mars - astrosurf: de l'eau liquide a-t-elle coulé à la surface de mars par le passé ? et des...

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MARS

LA PLANETE ROUGE

�JC LIGNAC

MARS : LA PLANETE ROUGE

POURQUOI CETTE FASCINATION ?

⇒ LA 4 iême PLANETE DU SYSTEME SOLAIRE

NOTRE VOISINE A UNE CINQUANTAINE DE MILLIONS DE KM

CANDIDATE POUR LE VOYAGE INTER-PLANETAIRE

⇒ LA PLUS RESSEMBLANTE A LA TERRE

PLANETE TELLURIQUE AU RELIF COMPARABLE

CALOTTES POLAIRES

QUATRE SAISONS ANNUELLES

JOURNEE DE 24 H+

⇒ LA PLUS OBSERVABLE DES PLANETES TELLURIQUES

PLANETE EXTERNE

VUE DE TOUTE LA SURFACE

OPPOSITION PERIODIQUE

⇒ LES FAMEUX CANAUX

TRACES D’EAU PRESENTES OU PASSEES ?

VIE EXTRA-TERRESTRE ?

⇒ LES HOMMES VERTS !

REALITE OU SCIENCE FICTION

LES OVNI DANS LES ANNEES 60

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HISTORIQUE :

⇒ VISIBLE A L’ŒIL DANS L’ANTIQUITE : LES BABYLONIENS

⇒ TYCHO BRAHE (1546- 1601) MESURA SON ORBITE AVEC UNE PRECISION DE 2 MN


INSTRUMENTS DE TYCHO BRAHE :

QUADRANT EN BOIS ET BRONZE SUR LA FENETRE

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HISTORIQUE :

⇒ VISIBLE A L’ŒIL DANS L’ANTIQUITE : LES BABYLONIENS


⇒ J. KEPLER (1571 – 1630) DECOUVRIT QUE LES ORBITES SONT ELIPTIQUES ET NON CIRCULAIRES

⇒ C.HUYGENS (1625-1695) MESURA LA REVOLUTION DE 24H 1672, IL OBSERVE LA CALOTTE POLAIRE BOREALE

⇒⇒⇒⇒ J. CASSINI 1673, MESURE DE LA PARALLAXE POUR DETERMINER SA DISTANCE

⇒⇒⇒⇒ W. HERSCHEL (1738-1822) PROUVA LES SAISONS A PARTIR DE LEUR SURFACE AVEC LE GRAND TELESCOPE


LE GRAND TELESCOPE :

OBJECTIF DE 46 POUCES EN METAL POLI D'UNE TONNEFOCALE DE 40 PIEDS

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HISTORIQUE :

⇒ VISIBLE A L’ŒIL DANS L’ANTIQUITE


⇒ J. KEPLER (1571 – 1630) DECOUVRIT QUE LES ORBITES SONT ELIPTIQUES ET NON CIRCULAIRES

⇒ C.HUYGENS (1625-1695) MESURA LA REVOLUTION DE 24 H1672, IL OBSERVE LA CALOTTE POLAIRE BOREALE

⇒⇒⇒⇒ J. CASSINI 1673, MESURE DE LA PARALLAXE POUR DETERMINER LA DISTANCE

⇒⇒⇒⇒ W. HERSCHEL (1738-1822) PROUVA LES SAISONS A PARTIR DE LEUR SURFACE AVEC LE GRAND TELESCOPE

⇒ G. SCHIAPARELLI (1835-1910) MENTIONNE LES FAMEUX CANAUX

⇒⇒⇒⇒ A. HALL EN 1877 DECOUVRE LES 2 SATELLITES AVEC UN TELESCOPE DE 26 POUCES

⇒ P. LOWELL EN 1895 ETUDIE LES CANAUX ET FAIS L’HYPOTHESE DE LEUR REALISATION PAR DES MARTIENS

⇒ 1894, ANALYSE DE L’ATMOSPHERE PAR SPECTROSCOPIE QUI REVELA L’ABSENCE D’OXYGENE ⇒ E. ANTONIADI EN 1909, CARTES PRECISES DE MARS

⇒ 1984, DECOUVERTE DE TROIS METEORITES MARTIENS

⇒ 1962-1964, ENVOI DE SONDES RUSSES MARS ET AMERICAINES MARINER


QUELQUES CHIFFRES :

