Mars7 - Atmosphère, dunes et électricité Le rapport atmosphère surface est très turbulent à chaque périhélie. Ainsi, lorsque l'homme arrivera sur Mars, il devra surveiller les colonnes de poussière électrifiées. Pour
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L'intérêt suscité depuis très longtemps par l'apparition, sur le disque martien, de taches jaunes de contraste variable était bien légitime. Les chercheurs sont maintenant persuadés que celles-ci correspondent à une activité qui englobe des mécanismes d'érosion, encore en jeu dans l'atmosphère de Mars. D'autre part, la topographie de la planète porte les marques de cette activité, apparemment contemporaine. Cela est évident lorsque nous comparons des reliefs vus par les sondes martiennes avec des dunes au profil aérodynamique parfait, rencontrées à la surface de la Terre. Le même type d'érosion éolienne qui, par endroit, a déterminé la topographie des grands déserts de Chine et d'Afrique doit être également à l'oeuvre sur Mars. Les photos prises par les divers satellites orbitant autour de la Planète Rouge ont permis de confirmer que des traces suggérant des variations à court terme existent bien. Les détails de certaines surfaces, affectées par l'érosion éolienne ou par des impacts récents de météorites, sont apparus sur les clichés. Par contre, peu de différence dans la direction des stries, qui en général s'alignent régulièrement sur les parois extérieures d'un cratère météoritique. Si à certains endroits l'albedo semble parfois évolué, il n'en reste pas moins que, concernant les dunes, leur configuration générale ne paraît pas avoir beaucoup varié. Des tempêtes spectaculaires, dont la durée dépasse un trimestre terrestre, ont été étudié. Mais un autre événement météorologique a été découvert. Au cours d'une journée, un brouillard très dense a donné lieu à des observations spectaculaires. Déjà lorsque l'Orbiter Viking 1 s'était approché à près de 300 000 km, les scientifiques avaient noté la formation de la fameuse tache blanche, qui recouvre périodiquement, et sur une grande superficie, le dôme Tharsis. Lorsque la sonde fut en orbite, un phénomène de même nature, mais à plus petite échelle, fut mis en évidence. Dans un intervalle de 30 mn, des formes de relief, auparavant très net, sont complètement estompées par une couverture blanchâtre. Selon toute vraisemblance se furent des cristaux de glace d'eau composant le brouillard qui sont à l'origine des zones estompées. Pour compléter ces observations atmosphériques, les chercheurs ont identifié les différentes couches jusqu'à 45 000 m d'altitude. La stratification est due à une rétrodiffusion de la lumière solaire par les molécules de l'atmosphère et par les fines particules de poussière en suspension. Le phénomène de rétrodiffusion est variable avec l'altitude, parce que la contribution relative de ces deux constituants n'est pas partout la même. La couleur orangeâtre, presque rose du ciel, serait causée par des particules dont le diamètre n'excède pas le micron (µm). Mais bien évidemment, ce sont les banquises polaires qui subissent le plus efficacement l'activité martienne. Nous avons vu dans le chapitre précédent que le déplacement des poussières, en même temps que l'érosion éolienne, a nettement contribué à remodeler constamment le revêtement du sol et à surfacer les calottes glaciaires par accumulation de sédiments à la suite de nombreuses glaciations.
A l'occasion de l'opposition périhélique exceptionnelle de 1971, de grandes opérations orbitales furent programmées. Trois engins furent à pied d'oeuvre. Hélas au moment de la satellisation, une tempête de poussière rendit pratiquement indiscernable la surface de la planète. L'atterrissage de la sonde soviétique Mars 3 s'effectua sous une tempête soufflant à 130 m/s, ce qui causa son échec. En vérité, des tempêtes de poussière semblent sévir sur Mars chaque fois que la planète passe par son périhélie. A ce moment, la quantité totale de chaleur reçue par la planète devient importante, de sorte que l'on assiste à une gazéification de substances, le phénomène doublant de la très faible inertie de l'atmosphère martienne particulièrement propice à une grande agitation (comme le montre l'exemple de la stratosphère terrestre; à 35 km les ballons rencontrent les jets stream qui soufflent plus de 300 km/h. Cette faible inertie est autant mécanique que thermique, d'où les fortes accélérations auxquelles peuvent être soumises les masses atmosphériques. Il semblerait que sur Mars existe 2 types de vent, ceux de quelques dizaines de km/h et les autres, épisodiques, à très grande vitesse (> 100 m/s) nécessaire pour soulever les poussières d'une taille supérieure à 1 µm. D'ordinaire, les tempêtes globales durent quelques mois. Lorsque Mariner 9 se satellisa, la tempête dura plus de 3 mois. C'est le temps nécessaire pour que les poussières fines comme du talc retombent sur la surface, laissant à nouveau un ciel limpide. Les analyses indiquent que l'épaisseur de cette poussière est dense sur 5 000 m et au-delà plus ténue jusqu'à 35 000 m. Ces tempêtes se traduisent par des transports de poussière d'une région à l'autre et dans certaines circonstances par de véritables déserts de sable avec des dunes.
