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Mars : la grande variabilité des couleurs

Dossier - Les couleurs de Mars
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Quelles sont les vraies couleurs de Mars ? Vaste débat... Des polémiques scientifiques sur les clichés des atterrisseurs Viking, à la reconstruction d'un paysage martien, découvrez l'envers de cette formidable aventure.

  
DossiersLes couleurs de Mars
 

Pourquoi les couleurs sur la surface de Mars ne sont-elles pas constantes ? Elles varient selon les saisons et l'opacité atmosphérique.


Quatre images de Mars prises par Viking 2 pendant une année martienne. De gauche à droite : pendant l'été (Sol 23 de la mission), à la fin de l'automne (Sol 245), au cœur de l'hiver (Sol 317) et enfin au début du printemps (équivalent du Sol 353, mais prise au sol 1028 lors du deuxième printemps martien). On voit ainsi la gelée blanche d'eau se déposer à la surface, puis se sublimer au printemps, ne subsistant que dans l'ombre des roches. Au premier plan à droite, le pied d'atterrissage n°3. © Données Nasa/JPL/Images © O. de Goursac.

Sur Mars, la couleur du ciel change

Les grandes variations d'opacité atmosphérique en sont la cause : l'augmentation et la diminution de la quantité de poussières dans la basse atmosphère jusqu'à 8 km d'altitude changent la couleur du ciel.

En effet, de minuscules particules en suspension rendent l'atmosphère martienne très poussiéreuse. Son opacité (ou transparence), mesurée à la surface depuis les atterrisseurs grâce à la prise d'images du Soleil et des satellites naturels Phobos et Deïmos, n'a jamais été inférieure à 0,36 au site de Viking 1, à 0,18 au site de Viking 2, à 0,48 au site de Pathfinder, à 0,40 au site de Spirit et à 0,55 au site d'Opportunity.

Cette valeur atteignit 6 pendant les tempêtes de poussières : le Soleil est alors complètement obscurci et il fait sombre à la surface de Mars comme pendant un jour pluvieux sur Terre, le tout plongé dans une ambiance rougeâtre.

On a pu aussi déterminer la propriété de ces particules en suspension. Elles sont de couleur rouge, d'un diamètre inférieur ou égal à 2 microns, elles contiennent en moyenne 6 % de maghémite (un minéral hautement magnétique) et la quantité présente dans la basse-atmosphère est au maximum de dix particules au centimètre cube. La finesse des instruments de mesure de Pathfinder a même permis aux scientifiques de détecter le passage d'une douzaine de tourbillons de poussières qui survolèrent la sonde. De fait, ces nombreux tourbillons soulèvent et remuent sans cesse poussières. Ils laissent des traînées linéaires sombres à la surface, facilement observables d'orbite... N'oublions pas non plus les effets des terribles et célèbres tempêtes martiennes, dont les vents peuvent parfois souffler jusqu'à 300 km/h !

Avant l'ère spatiale, on s'imaginait que le ciel martien, vu depuis la surface de la planète, devait être d'un beau violet profond, éclairci de ci de là par quelques traînées nuageuses. Les étoiles les plus brillantes devaient être visibles au zénith. Finalement, on s'aperçut qu'il est très clair au-dessus de l'horizon et fonce au zénith (ci-dessous).

Mars telle qu'on l'imaginait avant l'atterrissage de la sonde Viking sur Mars (en haut), et telle qu'on l'a découverte (en bas). Noter la couleur du ciel, non pas bleu-violet, mais plutôt rose-saumon, et celle de la surface colorée par les poussières : elle est brun-jaune Haut : image Nasa Artworks. © Données Nasa/JPL / Image © O. de Goursac

Mais l'opacité atmosphérique ne rend possible l'observation des fins cirrus de glace, dont la clarté évanescente se noie dans la forte luminosité ambiante, que lorsqu'un minimum de poussières est en suspension, comme vus par la sonde Opportunity au cœur de l'hiver (ci-dessous).

Fins cirrus de glace d'eau survolant vers 20 km d'altitude le site d'Opportunity sur Meridiani Planum vers 9h30 du matin au Sol 291 de la mission © Données Nasa/JPL / Image © O. de Goursac

La couleur du ciel martien selon les saisons

La coloration du ciel varie aussi selon les saisons (photo ci-dessous), et ainsi sa réflectivité de la lumière solaire augmente et diminue cycliquement, changeant la teinte des paysages.

Parfois, lorsqu'un front froid survole la sonde avec son cortège de cirro-stratus plus opaques, la luminosité même de la scène est affectée, adoucissant fortement les contrastes et diminuant ainsi la saturation des teintes. Les couleurs deviennent ternes. D'un mois à l'autre, d'une semaine à l'autre parfois et d'un jour à l'autre plus rarement, l'aspect des couleurs du paysage martien peut alors beaucoup varier. Si l'on ajoute aussi les modifications de l'incidence solaire au cours de la journée martienne (ou « sol », durant 24 heures et 37 mn), on s'aperçoit aussi que la teintes d'un même endroit peuvent varier d'un beau brun cuivré à un brun-jaune plus clair.

Changements de couleur du ciel martien à long terme au gré des saisons. Voir la légende détaillée ci-dessous. © Données Nasa/JPL / Images © O. de Goursac. Données atmosphériques : Jim Tillman/University of Washington, Seattle

Légende détaillée de l'image

Changements de couleur du ciel martien à long terme au gré des saisons. Ces images sont les seules existantes couvrant une aussi longue période de 3 ans terrestres : du 15/10/1979 (Sol 1150 de la mission) au 06/08/1982 (Sol 2149), soit 1,5 an martien environ. Toutes ces vues ont été prises dans les mêmes conditions à 14h30 (heure locale) et montrent le gros rocher Big Joe. En dessous, la courbe de l'évolution de la pression atmosphérique avec :
- en haut, les longitudes solaires (Ls), c.a.d. les coordonnées de l'orbite de Mars autour du Soleil pour connaître les saisons. Sachant qu'une année martienne fait 360° de Ls : Ls 180 est l'équinoxe de printemps austral et d'automne boréal ; Ls 270 est le solstice d'été austral et d'hiver boréal ;
- au milieu, le cycle de la pression atmosphérique en millibars relevées au site de Viking 1. Viking 1 s'est posé sur l'hémisphère nord : noter que le minimum annuel de pression (6,7 mbar) est atteint l'été lorsque près de 30% de l'atmosphère (formée à 95 % de CO2) s'est condensé en glace carbonique sur la calotte polaire sud (là bas, c'est l'hiver) ;
- en bas, le point où Mars est au plus près du soleil (Ph pour périhélie) avec le nombre d'années martiennes vécues par la sonde : la fin de la seconde année (au Sol 1338 de la mission), la troisième année (jusqu'au Sol 2007) et le début de sa quatrième année.

Le ciel martien est très chargé en poussières (donc réfléchit plus la lumière solaire) au solstice d'hiver (Ls 270, image au Sol 1594), avec une belle couleur rose-orangé. Par contre, il vire vite au sépia foncé au-dessus de l'horizon lorsque la pression atmosphérique est à son minimum, peu avant l'équinoxe d'automne (Ls 180, images aux Sols 1409 et 2075) : les vents sont alors faibles et l'atmosphère contient moins de poussières en suspension. Noter que lors d'une tempête de poussières (Sol 1742), on assiste à une inversion de la luminosité du ciel : il est plus sombre près de l'horizon, car la basse atmosphère est remplie de poussières emportées par les vents qui filtrent davantage la lumière solaire.