⇒ DIAMETRE DE 6 800 KM

FAIBLE GRAVITATION : 0.37 FOIS CELLE DE LA TERRE

IMPACT SUR LE RELIEF ET L’ATMOSPHERE

⇒ ROTATION EN 24H 39 MN 35 S

⇒ OBLIQUITE DE 25°10

GENERE QUATRE SAISONS ANNUELLES

⇒ REVOLUTION DE 687 JOURS

OPPOSITION PERIODIQUE AVEC LA TERRE (780 JOURS)

⇒ DISTANCE DE LA TERRE 55,7 à 401,3 MILLION DE KM

DEMI GRAND AXE ORBITAL 249 MILLION DE KM - APHELIE

DEMI AXE ORBITAL 206 MILLION DE KM - PERIHELIE

⇒ EXCENTRICITE DE 0.093, CINQ FOIS CELLE DE LA TERRE

SAISONS INEGALES : 200, 182, 145, 160 JOURS

OPPOSITION DE 55 A 100 MILLION DE KM

⇒ EXEMPLE D’OPPOSITION

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EXEMPLE D‘OPPOSITION :

OBJECTIF DE 46 POUCES EN METAL POLIFOCALE DE 40 PIEDS

27 08 2003 30 10 2005

55 M

69 M

TERRE

MARS

Périhélie

Aphélie

206 M

249 M


LES OPPOSITIONS :

4 03 2012

15 12 2007

30 01 2010

22 05 2016

10 04 2014

20 07 2018

10 10 2020

27 08 2003 30 10 2005

55 M

69 M

TERRE

MAR S

58 M

76 M

61 M

99 M

88 M

92 M 100 M

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Propriété Valeur martienne Valeur terrestre (Mars/Terre)

Rayon équatorial 3 396 km 6 378 km (53 %) Surface 144,8 ×106 km2 510 ×106 km2 (28 %) Volume 1,63×1011 km3 1,08×1012 km3 (15%)

Masse 6,42×1023 kg 5,97×1024 kg (10,7%) Masse volumique moyenne 3 933 kg/m3 5 515 kg/m3 (71%)

Gravité de surface à l'équateur 3,71 m/s2 9,78 m/s2 (38%) Vitesse de libération 5 027 m/s 11 186 m/s (45%)

Période de rotation sidérale 1,0259 j ≈ 88 642 s 86 164 s (103 %) Durée du jour solaire 1 sol≈ 1,027 j ≈ 88 775 s 86 400 s (103 %) Période orbitale 668,60 sols≈ 686,97 365,25 j (188%) Inclinaison de l'axe 25,19° 23,43°

Demi-grand axe de l'orbite 227,9×106 km 149,6×106 km (152%) Excentricité orbitale 0,093 0,016 (558%) Aphélie 249,2×106 km 152,1×106 km (163%) Périhélie 206,7 ×106 km 147,1×106 km (140%)

Albédo géométrique visuel 0,15 0,37 Rayonnement solaire 492 à 715 W/m2 1 321 à 1 413 W/m2

Température moyenne au sol - 63 °C 14 °C

Pression atmosphérique 7,5 milli Bar 1013 milli Bar


QUELQUES FORMULES !

Vitesse de libération : ½mV2 = GmM/R

Mouvement rétrograde de Mars

Trajectoire vue de la Terre: Z(t) = 2*e2πit – 3*eπit

Pesanteur : mg = GmM/R2 ; g = G 4/3 π d R

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SES CARACTERISTIQUES

♦ LE RELIEF :

DICHOTOMIE DES DEUX HEMISPHERES : DIFFERENCE DE 5 000 METRES

BASSIN D’HELLASDE DIAMETRE DE 3 000 KM

VARIETE DE DUNES EN FORME DE CORNES

VALLEES DE DEBACLE

CALOTTE BOREALE DE GLACE DE 1 200 A 3 500 KM

⇒ EQUATEUR :

DOME DE THARIS : BOMBEMENT DE 5 000 METRE AU DIAMETRE DE 5 000 KM VALLES MARINERIS : ENORME CANYON DE 6 000 KM

CINQ VOLCANS AU-DESSUS DE 9 000 M EN FORME DE BOUCLIER OLYMPUS MONS : 25 000 METRES, CALDEIRA DE 80 KM ET DOME DE 700 KM

⇒ SUD :

HAUTS TERRAINS ANCIENS DE BASALTE

CRIBLES DE CRATERES ( DE 5 A PLUS DE 300 KM)

