Mars : Un âge glaciaire enregistré dans ses calottes polaires


Des mesures radar des pôles de Mars mettent en évidence des changements climatiques sur la planète rouge de type glaciation/déglaciation.  Le dernier âge glaciaire martien remonterait à 370 000 ans.


C’est en utilisant l’instrument Shallow Radar (SHARAD) de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) que l’équipe menée par Isaac Smith (Planetary Science Institute, Tucson) a réussi à déterminer la structure des calottes polaires de Mars. Ils observent différentes couches superposées qui permettent de remonter aux processus d’accumulation et d’érosion de cette glace. Du fait d’oscillations de son obliquité, de son périhélie et de son excentricité, Mars connaît d’importantes variations de distance et d’inclinaison par rapport au Soleil et des saisons très marquées. Mais la planète rouge est également l’objet de variations climatiques de très long terme, avec de véritables périodes glaciaires séparées par des périodes interglaciaires. Ce que montrent Isaac Smith et ses collègues, c’est que Mars est aujourd’hui en période interglaciaire et que durant une telle période, les calottes polaires grossissent, surtout celle du pôle nord, alors que lors d’une période glaciaire, les calottes maigrissent et c’est alors la presque totalité de Mars qui se retrouve recouverte de glace.

Les chercheurs montrent que les calottes martiennes ont accumulé depuis la fin de la dernière période glaciaire, pas moins de 87 000 km3 de glace, ce qui correspond à une épaisseur de 60 cm si elle recouvrait toute la surface de Mars. Précisons que la calotte du pôle nord fait actuellement une épaisseur d’environ 2000 m… Les âges glaciaires de Mars apparaissent ainsi, d’une manière contre-intuitive, quand ses pôles sont plus chauds et quand la glace se retrouve plus stable aux basses latitudes où elle peut s’accumuler en sous-sol et former des glaciers. La transition entre accumulation de glace et érosion laisse derrière elle des traces sur le terrain, qui peuvent être observées sur la surface par des instruments optiques et en sous-sol par des instruments radar comme le SHARAD de MRO.

Les spécialistes estiment que la glace du pôle nord martien s’est accumulée depuis au moins les 4 derniers millions d’années. Les analyses stratigraphiques effectuées sur les deux pôles par SHARAD indiquent que le vent devait jouer un rôle important dans les accumulations de glace et de poussières. Et à partir des radargrammes obtenus, Smith et ses collaborateurs observent des modifications simultanées dans les propriétés des différentes couches de glace sur toute la zone de la calotte polaire nord. Cela suggère l’existence d’un changement climatique global, qui peut être daté.
Par ailleurs, les deux calottes polaires de Mars ne sont pas à la même enseigne car sur les 87 000 km3 de glace accumulées, la calotte nord en prend 80 000 à elle toute seule, soit 92%.
La découverte d’un changement climatique sur Mars, observable grâce aux dépôts de glace en couches de son pôle nord n’est pas tout à fait inattendue. Les modèles climatiques martiens prédisent un tel processus, avec une accumulation aux pôles lors des périodes interglaciaires dus à des variations d’obliquité de la planète rouge (et blanche). Ces modèles prédisent qu’une épaisseur de 300 m de glace a dû s’accumuler au pôle depuis les derniers 400 000 ans. Les mesures de Smith et al. donnent une valeur de 320 m en 370 000 ans. Pas mal…

Les observations viennent donc renforcer les modèles climatiques martiens en montrant que Mars se trouve bien à la fin d’une période glaciaire, ses calottes polaires grossissant rapidement au détriment de la glace présente aux plus basses latitudes. Les planétologues américains parviennent même à dire que la calotte du pôle nord de Mars s’est constituée au cours de quatre périodes climatiques distinctes, remontant à au moins plusieurs millions d’années.