Ainsi, le 27/12/71, la sonde Mars 3 survola la formation Japygia. Dans le proche infrarouge (700 nm), elle était indiscernable, la poussière faisant obstacle. Par contre en infrarouge (1 400 nm) elle était discernable. La sonde est repassée le 16/2/72. La tempête était complètement calmée. Sur les 2 longueurs d'onde, les appareils reçurent à peu près la même information: un éclat à peu près 10 fois plus faible que les terrains avoisinants. Selon les scientifiques soviétiques V. Moroz et L. Ksanfomaliti, une telle situation s'explique seulement si l'on admet la poussière constituée par des grains extrêmement fins (< 1 µm), leur nombre devant être de 100 millions au cm2. A cette poussière pourrait être liée la teinte rouge de la planète, provoquée par un sable ferrugineux, la limonite, qui pourrait être d'origine météoritique. Cette pluie météoritique représente environ plusieurs 100 000 tonnes par an. En 1 milliard d'années, cela fait une épaisseur de 1 m sur l'ensemble de la planète en l'absence de processus atmosphérique, ce qui n'est pas le cas. Le brassage lors des tempêtes participe au déplacement de certaines quantités que nous retrouvons sous forme de champs de dunes dont le plus important, Hellespontus (ci-contre), à l'est du bassin Hellas, occupe une surface de 1 800 km2. Un autre près de Ganges Chasma couvre 1 000 km2. Tous les 2 montrent des crêtes parallèles espacées de 1 à 2 km. Sur les pentes du volcan Rabe, dans la région d'Hellespontus-Noachis (44,2° S et 325,6° W), les dunes sont actives, tout comme sur les images ci-dessus. Dans un passé relativement récent, quelques années, le sable s'est déplacé sous l'action combiné du vent d'un côté et de la pente de l'autre. Cette photo fut prise en mars 1999. La
lumière du Soleil arrive en haut et à gauche. Voici des barkhanes, une des formes les plus simples des dunes de sable. Elles sont orientées dans le vent dominant, ici le nord. L'image ci-dessous a été prise en mars 2004 par Mars Global Surveyor lorsque la sonde passait à l'aplomb d'un cratère à l'ouest de Arabia Terra par 21,1° N et 17,6° W. La photo fait plusieurs centaines de mètres de large. |
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Mars Global Surveyor nous a fait découvrir un nouveau paysage. Les 2 vues (3 km de large, 14,5 km de long) ci-dessous, prises le 22 mars 1999, sont un mystère. Cette zone se situe par 8,8° S et 76,8° W. Est-ce que ce sont des dunes ? Ces surfaces remplies de stries nettes, parallèles et de sillons que l'on prendrait au premier coup d'œil pour des dunes sont en fait, après une étude attentive, quelque chose d'autre. Ce ne sont pas des dunes car elles sont trop proches, leurs crêtes sont trop nettes et leurs pentes trop symétriques. A plusieurs endroits de Mars où cela se produit, il semble qu'elles apparaissent à l'intérieur de couches bien spécifiques de matériaux sombres. Ce qui peut provoquer cela, reste une énigme, mais l'érosion semble impliquée. Les mesas (plateaux sombres constitués par les restes d'une coulée volcanique, mis en valeur par l'érosion) de cette image du fond de Melas Chasma de Valles Marineris sont bien formés, nets et parallèles à des chenaux et des fosses qui apparaissent éventuellement érodés et deviennent des champs de stries visibles sur le reste de l'image. Ce qui peut provoquer cela, reste une énigme, mais l'érosion semble impliquée. Les mesas (plateaux sombres constitués par les restes d'une coulée volcanique, mis en valeur par l'érosion) de cette image du fond de Melas Chasma de Valles Marineris sont bien formés, nets et parallèles à des chenaux et des fosses qui apparaissent éventuellement érodés et deviennent des champs de stries visibles sur le reste de l'image. Les surfaces sombres striées comme celles-là, sont communes sur la partie centrale de Mars et présentent un type de surface à éviter pour les futures sondes qui se poseront sur Mars. Les surfaces sombres striées comme celles-là, sont communes sur la partie centrale de Mars et présentent un type de surface à éviter pour les futures sondes qui se poseront sur Mars. Sur Terre, la dunes la plus
simple, la plus emblématique des conditions hyperarides actuelles et la plus
mobile, est la barkhane. C'est un monticule en forme de demi-arc de
cercle ressemblant à un croissant,
qui se dit "barkhane" ou corne en arabe (il semblerait que l'origine soit du Turkestan
?). Ces dunes affectées de cornes parfois dissymétriques ont des tailles
différentes. Lorsqu'elle possède une corne plus longue que l'autre, elle
s'appelle "elb", ne pas confondre avec le fleuve allemand. Les
plus hautes mesurent une trentaine de mètres à leur front, et les plus réduites
50 cm. Il semblerait que sur
Terre la formation des barkhanes soit liée à de légères fluctuations
climatiques. Qu'est-ce que cela signifie sur Mars ? De profil dissymétrique elle avance
par les cornes (3) qui indiquent la direction du vent. Lorsque le
vent souffle dans une seule direction toute l'année (A), elle se forme dans
les déserts rocailleux avec peu de sable entre chaque dune. La planète Mars
semble bien remplir ces conditions par endroits. La crête, peu
inclinée (< 15°), sépare le dos (2)(côté exposé au vent) de la
dune. Parfois, sur le dos il existe de mini-dunes (1) en forment
de croissant qui prennent naissance avec de mini-turbulences. A l'abri
du vent, nous trouvons le côté abrupte, la face avalanche,
Cette image de Mars Express a été prise lors de l'orbite 427 le 27 mai 2004 et montre un cratère avec un champ de dunes, formant une barkhane, localisé dans la partie nord-est du bassin Argyre Planitia. L'image est centrée sur 43° S et 303° E. La résolution est approximativement de 16 m/pxl. La perspective a été calculé à partir du modèle digital dérivé des canaux stéréoscopiques. La résolution a été réduite pour une utilisation sur le web. Ci-dessous un gros plan sur la barkhanes.