NOMBREUSES VALLEES RAMIFIEES

DEUX GRANDS BASSINS, PROFONDEUR DE – 8 000 M

CALOTTE AUSTRALE DE GLACE CARBONIQUE DE 300 A 1 000 KM

⇒ NORD :

CENTAINES DE VOLCANS INACTIFS

JEUNES PLAINES DE LAVE


SES CARACTERISTIQUES

♦ LE SOL

DESERT AVEC ABONDANCE DE POUSSIERES D’OXYDE DE FER

CROUTE DE ROCHES SILICEUSES D’EPAISSEUR DE 30 A 80 KM

ABSENCE DE PLAQUES TECTONIQUES

COUCHE SOUTERRAINE DE GLACE D’EAU

MANTEAU DE MINERAIS RICHES EN FER ET EN MAGNESIUM 1 860 KM

NOYAU METALLIQUE DE FER ET NICKEL DE 1 400 KM

♦ LES TEMPERATURES

TEMPERATURE MOYENNE DE – 63°

- 125° AUX POLES

- 15° EN ETE AUSTRAL

♦ L'ATMOSPHERECOMPOSE DE DIOXINE DE CARBONE CO2 A 96 % PRESSION DE L'ORDRE DE 7,5 MILLI BAR

PAS DE MAGNETOSPHERE

TEMPETE DE VENT (100 A 200 KM/H)

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CanyonValles Marineris : 6 000 km de long, une centaine de km de large et 6 km de profondeurBassin Hellasde 3 000 km de diamètre et 6 000 m de profondeur,

Dôme Tharis de 5 000 km de diamètre et de 5 000 mètres de hauteur,


Vue du volcan bouclier Olympus Mons de 25 000 mètres de hauteur, 700 km de diamètre et de 80 km de cratère.

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VUE DEPUIS UNE SONDEVIKING SURVOLANT LA CHAÎNE DES CHARITUM MONS ET LE CRATERE GALLE DE 155 KM


Le 4 juillet 1997, la sonde Pathfinder s’est posée à l’embouchure de la vallée Ares Vallis. Les blocs rocheux qui parsèment le sol ont été charriés par les puissants flots lors de la débâcle il y a plusieurs milliards d’années.

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GEOLOGIE

Utilisation des couches géologiques pour comprendre l'évolution climatiqueStrates empilées : sulfates + argiles, sulfates seuls, autres minerais au-dessus


Mer de dunes de 70 à 100 mètres

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Dunes de sable noir en forme de cornes


Tempête de poussières sur 10 km de hauteur

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Vue de la calotte polaire de 1 200 km de diamètre constitué d’une mince couche de glace carbonique de 40 à 80 cm d’épaisseur et d’une épaisse couche de glace d’eau. Entaille de profondes vallées soumises à la force Coriolis.


LES SATELLITES

⇒ PHOBOS

REVOLUTION EN 7H 39 MN

DISTANCE DE MARS DE 6 300 KM

PLAN ELLIPTIQUE A L’EQUATEUR MARTIEN

DIAMETRES 18 A 22 KM

ASTEROIDE DE TYPE C

CRATERE DE 6 KM

FORCES DES MAREES

RALENTISSEMENT DU MOUVEMENT

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LES SATELLITES

⇒ PHOBOS





ASTEROIDE DE TYPE C

CRATERE DE 6 KM

FORCES DES MAREES



LES SATELLITES

⇒ PHOBOS





ASTEROIDE DE TYPE C

CRATERE DE 6 KM

FORCES DES MAREES


⇒ DEIMOS

REVOLUTION EN 30 H 18 MN

DISTANCE DE 23 200 KM


NOMBREUX IMPACTS

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A PROPOS DEMARS

Parmi les questions que se posent les scientifiques à propos de Mars, on peut citer :

En quoi sa structure diffère-t-elle de celle de la Terre ?

Pourquoi ces deux planètes ont-elles subi des évolutions si différentes ?

Est-elle toujours géologiquement active ?

A-t-elle eu une atmosphère primitive suffisamment dense pour que de l'eau liquide ait pucouler à sa surface ?

Quelle a été son évolution climatique et quelles en ont été les raisons ?

Est-ce que des réactions chimiques ont formé des molécules prébiotiques et ont-elles abouti àdes structures réplicatives (vivantes) ?

S'il y a eu de la vie, s'est-elle répandue partout et peut-elle encore exister ?