En levant les yeux vers le ciel, nos lointains ancêtres préhistoriques n’avaient peut-être pas la chance de voir une belle planète bien rouge comme aujourd’hui…
Source :
An ice age recorded in the polar deposits of Mars
I.B. Smith et al.
Science  27 May 2016: Vol. 352, Issue 6289, pp. 1075-1078
http://dx.doi.org/10.1126/science.aad6968 Images :
(1) Calotte polaire Nord de Mars, imagée avec la High Resolution Stereo Camera de la sonde Mars Express de l’ESA, montrant des structures en spirale caractéristiques de mouvements d’avance et de retrait (ESA / DLR / FU-Berlin / Ralf Jaumann).

(2) Simulation de l’aspect qu’aurait Mars durant l’âge glaciaire (NASA/JPL)
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Les montages étonnantes de Io mieux comprises


Io, le troisième des quatre satellites galiléens de Jupiter en taille, possède une particularité étonnante : ses montagnes. Elles sont à la fois très hautes (pouvant atteindre jusqu’à 18 000 mètres), et très différentes de ce que l’on connaît ailleurs, apparaissant souvent comme des grands blocs abrupts plantés au milieu de plaines. Leur formation, longtemps mystérieuse, est aujourd’hui un peu mieux comprise.

Io est connu pour ces nombreux volcans qui indiquent des processus tectoniques et qui produisent un renouvellement continu de sa surface à raison d’environ 1 cm de lave par an. Pour tenter d’expliquer la formation des montagnes peu communes de Io, deux géologues américains, William McKinnon et Michael Bland, ont construit un code de simulation et parviennent à reproduire l’apparition de montagnes très similaires avec ce qui est observé sur Io.
La communauté des planétologues estimait depuis quelques années que les montagnes de Io pouvaient être liées au fait que le satellite a des éruptions constantes de lave sur toute sa surface et en s’écoulant, cette dernière produit des forces de compression qui augmentent avec la profondeur. C’est pour tester cette hypothèse que les chercheurs américains ont développé leur modèle géologique de Io. Ils ont reproduit le comportement de la surface et du sous-sol qui se comporte à la manière d’une boîte de carton que l’on pourrait tordre par ses côtés comme un accordéon, selon l’auteur principal de l’étude.
Ils montrent que les contraintes se concrétisent en  une fracture unique, une faille, qui apparaît à grande profondeur dans la lithosphère du satellite et remonte vers la surface. Lorsque la faille atteint la surface, elle produit une large falaise escarpée qui étire la surface se trouvant en surplomb. Ce processus permet en outre d’expliquer pourquoi des éruptions récentes sont souvent vues à proximité des montagnes sur Io. Les forces de compression en profondeur dans la croûte de Io sont extrêmement élevées et seraient donc à l’origine de l’apparition de ces hautes falaises.

Le modèle développé permet également de mieux comprendre pourquoi les montagnes de Io sont souvent associées avec des dépressions irrégulières appelées des patera : lorsque l’environnement change, une chambre magmatique peut se former dans la croûte et lorsque le magma s’est écoulé, la croûte en surplomb peut s’effondrer et former ces patera.
Et le modèle de McKinnon et Bland permet d’expliquer encore d’autres phénomènes atypiques rencontrés à la surface de Io comme la présence de montagnes littéralement coupées en deux parties qui s’éloignent l’une de l’autre, et l’existence d’une anti-corrélation entre montagnes et volcans. Lorsque l’on regarde une carte de Io, on voit très nettement une concentration de montagnes d’un côté et une concentration de volcans de l’autre. Les planétologues expliquent que cette répartition n’est pas uniquement dûe à une différence de masse de lave qui induirait une plus forte compression de la croûte de Io, mais c’est aussi en partie lié à une différence de température. La température élevée en profondeur tend à produire une expansion des roches, qui produit alors une compression supplémentaire et les forces qui vont avec.
Tant que les volcans sont en  éruption, ils permettent de libérer la chaleur interne, et le stress thermique de la croûte est alors relativement faible, réduisant la formation de montagnes. Mais dès que le volcanisme s’arrête, la croûte s’échauffe telle une cocote minute, la pression interne augmente et des montagnes se forment par le mécanisme décrit.
« C’est un mécanisme de formation de montagnes qui n’a jamais été vu ailleurs dans le système solaire », assure William McKinnon. D’après les auteurs, qui publient leur étude dans la revue Nature Geoscience, il se pourrait qu’un tel mécanisme ait existé sur la Terre lorsqu’elle était très jeune et recouverte d’un océan peu profond. Ces types de reliefs étonnants auraient ainsi pu former les premières terres émergées de notre planète.
https://source.wustl.edu/2016/05/mathematical-mountains-like-jupiters-moon-io/