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http://www.esa.int/esaMI/Mars_Express/SEMYRSW4QWD_1.html#subhead3
Cette mosaïque, ci-dessous, faite à partir des images de la caméra du rover Opportunity est présentée en projection verticale. Elle montre la position du rover dans un champ de dunes où il s'enlisa jusqu'au moyeu au 446e sol (26 avril 2005). La hauteur maximale de ces dunes est de 70 cm, suffisamment hautes pour que les contrôleurs de vol réalisent sur Terre un modèle de terrain afin de trouver une solution pour le sortir de ce pétrin
Ces dunes ressemblent à des vagues. La dune allongée, sur laquelle est arrêté Opportunity, fait 33 cm de haut pour 2,5 m de large. Le rover avait accompli presque 40 mètres d'un trajet de 90 mètres prévu cette journée-là, quand ses roues ont commencé à glisser. Opportunity recula. L'équipe du rover alterna alors fréquemment avance et recul pour garder une lubrification suffisante sur les roues. N'oublions pas qu'un froid sibérien règne. Si le rover ne s'était pas enlisé, les roues auraient tourné suffisamment de temps pour rester lubrifiées. Mais les capteurs ordonnèrent de stopper, car cet enlisement fut pris pour une anomalie de fonctionnement. L'équipe du rover a déjà utilisé plus d'une
semaine pour simuler les conditions martiennes sur Terre, avant de choisir la meilleure manière pour que
le rover sorte de son enlisement.
Les gigantesques tempêtes de sable qui affectent Mars ont obligé les météorologistes a cherché des explications. Est-ce le chauffage solaire ou l'électricité, qui déclenchent ces tempêtes dans une atmosphère proche du vide ? Les tornades sur Mars génèrent probablement des champs électriques très intenses associés à des champs magnétiques qu'il faudra prendre en compte lors des prochaines explorations humaines. La conclusion est basée sur des études en Arizona et au Nevada, où les chercheurs ont cherché à suivre, à travers le désert, des tempête de poussière et à les étudier. Ils ont trouvé inopinément de grands champs électriques dépassant 4 000 v/m (volt/mètre). Les tempêtes de poussières sont de mini tornades dont la formation est totalement différente. La plus petite variété peut être projetée en altitude par de doux zéphyrs. Des versions plus importantes peuvent être aussi larges qu'une maison ou un terrain de football avec des vents dépassant les 100 km/h. Elles sont créées par le vent qui tourbillonne autour d'une colonne d'air chaud qui s'élève dans les airs. Sur Mars, les tempêtes de poussière peuvent être cinq fois plus large et atteindre plus de 8 000 m de haut, beaucoup plus haut que les véritables tornades terrestres. Sur les deux planètes, les tempêtes de poussière se forment quand la Terre s'échauffe pendant la journée en chauffant l'air immédiatement au-dessus de la surface. Des poches d'air chaud s'élèvent et interfèrent l'une avec l'autre, parfois entraînant une poche ou une autre pour commencer un mouvement tourbillonnant en laissant des traces au sol.
Les scientifiques se sont réjouis à la vue des traces laissées par les tornades. Mais ils ont eu très peu l'occasion de voir une image aussi spectaculaire que celle ci-dessus, prise en septembre 2001 par Mars Global Surveyor. Les traces furent créées lors du printemps austral par des tempêtes de poussière et ont traversé un vieux cratère d'impact météoritique de 3 km de diamètre, localisé par 57,4°S et 234°W. Le printemps suivant a lieu en 2005. La sonde mariner 9 fut la première sonde à se satelliser autour de la planète Mars. Dès son arrivée à proximité de la planète rouge en 1971, les scientifiques de la NASA ont été surpris par l'ampleur de la tempête de poussière la plus terrifiante qu'ils n'avaient jamais vue. La planète entière a été engloutie dans une profonde brume, avec seulement le sommet du colossal Olympus Mons (25 000 m) hors des nuages. Pendant plusieurs décennies, les tempêtes de sable martiennes ont posé des questions aux météorologistes. Comment une atmosphère si peu dense (1% de l'atmosphère terrestre) peut elle soulever et accélérer la poussière pour former de gigantesques nuages englobant la planète jusqu'à une centaine de kilomètres au-dessus de la surface ?