De quelles ressources naturelles pourraient disposer de futurs explorateurs humains ?


LA VIE SUR MARS ?

L'existence d'activité microbienne sur la surface de Mars est encore débattue, de même que celle de traces d'organismes unicellulaires sur des météorites martiennes ?

La nouvelle question sur laquelle la communauté scientifique se concentre actuellement est : De l'eau liquide a-t-elle coulé à la surface de Mars par le passé ?

et des indices en faveur d'une réponse positive ont été découverts.

Le consensus au sein de la communauté scientifique àl'heure actuelle est que :

- les conditions actuelles à la surface de Mars sont trop hostiles pour que des formes de vie multicellulaires telles que celles qui existent sur Terre puissent y exister

- la pression et la température en surface sont trop basses pour que de l'eau liquide puisse y exister longtemps : elle y gèle rapidement puis se sublime en vapeur

- de l'eau sous forme de glace existe toutefois dans les sous-sols de la planète Mars (l'astrobiologie présuppose que l'existence d'eau liquide est nécessaire à l'apparition de la vie)

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L’EXPLORATION SPATIALE

♦ L'exploration d'une planète se fait en plusieurs étapes de difficultécroissante : Dans un premier temps, on cherche à survoler la planète pour prendre des clichés détaillés de sa surface.

Ensuite, l'objectif est de placer une sonde en orbite afin d'étudier plus précisément sa surface et son atmosphère.

Les deux dernières étapes sont des missions de retour d'échantillon et d'exploration humaine.

La troisième étape consiste à poser un module d'atterrissage pour effectuer des études in situ.



♦ SONDES RUSSES : MARS

⇒ 1962 LANCEMENT DE LA PREMIERE SONDE MARS 1

⇒ 1971 MARS 2 ET MARS 3 AVEC ATTERRISSEUR POUR DES IMAGES FLOUES

⇒ 1973 MARS 5 ET MARS 6 POUR 60 SECONDES D’IMAGES

⇒ ECHEC COMPLET DE MARS 4 ET MARS 7

♦ SONDES AMERICAINES : MARINER

⇒ 1964 SUCCES DE MARINER 4 POUR UN VOYAGE DE 8 MOIS : REVELE LES CRATERES

⇒ 1969 SURVOL DES MARINER 6 & 7 MONTRANT LES VOLCANS ET LA GLACE DU POLE SUD

♦ SATELLITES AMERICAINS : MARINER

⇒ 1971 MARINER 9 MISE EN ORBITE DU PREMIER SATELLITE ARTIFICIEL 7 000 CLICHES ET PHOTOS DES DEUX SATELLITES MESURE DE LA PRESSION ATMOSPHERIQUE

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Survol de Mariner 4 ( 1965 )



♦ ATTERRISSEURS AMERICAINS : VIKING

1975 ENVOI DES VIKING 1 & 2

1976 ATTERRISSAGE AVEC SUCCES DES DEUX LANDERS

POUR UN FONCTIONNEMENT PENDANT 4 & 6 ANS :

COMPOSITION DE L’ATMOSPHERE

DONNEES METEOROLOGIQUES

MESURE DES VARIATIONS DUIRNES (- 89° A - 31 °C )

PRESENCE DE GLACE D’EAU DANS LE SOL

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Atterrisseur de la mission Viking lancée en 1975. On distingue : à droite le mât météo, en haut l’antenne de communication avec la Terre, au premier plan le bras manipulateur pour collecter les échantillons, les deux cylindres blancs sont les caméras panoramiques rotatives.


Cratère bordé d'éjecta fluidisés révélant la présence d'eau. L'objet impactant aurait fait fondre

la glace présente dans le sol qui se serait déposée sous forme de boue fluide.

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MISSIONS ORBITALES RECENTES

♦ 1996 MARS GLOBAL SURVEYOR

ABSENCE DE MAGNETOSPHERE

REGRESSION DE LA GLACE CARBONIQUE AU POLE AUSTRAL

PREDOMINANCE DE BASALTE A LA SURFACE

♦ 2001 MARS ODYSSEY

COMPREHENSION DES MECANISMES CLIMATIQUES ET GEOLOGIQUES

QUANTIFICATION DU RAYONNEMENT GALACTIQUE

♦ 2003 MARS EXPRESS

PROGRAMME AMBITIEUX EUROPEEN ESA

PERTE A L'ATTERRISSAGE DE LA SONDE BEAGLE II

ETUDE DES MINERAIS PAR INFRAROUGE

CARTOGRAPHIE A 3 DIMENSIONS

♦ 2005 MARS RECONNAISSANCE ORBITER( 2 TONNES : 700 M $)