Source : 
Mountain building on Io driven by deep faulting
Michael T. Bland & William B. McKinnon
Nature Geoscience (16 may 2016) 

Images :
(1) Mongibello Mons, montagne de 8600 m apparaissant sur une plaine volcanique de Io, imagée par la sonde Galileo (NASA/JPL/University of Arizona)
(2) Io, imagé en totalité par Galileo. Le satellite ne montre aucun cratère d’impact, sa surface étant continuellement renouvelée par des écoulements volcaniques (NASA/JPL/University of Arizona).
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Les jours de Mars

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mars20120301
C’est maintenant! Il vous suffit de regarder en direction de l’horizon sud en milieu de nuit et vous ne verrez qu’elle (sans compter la Lune qui se trouve presque pleine). Cette “étoile” très brillante d’une belle teinte rouge-orange n’est pas une étoile, mais une planète: Mars. Mars n’a pas été aussi brillante et d’aussi grande taille apparente depuis deux ans, date de sa dernière opposition.

Mars imagé par Marc Delcroix en 2012, le pôle Nord est en bas (http://www.astrosurf.com/delcroix/)
Ce qu’on appelle l’opposition, pour une planète, c’est la position qui fait qu’elle est alignée avec le Soleil et la Terre. C’est l’équivalent de la pleine Lune pour le système Soleil-Terre-Lune. L’instant exact de l’opposition de Mars sera le 22 mai à 10h UT (12h heure française). C’est à cette date que Mars, illuminée pleinement par le Soleil, est la plus brillante pour nous et nous permet de voir le plus de détails à sa surface. Et ce n’est pas tout. Les orbites de la Terre et de Mars étant des ellipses très légèrement différentes dans leur excentricité et l’orientation de leurs axes, l’opposition ne coïncide pas avec la distance la plus proche des deux planètes, mais ce rapprochement maximal entre les deux planètes aura lieu quelques jours après l’opposition, le 30 mai très exactement. Mars sera alors à 75,3 millions de kilomètres de la Terre seulement. 
Schéma illustrant l’opposition de Mars et de son rapprochement (les distances ne sont pas du tout respectées!) 
Il faut se rappeler que Mars atteint son périhélie (point le plus proche du Soleil) le 29 octobre et la Terre son aphélie (point le plus éloigné du Soleil), le 4 juillet. Comme Mars met 687 jours pour faire une révolution autour du Soleil, elle se retrouve en opposition tous les 26 mois environ et les oppositions se trouvent plus ou moins favorables en termes de distance avec un cycle de 15 ans. Au plus près, Mars peut ainsi passer à une distance de la Terre entre 54 et 103 millions de kilomètres. Cette année est donc plus favorable que l’opposition de 2014, mais elle l’est moins que la prochaine en 2018 qui sera encore plus proche…
Mars a commencé le mois de mai avec une magnitude de -1,5, rivalisant en éclat avec Jupiter et n’a cessé de voir sa luminosité augmenter depuis, pour atteindre son maximum le jour de l’opposition le 22 mai avec une magnitude de -2,1. La planète rouge restera très brillante (magnitude inférieure à -1) jusqu’à la fin du mois de juin 2016.