La tempête a duré jusqu'en octobre. C'était la plus grande tempête de sable jamais observée sur Mars laissant les météorologistes perplexes. Comment des poussières ont-elles pu jaillir hors de Hellas ? Comment les poussières ont-elles pu envahir la planète ? Quel phénomène a accéléré les vents et les poussières à travers la très faible atmosphère à des vitesses allant jusqu'à 400 km/h ? Avec son spectromètre thermique à émission (TES), Mars Global Surveyor a mesuré les effets thermiques liés à la tempête. Tandis que les nuages d'orage commençaient à entourer Mars, les températures se sont élevées de 40°C, un cas de réchauffement global instantané qui continue à hanter les météorologistes. Phil Christensen de l'Université d' Etat d' Arizona, un des principaux responsables du phénomène martien, reconnaît que les spécialistes ne connaissent vraiment pas en détail, les causes de ces tempêtes martiennes. Certains pensent que les nuages de poussière se développent en profondeur, ils absorbent plus de chaleur solaire, faisant monter la température de l'atmosphère créant une boucle de rétroaction positive qui peut transformer des nuages minuscules en orages globaux. Avec ce raisonnement, nous pourrions nous demander pourquoi les tempêtes de sable ne s'arrêtent jamais. En effet, ceux qui suivent ce raisonnement ne savent même pas pourquoi elles s'arrêtent. La plupart des explications commencent avec le rayonnement solaire. Les scientifiques savent que les tempêtes sont les plus fréquentes et importantes quand Mars est proche du périhélie (sa distance la plus courte au Soleil). Ainsi les spécialistes pensent que les effets thermiques du rayonnement solaire fournissent l'énergie aux tempêtes. Mais ce raisonnement exige un effet considérablement plus énergique que la cause. L'orbite de Mars a une excentricité de 0,093, bien plus grande que celle de la Terre (0,017), ce qui joue énormément sur l'énergie absorbée. En fait, si les effets thermiques en sont la cause, l'orientation saisonnière de l'axe de rotation devrait contribuer beaucoup plus aux tempêtes de sable, avec une nette différenciation hémisphérique. Cependant, ce n'est pas le cas. Mais dans un univers électrique, les courants interplanétaires, qui se concentrent sur le Soleil, jouent un rôle essentiel dans les ionosphères planétaires, une clef pour comprendre l'évolution des systèmes météorologiques. Le théoricien Wallace Thornhill, spécialiste des modèles électriques, imagine l'atmosphère de la Terre se réparant elle-même des pertes d'isolation du condensateur global. La foudre manifeste la fuite (pertes de capacité) du condensateur, car le courant de fuite traverse l'atmosphère isolante pour se dissiper dans la charge. En temps normal, le champ électrique terrestre au niveau de la mer est de 120 V/m, dans un air sec. L'origine est pour l'instant inexpliquée. Avec l'arrivée d'un nuage chargé électriquement, il peut atteindre 15 000 à 20 000 V/m. C'est la puissance électrique d'un nuage qui charge l'ionosphère. Mais les théoriciens voient en cela une inversion de la cause et de l'effet. Il n'y aurait pas d'orage en l'absence de champ électrique terrestre. Le champ électrique est accentué par les aspérités du sol (relief, arbres, habitations). Ces dernières créent un effet de pointe qui peut accentuer localement plusieurs centaines de fois ce champ. Ce phénomène appelé effet Couronne favorise l'apparition du coup de foudre à cet endroit.
La génération d’un champ électrique est envisageable comme résultat de l’action de charges électriques ( loi de Coulomb). En fait, les champs électriques permanents sont créés à partir de la thermochimie. Néanmoins, il faut nuancer, la frontière entre diélectrique ou conducteur n'est pas aussi nette. Les théories classiques s’avèrent très vite insuffisantes. L'électron étant le centre du phénomène, les théories quantiques et statistiques sont indispensables pour expliquer les comportements isolants, semi-conducteurs et conducteurs de la matière. Puisque Mars n'a pas d'orage pour charger son ionosphère, c'est un bon exemple pour étudier la relation entre champs électriques solaires et la Planète Rouge. Le modèle électrique prédit que l'ionosphère de Mars n'est pas en fait une dynamo isolée, séparée de la charge. Sur Mars, les effets électriques atteindront directement la surface, à partir de l'ionosphère, sans l'intermédiaire des nuages d'orage, comme sur Terre. A la différence de l'énergie solaire, l'énergie électrique peut s'accumuler dans " le condensateur planétaire " pendant un certain temps, avec un potentiel pouvant modifier les événements quand l'atmosphère finalement " s'écroule " en initialisant une décharge gigantesque.
Il y a également un autre aspect de connexion électrique des circuits interplanétaires affectant Mars. Le plus grand orage sur Mars (2001) s'est produit quand la planète s'approchait du périhélie et que sa distance était la plus proche de la Terre, depuis 12 ans. À ce moment-là, la Planète Rouge était "caressée " par la magnétosphère terrestre (enveloppe de plasma soufflée par le vent solaire), établissant un raccordement électrique provisoire entre la Terre et Mars avec transfert de charges. Il semble que Mars a répondu avec un excès de décharges atmosphériques, ceux-ci prenant la forme de gigantesques tempêtes de sable ou plus exactement de tornades électriques, comme ci-dessous.
En même temps, les courants électriques entrant dans l'ionosphère martienne
menèrent les flots de turbulences, composées d'électrons à grande vitesse,
vers les couches supérieures de l'atmosphère. Dans les deux images de tempête
de sable ci-dessous, il s'avère que la poussière est éjectée vers le haut
plutôt que de s'étendre en surface.
C'est explicable dans le modèle de tornade électrique et explique aussi la manière dont la poussière s'accroît efficacement sur plusieurs kilomètres dans l'atmosphère ténue et est maintenue électrostatiquement pendant un certain temps. Le rôle des violents vortex sur le principal bord des orages est particulièrement évident dans l'image ci-dessous. Un examen plus approfondi devrait montrer la forme de ces tornades préférentiellement sur les points élevés et les bords pointus des cratères ou des escarpements.
Les tourbillons sur le principal bord de la tempête suggèrent un mouvement ascendant qui est inconcevable dans une atmosphère proche du vide et électriquement neutre. Peut-être que l'analogie la plus proche serait un réseau de torsades (des tornades électriques en accord avec la théorie de Thornhill sur la recherche de l'influence de la symétrie) déjà rencontrées dans la photosphère solaire en bordure des taches.
