibles d'être présents et d'un échange de gaz entre le sol et son environnement pour quelque raison que ce soit. Un quatrième instrument a pulvérisé le sol et l'a analysé avec soin pour déterminer la matière organique (contenant du carbone) qu'il contenait.

Les expériences Viking étaient si sensibles que, si l'un des vaisseaux avait atterri n'importe où sur Terre (à l'exception peut-être de l'Antarctique), il aurait facilement détecté de la vie. Mais, à la grande déception de nombreux scientifiques et membres du public, aucune vie n'a été détectée sur Mars. Les analyses du sol visant à déterminer l'absorption des nutriments et les échanges gazeux ont révélé une certaine activité, mais celle-ci a probablement été causée par des réactions chimiques qui ont débuté lorsque de l'eau a été ajoutée au sol et n'avaient rien à voir avec la vie. En fait, ces expériences ont montré que le sol martien semble beaucoup plus actif chimiquement que les sols terrestres en raison de son exposition aux rayons ultraviolets solaires (car Mars ne possède pas de couche d'ozone).

L'expérience de chimie organique n'a révélé aucune trace de matière organique, qui est apparemment détruite sur la surface martienne par l'effet stérilisant de cette lumière ultraviolette. Bien que la possibilité de vie en surface n'ait pas été éliminée, la plupart des experts la considèrent comme négligeable. Bien que Mars possède l'environnement le plus semblable à la Terre de toutes les planètes du système solaire, la triste réalité est que personne ne semble être chez lui aujourd'hui, du moins en surface.

Cependant, il n'y a aucune raison de penser que la vie n'aurait pas pu commencer sur Mars il y a environ 4 milliards d'années, en même temps qu'elle a commencé sur Terre. Les deux planètes avaient alors des conditions de surface très similaires. Ainsi, l'attention des scientifiques s'est tournée vers la recherche de vie fossile sur Mars. L'une des principales questions auxquelles devront répondre les futurs vaisseaux spatiaux est de savoir si Mars a autrefois abrité ses propres formes de vie et, dans l'affirmative, comment cette vie martienne se compare à celle de notre propre planète. Les missions futures comprendront le retour d'échantillons martiens sélectionnés à partir de roches sédimentaires sur des sites qui contenaient autrefois de l'eau et donc peut-être de la vie ancienne. Les recherches les plus puissantes sur la vie martienne (passée ou présente) seront donc menées dans nos laboratoires ici sur Terre.

protection planétaire

Lorsque les scientifiques commencent à rechercher de la vie sur une autre planète, ils doivent s'assurer que nous ne contaminons pas l'autre monde par de la vie transportée par la Terre. Au tout début de l'exploration spatiale sur Mars, un accord international précisait que tous les atterrisseurs devaient être soigneusement stérilisés afin d'éviter la transplantation accidentelle de microbes terrestres sur Mars. Dans le cas de Viking, nous savons que la stérilisation a été un succès. L'incapacité de Viking à détecter les organismes martiens implique également que ces expériences n'ont pas détecté de microbes terrestres faisant de l'auto-stop.

Au fur et à mesure que nous en avons appris davantage sur les conditions difficiles de la surface martienne, les exigences de stérilisation ont été quelque peu assouplies. Il est évident qu'aucun microbe terrestre ne pourrait se développer à la surface de Mars, en raison de sa basse température, de son absence d'eau et de son intense rayonnement ultraviolet. Les microbes de la Terre peuvent survivre à l'état latent et desséché, mais ils ne peuvent ni croître ni proliférer sur Mars.

Le problème de la contamination de Mars s'aggravera toutefois à mesure que nous commencerons à rechercher de la vie sous la surface, où les températures sont plus élevées et où aucune lumière ultraviolette ne pénètre. La situation sera encore plus inquiétante si l'on considère les vols habités vers Mars. Tous les humains emporteront avec eux une multitude de microbes terrestres de toutes sortes, et il est difficile d'imaginer comment nous pouvons isoler efficacement les deux biosphères l'une de l'autre si Mars possède une vie indigène. La meilleure situation serait peut-être celle où les deux formes de vie sont si différentes que chacune est effectivement invisible pour l'autre, c'est-à-dire qu'elle n'est pas reconnue chimiquement comme un aliment vivant ou potentiel.

La préoccupation la plus immédiate du public ne concerne pas la contamination de Mars mais les dangers associés au retour d'échantillons de Mars sur Terre. La NASA s'engage à isoler complètement les échantillons renvoyés jusqu'à ce que leur innocuité soit démontrée. Même si les risques de contamination sont extrêmement faibles, il vaut mieux prévenir que guérir.

Il n'y a probablement aucun danger, même s'il y a de la vie sur Mars et que des microbes extraterrestres se rendent sur Terre à l'intérieur de certains des échantillons renvoyés. En fait, Mars envoie des échantillons à la Terre en permanence sous la forme de météorites martiennes. Comme certains de ces microbes (s'ils existent) pourraient probablement survivre au voyage sur Terre à l'intérieur de leur maison rocheuse, il se peut que nous ayons été exposés à de nombreuses reprises à des microbes martiens. Soit ils n'interagissent pas avec notre vie terrestre, soit notre planète a déjà été vaccinée contre de tels insectes extraterrestres.

Plus que toute autre planète, Mars a inspiré les auteurs de science-fiction au fil des ans. Vous pouvez trouver des histoires scientifiquement raisonnables sur Mars dans un index thématique de ces histoires en ligne. Si vous cliquez sur Mars comme sujet, vous trouverez des histoires de nombreux scientifiques de l'espace, dont William Hartmann, Geoffrey Landis et Ludek Pesek.

Concepts clés et résumé

L'atmosphère martienne a une pression de surface inférieure à 0,01 bar et contient 95 % de CO ₂. Il y a des nuages de poussière, des nuages d'eau et des nuages de dioxyde de carbone (glace sèche). L'eau liquide en surface n'est pas possible aujourd'hui, mais il existe du pergélisol souterrain aux hautes latitudes. Les calottes polaires saisonnières sont constituées de glace sèche ; la calotte résiduelle nord est constituée de glace d'eau, tandis que la calotte glaciaire permanente sud est constituée principalement de glace d'eau recouverte de glace de dioxyde de carbone. Les caractéristiques de l'érosion hydrique témoignent d'un climat très différent dans le passé : canaux de ruissellement et canaux d'évacuation, ces derniers étant creusés par des inondations catastrophiques. Nos rovers, explorant d'anciens lits de lacs et des endroits où des roches sédimentaires se sont formées, ont trouvé des preuves de la présence d'une grande quantité d'eau de surface dans le passé. Ce qui est encore plus intéressant, ce sont les ravins qui semblent montrer la présence d'eau salée qui coule à la surface aujourd'hui, laissant entrevoir des aquifères proches de la surface. Les habitants vikings ont cherché la vie martienne en 1976, avec des résultats négatifs, mais la vie a peut-être prospéré il y a longtemps. Nous avons trouvé des preuves de la présence d'eau sur Mars, mais suivre l'eau ne nous a pas encore permis de vivre sur cette planète.