A l’oculaire d’un télescope, la première structure évidente visible est la calotte polaire très blanche qui orne le pôle nord de Mars. En grossissant suffisamment, on peut distinguer ensuite des zones plus sombres ou plus claires dans les teintes allant du marron au jaune en passant par le rouge ocre. Comme Mars tourne sur elle-même en 24h37, il peut être intéressant de l’observer durant plusieurs jours à des heures différentes pour y découvrir des régions différentes.
Ciel à 1h00 (heure française) le 22 mai 2016 vers le Sud (image Stellarium) (cliquez pour agrandir)
Sans télescope, vous pouvez toujours admirer la planète rouge éclatante à l’œil nu en ayant une pensée pour les robots qui sont en train d’y travailler, ou bien avec des jumelles dans lesquelles sa couleur sera exacerbée. 
Attention à ne pas vous tromper de cible (c’est tout de même très peu probable), car Mars se trouve actuellement à proximité d’une étoile très rouge elle aussi, que les grecs avaient nommée l'”anti-Mars”, : anti-Arès (le nom grec du dieu romain Mars), qui a donné le nom Antarès : l’étoile principale de la constellation du Scorpion, une supergéante rouge, qui offre elle aussi un beau spectacle estival, même quand elle est bas sur l’horizon…
Bon ciel ! 
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Sélection scientifique de la semaine (numéro 221)

– Des chercheurs pensent avoir trouvé la trace de méga-tsunamis sur Mars. (en anglais) – Les astronomes et l’énigme du poème de Sappho : flash-back dans le ciel antique. – Jamais sur Terre depuis le début des relevés météorologiques un … Continuer la lecture
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Découvreur des anneaux de Neptune, André Brahic est mort

C’était la passion, l’enthousiasme et le verbe mis au service de l’astronomie. L’astrophysicien français André Brahic s’est éteint, dimanche 15 mai, des suites d’un cancer, à l’âge de 73 ans. Vouloir interviewer le codécouvreur des anneaux de Neptune se révélerait … Continuer la lecture
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Sélection scientifique de la semaine (numéro 220)

– Le GIF ci-dessus est une des visualisations les plus simples et les plus parlantes du réchauffement climatique. En quelques jours, il a été partagé des milliers de fois sur Twitter. Il est l’œuvre du climatologue britannique Ed Hawkins. (en anglais) … Continuer la lecture
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L’étonnant système planétaire de Kepler-223