L'univers électrique agit avec les tempêtes de sable de la même manière que des décharges électriques gravent à l'eau-forte (c'est un bain d'acide dilué, utilisé en gravure industrielle) la surface d'une pièce métallique. Bien que les tornades martiennes et les orages de poussière manquent de puissance, les arcs électriques qui ont marqué la surface autrefois, peuvent certainement avoir laissé des traces sur Mars, aujourd'hui. Il en est de même, dans l'espace, avec les queues de poussières des nouvelles comètes, quand elles commencent à marquer la surface du noyau alors qu'il pénètre de plus en plus profondément dans le champ électrique du Soleil. 2005 devrait être l'année de la percée du modèle de comètes électriques en rupture avec l'ancien modèle de comètes à glace d'eau. Les scientifiques ne s'attendaient à trouver des tempêtes de sable chargées électriquement. Les particules de poussière se chargent en raison d'importantes turbulences qui entraînent des frictions à l'origine des pertes ou des gains d'électrons autour des atomes. L'atome devient ainsi un ion positif ou négatif. Les chercheurs pensaient qu'un équilibre aurait existé au sein du nuage de poussières, le neutralisant. Apparemment, il n'en est rien. Au lieu de cela, il s'avère que de plus petites particules tendent à devenir négatives et le vent les emporte vers les couches supérieures. Plus lourdes, les particules positives restent proches de la surface. Cette séparation des charges crée une batterie géante. Et comme ces particules sont en mouvement, un champ magnétique est généré avec le déplacement des charges électriques. D'une part, si les poussières sont variées en taille et en composition, comme prévu, les tempêtes de sable devraient être, de la même façon, électrifiées. La NASA devrait équiper un prochain atterrisseur d'un instrument pour détecter les champs électriques et magnétiques des tempêtes de poussière. D'autre part, si les tempêtes de poussière de Mars sont fortement électrifiées, ce que suggère les recherches, elles pourraient provoquer des décharges électriques ou des arcs dans l'atmosphère martienne, l'adhérence accrue de la poussière sur les scaphandres et sur l'équipement spatial ainsi que des interférence dans les communications radio. Des précautions s'imposent.
Au cours de l'été martien, les jours sont longs, tout comme sur cette bonne vieille Terre. Le jour, la température y grimpe en flèche jusqu'à 20°C et la nuit elle descend très bas à - 90°C, l'absence d'atmosphère ne permet de freiner cette chute vertigineuse. Mais les températures élevées de la journée permettent la création de tourbillons de poussières. Les sites les plus souvent associés au déclenchement de tempête de poussières sont, dans l'hémisphère nord, Chryse-Acidalia, Isidis -Syrtis Major et Cerberus; dans l'hémisphère sud, Hellas, Noachis-Hellespontus, Argyre et les régions de Solis, de Sinai et de la Syria Plani. Imaginez que vous êtes sur Mars et que vous ayez vécu une expérience diaboliquement terrifiante. Ce n'était pas un petit tourbillon de désert de seulement quelques dizaines de mètres de haut et de quelques mètres de large, se déplaçant en quelques secondes. Non, ce qui vous a frappé c'était une monstrueuse colonne faisant des milliers de mètres de haut et centaines d'une mètres de large, 10 fois plus grande que n'importe quelle tornade sur Terre. Le sable rouge-brun et la poussière tournant à plus de 30 mètres par seconde (100 km/h) ont fait chuter la visibilité à zéro, décapant votre visière, conduisant la poussière dans chaque pli et repli de votre combinaison spatiale. Pendant 15 minutes vous vous êtes blottis et avez supporté une succession de secousses. La partie la plus effrayante était le crépitement et les étincelles incessantes entre vous et les boulons (les aspérités) de votre véhicule, ainsi que la charge statique importante sur votre radio qui vous a empêché de réclamer l'aide. Est-ce que ceci pourrait vraiment se produire? Selon les scénarios de la NASA sur l'exploration spatiale, les astronautes iront sur Mars dans les décennies à venir. Et quand ils y arriveront, les tourbillons de poussière seront toujours présents. " Le sable dans la partie basse d'un tourbillon de poussière sera le plus grand risque, " déclara Mark T. Lemmon, chercheur associé au département des sciences atmosphériques à l'université A & M du Texas ". La pression atmosphérique sur Mars est seulement 1 pour cent de celle de la Terre, au niveau de la mer, ainsi vous ne sentiriez pas beaucoup de vent contre vous. Mais vous seriez cinglés par les matériaux véhiculés à grande vitesse. De plus, la poussière et le sable qui se déplacent peuvent être chargés électriquement, au point de " créer un arc électrique avec votre combinaison spatiale ou votre véhicule et créer des interférences électromagnétiques, " ajoute William M. Farrell du centre des vols spatiaux Goddard de la NASA. Des tourbillons de poussière sur Mars se forment de la même manière que dans les déserts terrestres. " Il faut un puissant chauffage extérieur, ainsi le sol devient plus chaud que l'air au-dessus de lui " explique Lemmon. L'air chauffé, moins dense, proche du sol, monte en rencontrant la couche d'air plus dense plus frais qui se trouve au-dessus; les turbulences d'air chaud et celles d'air frais commencent à circuler verticalement en cellules de convection. Ensuite, si une rafale de vent souffle horizontalement, elle fait pivoter les cellules de convection, ainsi elles commencent à tourner horizontalement en formant des colonnes verticales, en démarrant par un tourbillon de poussière.
