Une vue de la planète Mars obtenue grâce à la sonde indienne Mangalyaan. © Indian Space Research Organisation

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Mars se serait formée au sein de la Ceinture d'astéroïdes

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Nos idées sur l'origine de Mars évoluent rapidement depuis quelque temps. Certains chercheurs pensent maintenant que la Planète rouge se serait formée plus loin du Soleil qu'on ne le pensait et qu'elle aurait migré depuis la Ceinture d'astéroïdes en moins de 120 millions d'années.

  • La formation des planètes est étudiée en utilisant les lois de la mécanique céleste et des simulations numériques. Elles conduisent à suspecter l'existence de migrations planétaires au début de l'histoire du Système solaire.
  • La cosmogonie des planètes est aussi une question de chimie et Mars semble avoir une composition différente de celle à laquelle on pouvait s'attendre.
  • Un scénario de migration planétaire, le Grand Tack, expliquerait cette anomalie en faisant naître Mars au sein de la Ceinture d'astéroïdes.

Si les scénarios cosmogoniques pour l'origine du Système solaire ont fait des bonds de géants au cours du dernier tiers du XXe siècle, sous l'influence de l'ère spatiale et des progrès de la cosmochimie, il serait faux de croire que nous comprenons et connaissons bien l'histoire de la formation des planètes. Les chercheurs sont toujours en train d'utiliser les techniques de la mécanique céleste en construisant de savantes simulations numériques sur ordinateur pour en percer les secrets.

Cela a conduit par exemple au scénario du Grand Tack (que l'on pourrait traduire par « Grand virement », puisque tacking en anglais fait référence au virement de bord d'un voilier) qui prend place pendant les premiers millions d'années de la formation du Système solaire, lorsqu'il existait un disque protoplanétaire contenant de la poussière et d'importantes quantités de gaz. C'est à ce moment-là que des embryons de planètes ont commencé à se former par accrétion et que certains d'entre eux vont capter suffisamment de gaz pour faire naître rapidement des géantes gazeuses, alors que les grandes planètes rocheuses vont mettre un peu plus de temps à émerger. Jupiter aurait ainsi entraîné la naissance d'un anneau appauvri en matière qui a séparé ce disque en deux parties. Les forces de gravité qui ont résulté de cette configuration ont fait qu'au fur et à mesure que la partie interne du disque était attirée par le Soleil, cet anneau s'en rapprochait aussi et cela a conduit à la migration de la géante vers notre Étoile.

Moins massive et formée un peu plus tard, Saturne aurait elle aussi migré dans le disque de gaz, et plus rapidement que Jupiter qu'elle rattrapa. Elle finit par provoquer un phénomène de résonance gravitationnelle avec sa sœur aînée lorsque sa période orbitale devint un multiple entier de cette dernière. Un deuxième anneau appauvri en matière se forma alors entre les deux planètes, ce qui stoppa leur migration avant de l'inverser. Jupiter aurait influencé par son champ de gravitation le processus de croissance de Mars et c'est pour cette raison que la Planète rouge ne possède qu'une masse ne valant que le dixième de celle de la Terre.

Dans un article déposé sur arXiv, un groupe de chercheurs suggère maintenant que le scénario du Grand Tack permet aussi de comprendre pourquoi la composition chimique de Mars diffère autant de celle de la Terre et de celles que l'on attribue à Vénus et Mercure.

Un survol rapproché de Vesta recréé à l’ordinateur à partir des images prises par Dawn. Le pôle sud de l’astéroïde géant révèle des falaises de plusieurs kilomètres de hauteur, de profondes rainures, et des cratères. Les conditions de formation de ce paysage sauvage ne sont pas encore claires pour les scientifiques de la mission Dawn. Les collisions avec d’autres astéroïdes peuvent avoir joué un rôle ainsi que des processus internes au tout début de son histoire. Les images sont prises depuis une altitude de 2.700 km et ont une résolution de 260 m par pixel. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa, JPL-Caltech, Ucla, MPS, DLR, IDA, YouTube

Cosmochimie et mécanique céleste, les clés de l’histoire de Mars

En effet, nous disposons d'échantillons de Mars sous la forme de certaines météorites trouvées sur Terre et qui ont pu être identifiées comme telles, notamment parce qu'elles contiennent des bulles de gaz piégées dont la composition et la signature isotopique sont caractéristiques de l'atmosphère martienne. Cependant l'analyse de la composition des minéraux a conduit à trouver une signature isotopique qui pose problème dans le cadre des scénarios cosmochimiques de la naissance des planètes rocheuses complétés par ceux des simulations numériques basées sur la mécanique céleste.

Ces scénarios laissaient entendre jusqu'à présent que Vénus, la Terre et Mars avaient commencé à se former à partir de matériaux situés à des distances proches du jeune Soleil dans le disque protoplanétaire. Bien qu'il devait exister un gradient chimique dans ce disque, malgré tout turbulent, imposé par la baisse de température relativement à la distance au Soleil et qui gouvernait donc la condensation de certains types de composés (en gros des glaces dans les régions éloignées et des silicates réfractaires dans les régions proches), les chercheurs pouvaient donc s'attendre à des similitudes dans la composition de ces planètes rocheuses du Système solaire.

Il semble que ce ne soit pas le cas, ce qui suggère que Mars ne s'est pas formée dans la région qu'elle occupe actuellement et qu'elle a migré. C'est ce à quoi conduirait le Grand Tack dans les nouvelles simulations effectuées par les chercheurs.

Le lieu de naissance de la Planète rouge se situerait quelque part dans la région de la Ceinture d’astéroïdes si l'on veut tenir compte de toutes les contraintes de la cosmochimie et de la mécanique céleste. Mars s'y serait formée en 5 à 10 millions d'années tout au plus. Puis elle y serait restée quelques millions d'années avant de rejoindre sa position actuelle, en 100 millions d'années environ, sous l'effet de son interaction gravitationnelle avec des corps de la Ceinture. Ceux-ci auraient, en réponse, migré eux-mêmes vers Jupiter dont le champ de gravitation aurait fini par les éjecter du Système solaire.

Ce scénario est intéressant pour l'exobiologie parce qu'il suggère que Mars s'est formée dans une région où elle pouvait capter plus d'éléments volatils, comme de l'eau, que la Terre et Vénus, et aussi être moins sensible au rayonnement du jeune Soleil que ces cousines telluriques, de sorte que les conditions pour l'existence d'une atmosphère favorable à l'apparition et à l'évolution de la vie y étaient peut-être meilleures que ce que l'on pensait.

Interview : trois mythes martiens passés au crible  La planète Mars est souvent l’objet de nombreux fantasmes. Vestiges d'une civilisation extraterrestre, vie martienne ou encore volcanisme mystérieux font partie de ces principaux mythes. Futura-Sciences a interviewé Charles Frankel, planétologue, afin qu’il nous en parle.