Le système planétaire découvert par le télescope Kepler il y a quelques années autour de l’étoile Kepler-223, se trouve être en fait une petite rareté. Il est composé de 4 mini-Neptunes orbitant très près de l’étoile, dans des orbites en parfaite résonance.
Pendant que la planète la plus éloignée de l’étoile parcourt 3 orbites, la planète numéro 3 en parcourt 4, la suivante 6 fois et la quatrième, la plus proche de l’étoile, 8 fois. On est en présence d’une résonance gravitationnelle de type 3:4:6:8. Les résonances entre différents corps ne sont pas exceptionnelles, par exemple dans notre système solaire, Pluton et Neptune sont en résonance 2:3, mais que 4 planètes soient en résonance, voilà qui est très rare.
Illustration du système de Kepler-223
(W.Rebel, Wikimedia Commons)
La raison pour laquelle les astronomes de l’université de Californie et de l’université de Chicago, qui publient leur trouvaille dans Nature cette semaine, se sont intéressés à ce système à 4 planètes est que l’on pense que chez nous, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune ont pu être dans le passé dans des orbites résonantes, mais qui auraient été perturbées au cours de leur longue histoire. 
Howard Isaacson, coauteur de l’étude, précise :”Ce système est si particulier dans le fait qu’il est verrouillé dans ses résonances qu’il suggère fortement que ces planètes se sont formées par un phénomène de migration, en se formant loin de l’étoile puis en s’en rapprochant”.
Avant la découverte de nombreux systèmes exoplanétaires, les astronomes estimaient que toutes les planètes devaient se former comme l’ont fait celles de notre système. Depuis les découvertes du télescope Kepler, on sait qu’il peut exister des planètes géantes plus proches de leur étoile que ne l’est Mercure du Soleil chez nous.
Pour effectuer une analyse de stabilité et de dynamique des planètes en orbite, les astronomes ont besoin de connaître très précisément la taille de l’étoile, ce qui permet de déduire des estimations de la masse des planètes. C’est le télescope Keck hawaïen de 10 m qui a permis ces mesures.
L’équipe américaine a ensuite exploité les données de luminosité fournies par Kepler pour analyser comment évoluaient les 4 planètes autour de Kepler-223, en plus de pouvoir évaluer leur taille respective.
Pour comprendre l’architecture rare actuelle du système planétaire, les chercheurs ont par la suite effectuer d’intenses simulations numériques des interactions des planètes et de leur migration autour de l’étoile.
Ils ont ainsi pu tester un modèle de formation de planètes concernant un type de planètes que nous n’avons pas dans notre système solaire (la plus éloignée de ces 4 planètes de la taille de Neptune se trouve à seulement 0,15 fois la distance Terre-Soleil de l’étoile Kepler-223).
Les 4 planètes de Kepler-223 se trouvent comme piégées les unes par les autres, leurs orbites sont verrouillées par leurs interactions gravitationnelles mutuelles. Les astronomes estiment que ce verouillage résonant aurait pu apparaître en l’espace de seulement 150 000 ans, lorsque, en migrant en se rapprochant de l’étoile, elles se seraient trop rapprochées les unes des autres. Et les astronomes suspectent l’existence de circonstances très particulières pour qu’un tel verrouillage ait pu durer près de 6 milliards d’années (l’âge estimé de Kepler-223).
Car ce type de résonance gravitationnelle est normalement assez “fragile”, des interactions extérieures pouvant facilement la disloquer.
Le système étonnant de Kepler-223 va permettre aux astronomes de mieux comprendre notre système solaire à nous. Il aurait ainsi pu débuter avec ses planètes géantes en résonance gravitationnelle à proximité du Soleil, qui auraient ensuite été perturbées par les interactions multiples de corps plus petits, dont notre planète, pour se retrouver très éloignées… Kepler-223 n’aurait pas eu cette “chance”.
Source :
A resonant chain of four transiting, sub-Neptune planets
Sean M. Mills et al.
Nature online (11 mai 2016)
http://dx.doi.org/10.1038/nature17445
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Sélection scientifique de la semaine (numéro 219)

– Ces automobilistes morts d’avoir trop fait confiance à leur GPS… (en anglais) – Une intelligence artificielle peut-elle créer une œuvre artistique ? (en anglais) – Etes-vous prêt(e) à vous laisser ouvrir le ventre par un robot chirurgien ? (en … Continuer la lecture
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Comment observer le passage de Mercure devant le Soleil

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projection soleil
Lundi 9 mai, Mercure passe devant le Soleil. Ce phénomène assez rare se reproduira en 2019 puis en 2032. Il sera observable durant toute l’après-midi à partir de 13h05, heure à laquelle Mercure entre sur le disque solaire, jusqu’au coucher de notre étoile.

ATTENTION! NE REGARDEZ JAMAIS LE SOLEIL DIRECTEMENT AVEC DES JUMELLES, VOUS VOUS BRULERIEZ LES YEUX! 

La seule méthode à utiliser si vous ne possédez pas de filtre spécial solaire (en vente dans les magasins d’astronomie), c’est de projeter l’image du soleil sur une feuille blanche.



Pour ce faire, placez vos jumelles en direction du soleil (MAIS NE REGARDEZ PAS DEDANS) et repérez le rond de lumière qui se forme sur le sol (vous pouvez vous aider en mettant votre main en sortie des jumelles pour suivre le rond de lumière intense). Boucher l’un des deux objectifs de manière à ne projeter qu’une seule image.


Placez une feuille blanche à une distance suffisante pour que le disque solaire forme un rond de 10 à 20 cm (la largeur d’une feuille A4 au maximum) sur la feuille. Il suffit de reculer les jumelles pour faire grossir le disque solaire sur la feuille…

Mercure formera un petit rond noir, vraiment petit… Pour vous rendre compte de ce à quoi il faut s’attendre, regardez cette simulation effectuée avec Stellarium, avec une accélération du temps : 
Bon ciel, et bonne observation ! 
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