L'air chaud s'élevant au centre de la colonne, met en marche le tourbillon de plus en plus rapidement et suffisamment pour aspirer le sable. Le sable, décapant le sol, déloge alors la poussière fine comme du talc et la colonne d'air chaud l'entraîne vers le haut. Les vents horizontaux prédominants commencent à pousser le tourbillon de poussière à travers la zone, contemplez le spectacle !
Pour
Lemmon " Si nous nous trouvions à côté du rover Spirit dans le cratère
Gusev en pleine journée, nous pourrions voir une demi-douzaine de
tourbillons de poussière". Chaque journée
printanière ou estivale, les tourbillons apparaissent vers 10 h du
matin lorsque le sol commence à chauffer et s'estompent vers 15 h lorsque le
sol se refroidit (le jour martien dure 39 mn de plus que sur Terre). Bien que
la fréquence exacte et la durée soient inconnues, les images orbitales de
Mars Global Surveyor révèlent d'innombrables traces et à toutes latitudes.
Ces traces s'entrecroisent sur la surface aux
endroits où les tourbillons l'ont découvert pour révéler au-dessous un
sol de couleur différente.
D'ailleurs, de réels tourbillons de poussière ont été photographiés en orbite, certains d'entre eux avaient 1 à 2 kilomètres de diamètre à la base et s'élevaient nettement jusqu'à 8 ou 10 kilomètres. Pourtant ce qui intrigue Farrell, qui a chassé des tourbillons dans le désert d'Arizona, est le fait étrange que des tourbillons soient électriquement chargés et les tourbillons de poussière martiens pourraient l'être, aussi. Les tourbillons se chargent électriquement lors de la friction des grains de sable avec la poussière. Quand certains couples de matériaux différents sont mis en contact par frottement, l'un donne un ou plusieurs électrons (il devient positif) tandis que l'autre les reçoit (il devient négatif). Une telle séparation des charges s'appelle "triboélectricité" du grec tribo pour frottement. La triboélectricité vous fait dresser les cheveux lorsque vous frotter un ballon en plastique contre votre tête. La poussière et le sable, tout comme le plastique et les cheveux forment des paires triboélectriques. Le sable et la poussière ne sont pas nécessairement faits du même matériau. Les plus petites particules de poussières tendent à devenir des charges négatives, en prenant des électrons aux grains de sable plus gros, grâce aux frottements engendrés par les turbulences. Puisque la colonne d'air chaud s'élève en générant le tourbillon, les poussières plus légères, chargées négativement se trouvent en haut et les grains sable plus lourds, chargés positivement, se trouvent en bas. Cette séparation va provoquer la naissance d'un champ électrique. Sur Terre, des champs de 20 000 V/m (volts par mètre) sont mesurés. Ce n'est rien comparé aux champs électriques rencontrés dans les orages où la foudre atteint des valeurs 100 fois plus élevées capables d'ioniser les molécules d'air. Mais à 20 kV/m ce n'est pas loin du claquage dans la faible atmosphère martienne précise Farrell. Plus significatif, les tourbillons martiens sont beaucoup plus grands que leur contrepartie terrestre car ils stockent des énergies beaucoup plus intenses. Mais comment s'effectue la décharge ? Existe-t-il des cas de foudre à l'intérieur des tourbillons ? Si la foudre ne se produisait pas naturellement, la présence d'un véhicule, d'un astronaute ou d'un habitat pourrait induire des décharges ou des arcs électriques. Il faudra faire attention aux coins qui seront autant de point d'amorçage. L'idéal sera d'avoir un véhicule ou un habitat rond. Une autre considération pour les astronautes qui sera un handicap, la charge statique, à cause des antennes. De plus après, une fois que la saison des tourbillons sera passée, il restera un phénomène collant. En effet la charge statique, dans une ambiance très sèche, provoquera un collage de la poussière sur tout. C'est d'ailleurs le problème qui gêna les astronautes sur la Lune, à leur retour dans le LEM: l'impossibilité de se débarrasser de la poussière. Puisque les tourbillons de poussière peuvent s'élever jusqu'à 8 000 m ou 10 000 m de haut, les météorologistes planétaires pensent maintenant qu'ils peuvent être responsables de la quantité élevée de poussières dans la haute atmosphère martienne. Il est primordial pour des astronautes, que la poussière puisse transporter les charges négatives dans la haute atmosphère. Les charges s'accumulant au sommet d'un orage pourraient poser un risque à une fusée décollant de Mars, comme c'est arrivé à Apollo 12 en novembre 1969 où la fusée Saturne V a décollé de Floride pendant un orage: le déplacement de la fusée a ionisé (décomposé) les molécules d'air, laissant une traînée de molécules chargées derrière elle, mais proche du sol, provoquant un éclair (une décharge électrique) qui a heurté le vaisseau spatial. "Les marins d'autrefois, comme
Christophe Colomb, ont compris que leurs bateaux devaient être conçus pour des conditions atmosphériques
extrêmes" précise Farrell. " Pour concevoir une mission sur Mars, nous devons
connaître les conditions météorologiques extrêmes et ces extrêmes semblent être sous forme
tempêtes de poussières et de tourbillons".
Parfois des tempêtes locales donnent naissance à des vents puissants, qui attisent des nuages de poussières denses, s'élevant en tourbillons. Ils érodent et décapent la surface de Mars et transportent la poussière d'un endroit à l'autre. Comme sur Terre, les vents ont des cycles journaliers et saisonniers. Depuis des milliards d'années, ces vents ont sculpté la physionomie de la planète, mais comme au sol la densité de l'atmosphère ne représente que moins de 1% de celle de la Terre, pour soulever la poussière, la force du vent demande d'être 7 à 8 fois plus importante. Tandis que les vents terrestres de 24 km/h peuvent suffire, sur Mars, le mouvement d'une particule solide nécessite des vents de plus de 180 km/h. En outre, Mars est cinglé par des jet-streams qui atteignent des vitesses de 100 m/s.
Les dunes de sables sont d'excellents exemples de l'action éolienne. Les vents martiens collectent sans arrêt des particules du côté au vent et déposent les plus grosses du côté sous le vent; ainsi, les dunes roulent comme celles de nos déserts. Les particules déplacées par le vent sautent à la surface et permettent le mouvement de celles que le vent seul ne pourrait entraîner. Lorsque les vents s'intensifient, des particules de la taille d'un grain de sable d'environ 0,16 mm, prennent un mouvement de saltation. Les particules plus petites ont une plus grande cohésion avec le sol et persistent au vent, mais lorsqu'elles sont heurtées par un grain en saltation, elles sont projetées dans le vent demeurer en suspension dans les nuages de poussière. Les grains en saltation frappent aussi de plus grosses particules et les poussent à la surface.
Mais les tempêtes globales de poussières offrent le témoignage de plus spectaculaire de l'action éolienne. Pendant que les vents martiens mugissent dans un monde autrement silencieux, ils excitent souvent de petites tempêtes localisées, comme les vents terrestres qui parfois fouettent les sols et forment des colonnes imposantes appelées trombes. A mesure que ces tempêtes locales deviennent plus fréquentes, elles se regroupent parfois et rejettent de grandes quantités de poussière dans l'atmosphère, provoquant une tempête qui englobe toute la planète. Lorsqu'une quantité suffisante de poussière a été éjectée dans l'atmosphère, la tempête peut s'alimenter elle-même en convertissant l'énergie solaire en énergie éolienne. La poussière soulevée absorbe le rayonnement solaire et chauffe l'atmosphère, donnant naissance à des vents violents. Alors toute la planète est enveloppée d'un voile opaque. En fin de compte, la tempête, empêchant la chaleur du Soleil d'atteindre le sol, s'apaise d'elle-même. A mesure, comme il n'y a pas de pluie pour entraîner la poussière, celle-ci traîne pendant des semaines dans l'atmosphère avant de se déposer lentement.
L'image (ci-dessus) de Mars Global Surveyor montre des roches sédimentaires érodées par le vent dans Tithonium Chasma, une des cuvettes du système de Valles Marineris. Elle fait entre 10 et 110 km de large pour une profondeur maximale d'environ 4 000 m de profondeur. Les vents responsables de la majorité de l'érosion ont soufflé du nord-est (coin supérieur droit), créant des yardangs (image ci-contre - arêtes créées par l'érosion éolienne) avec leurs extrémités coniques se dirigeant en vent arrière. L'image fait ~1 km et est localisée par 4,6°S et 88,3° W. La résolution est de 13 m/pxl. Elle a été réalisée au cours de l'orbite 887.
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Au cours du printemps, la calotte polaire nord régresse et sous les latitudes plus tempérées la couleur du sol s'assombrit. Autrefois, les astronomes pensaient que ces zones sombres saisonnières se formaient lorsque la glace fondait et que la croissance printanière de la végétation débutait. Maintenant, les scientifiques savent qu'elles sont dues aux forts vents martiens qui décapent les poussières de couleur claire en certains endroits et les déposent ailleurs, engendrant une physionomie changeante. Les vents martiens créent un monde agité qui varie constamment en fonction de leur circulation saisonnière. Des bandes claires et sombres, qui atteignent souvent des dizaines de kilomètres de long et quelques kilomètres de large, s'allongent dans la direction des vents forts dominants et en révèlent les courants globaux. Les bandes brillantes sont constituées de poussières de couleur claire déposées du côté des cratères et des collines sous le vent. Les bandes sombres sont dues à l'érosion éolienne qui enlève la fine couche de poussière, décape et met à nu la surface sous-jacente. L'assombrissement de Syrtis Major est apparemment dû à la croissance et la coalescence de bandes sombres. L'aspect global de ces structures varie à mesure que les vents changent de direction et que leur intensité diminue. Les tornades laissent des traces trahissant leur déplacement sur le sol. Nous sommes sur Argyre Planitia à une latitude de 51° S. Des stries
foncées, partout! Beaucoup d'images
de Mars Global Surveyor aux latitudes moyennes des
hémisphères boréal et austral montrent des traces qui
s'entrecroisent. Plusieurs de ces traces sont rectilignes et étroites,
d'autres montrent des boucles, des torsions et contorsions. Elles
passent souvent au-dessus des collines, courent directement
Nous voyons ici sur Promethei Terra (58 ° S), le fonctionnement de la mini tornade laissant les traces de son passage sur le sol. La colonne fait moins de 100 m de large et la dimension de la photo est de 1,5 x 1,7 km. C'est la poussière qui permet de voir le vortex qui se présente comme un mini - tornade. Elles se produisent lorsque, comme sur Terre, la température chauffe "l'air" ambiant. L'air chaud monte en tourbillonnant laissant des traces sur le sol. Ici l'air, c'est du gaz carbonique.
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Le processus d'échange du CO2 entre la surface et l'atmosphère obéit à des lois particulières qui sont une indication du rôle prépondérant joué par ce gaz dans les variations climatiques à long terme. Dans l'atmosphère, nous trouvons 95,32 % de dioxyde de carbone (CO²) - 2,7 % d'azote (N2) - 1,6 % d'argon (Ar) - 0,13 % d' oxygène (O2) - 0,08 % monoxyde de carbone (CO) - 210 ppm eau (H2O) - 100 ppm Oxyde d'azote (NO) - 2,5 ppm Neon (Ne) - 0,85 ppm Hydrogène-Deutérium-Oxygène (HDO) - 0,3 ppm Krypton (Kr) - 0,08 ppm Xenon (Xe). Le taux de gaz carbonique peut varier en fonction des changements subis par les dépôts recouvrant les calottes polaires. D'autre part, la vapeur d'eau, dont le contenu est essentiellement variable dans le temps et d'un point à l'autre de la planète, semble participer au mécanisme d'interaction gaz - surface. Les données atmosphériques rapportées par Mariner 9 et les Orbiter Viking 1 et 2 se sont révélées satisfaisantes, à savoir la température extrême des régions équatoriales s'élève à - 22°C en début d'après-midi et de - 73°C au lever du Soleil. La température de la zone polaire australe descend nettement sous les - 120°C. Pour la calotte boréale l'écart fut surprenant car supérieur à la valeur attendue avec - 69°C. Par contre l'atmosphère était plus ténue qu'escomptée. Les mesures ont donné 1 mb au sommet d'Olympus Mons ( 25 000 m) et 9 mb au plus profond, avec une moyenne de 7 mb.
Il est intéressant de s'interroger sur l'interaction entre l'atmosphère et la surface, car celle-ci contrôle la météorologie. Dans la mesure où l'ensoleillement joue un rôle, il convient de connaître les facteurs qui ont déterminé l'apparition d'une atmosphère plus dense par le passé. Comme la nature des réactions photochimiques à la surface varie avec les propriétés physiques et mécaniques du sol, on voit tout l'intérêt des investigations des missions sur la surface telles les 2 Viking ainsi que Spirit et Opportunity. A partir de Mariner 9, l'interaction au niveau des pôles devenait évidente. La structure propre de chaque banquise n'apparaît que pendant l'été de chaque hémisphère. En général durant l'année martienne, il existe une structure superficielle recouvrant plus ou moins la calotte polaire permanente qui, elle, épouse le relief. Cette structure, rétractable et dilatable au cours des saisons, forme, en somme, une seconde calotte polaire, composée de glace carbonique. Il en résulte qu'un équilibre s'établit, fondé sur la condensation du gaz carbonique et la croissance de la banquise l'hiver et la sublimation et rétractation, l'été. Si nous nous basons sur le bilan du CO2 dans l'atmosphère, ainsi que de la vapeur d'eau, l'ensemble atmosphère et banquise formerait un système fermé. Les diverses observations ont permis de juger de l'importance du réservoir en gaz carbonique que constituent les banquises. Si il ne faisait pas de doute que le revêtement superficiel était composé de gaz carbonique, les chercheurs présentaient que la calotte permanente ne pouvait pas constituer un réservoir important de CO2, en contact avec l'atmosphère. Lors des missions Viking, les scientifiques se sont aperçus qu'au-dessus des pôles, l'atmosphère était extrêmement humide, proche de la saturation. Cela impliquait, pour la calotte boréale, une température de surface de l'ordre de - 69°C. Or, compte tenu de la très faible pression atmosphérique, le maintien d'une banquise permanente, composée essentiellement de gaz carbonique, réclame une température inférieure à - 125°C. Il apparaît donc, d'une manière indiscutable, que les calottes permanentes sont composées d'eau. Mais il n'y a pas lieu de considérer le système comme fermé. Il y a une autre source possible de CO2. Celle-ci s'explique par les propriétés physiques et chimiques du matériau qui sur toute la surface se trouve en contact avec l'atmosphère. A l'exemple de ce qui s'est passé à la surface de la Lune, les débris dus à la multitude d'impacts des météorites de toutes dimensions, ont finalement constitué sur Mars, sous la forme d'une couche superficielle plus ou moins homogène, un régolite martien (celui-ci se compose également de toutes les poussières cosmiques qui ont pu atterrir à la surface; probablement d'origine cométaire, dans leur majorité, ces dernières sont des particules solides minuscules, de la taille du micron et dont la masse ne dépasse pas le µg). Il semblerait qu'à certain endroit, le régolite martien dépasse l'épaisseur de 20 m. De plus, par ses propriétés physiques, il devrait pouvoir fixer la vapeur d'eau et le gaz carbonique. Par suite de la capacité d'absorption dépend la réponse à un échauffement ultérieur. Une analyse faite en supposant un régolite de 100 à 1 000 m d'épaisseur indique que celui-ci constitue, sur des périodes de 100 000 ans, un réservoir dans lequel le système atmosphère + calottes polaires peut puiser une quantité importante, non seulement de CO2, mais aussi d'eau. C'est ainsi qu'une libération de vapeur d'eau dans l'atmosphère a pu accentuer l'effet de serre dans l'infrarouge et faciliter l'accumulation d'une atmosphère plus dense, de masse peut-être 5 ou 6 fois plus élevée que la présente atmosphère. Ces résultats confortent l'idée d'une évolution du climat sur un cycle de 120 000 ans. L'étude montre aussi que le taux d'absorption de l'eau (H2O) du régolite diminue fortement le matin se traduisant par un brouillard très dense composé de cristaux de glace d'eau. Cela explique très bien les dépôts de givre aperçus dans des zones bien déterminées. De plus cela semble copié sur les saisons.
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