ETUDES DE LA GRAVITE ET DE L'ATMOSPHERE



MARS GLOBAL SURVEYOR

Poids de 1050 kg : 595 de structure, 380 de module de propulsion, 75 kg d'instruments

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Liste des instruments de Mars Express


MISSIONS AU SOL RECENTES

♦ MARS EXPLORATION ROVER

2003 SPIRIT

2004 MER ROBOTS OPPORTUNITY

ATTERRISSAGE AVEC AIRBAG DANS UN CRATERE DE 22 M (EAGLE !)

FONCTIONNE PENDANT DEUX ANS POUR 12 KM PARCOURUS

ROCHES SEDIMENTAIRES AVEC 50% DE SELS

SULFATE FERRITE HYDRATE DE SODIUM

PRESENCE D’EAU DANS LE PASSE

♦ 2008 ROBOT PHOENIX

DETECTION DE LA MOLECULE H²O EN CHAUFFANT LA GLACE DU POLE NORD

SUBLIMATION DE LA GLACE POLAIRE EN NUAGES

ETUDE DE L'ATMOSPHERE : FORMATION DES NUAGES,

MOUVEMENTS DES TEMPERATURES

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Panneau solaire de la sondeSpirit et sa station météo


Panneau solaire de la sondePhoenix et bras robotique de l'attérrisseur avec échantillon dans le godet en creusant à 25 cm du sol

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PROCHAINES MISSIONS

♦ 2011 : LANCEMENT PAR LA RUSSIE DE PHOBOS GRUNT

Objectif le retour d'échantillons du sol martien.

♦ 2011 : NASA LANCEMENT DU ROBOT CURIOSITY (MSL)

Robot de 775 Kg alimenté par piles nucléaires Rechercher des traces de vie en chauffant des échantillons à 1 100°Caractériser le climat martien, Etudier la géologie de Mars.

♦ 2016 : AURORA (ESA) AVEC ROBOT EXOMARS

Objectifs principaux la recherche de signes de vie passée ou présente Etude de la distribution de l'eau dans le sous-sol martien,

Analyse de la structure interne avec carottage à 2 m de profondeurRéférencement des dangers liés à l'environnement martien pour de futures missions

habitées

♦ 2020 : MISSION MARS SAMPLE RETURN

Objectif le retour d'échantillons du sol martien.


Vue du rover de la mission Curiosity ( MSL ) prévue en 2011 par la NASA. Ce rover de 775 kg très performant pourra franchir une centaine de kilomètres et avoir une durée de vie de une à deux années.

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Le rover de la mission Exomars doit être lancé sur Mars en 2016. Cette mission vise à développer en Europe les technologies

nécessaires à l’atterrissage sur Mars.


LES PROJETS FUTURS

Les astronautes devront s'adapter à une vie en communauté dans un environnement confinésur une durée suffisamment longue pour avoir des effets psychologiques dévastateurs. Volume important du carburant à emporter.

♦ LA MIGRATION FUTURE DES TERRIENS ??

♦ MISSIONS HABITEES

2030 ? : NOMBREUSES DIFFICULTES A RESOUDRE

Le vaisseau spatial devra être totalement autonome pendant deux ans. Sa structure devra protéger les astronautes du rayonnement cosmique et des éruptions solaires. Il devra comporter des systèmes capables de simuler une gravité suffisante pour éviter un vieillissement prématuré des organismes.

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EXPLORATION DE MARS


Lieux d'atterrissage des différentes sondes

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Il était une fois l'eau !

Les sondes Mariner et Vikingont révélé d'énormes chenaux d'écoulement et des vallées sinueuses formant de vastes réseaux. Ces canyons martiens ont étécreusés par de l'eau liquide, il y a des milliards d'années. Les chenaux d'écoulement résultent de crues catastrophiques provoquées par une résurgence brutale d'eau souterraine.

Les missions plus récentes ont conforté cette vision. Pathfindera photographié de gros blocs de pierres charriés par des flots torrentiels.

Le robotSpirit a découvert une drôle de formation rocheuse, tordue et noueuse, qui contient de l’hématite, le fameux minéral qui se forme au contact de l’eau et que l’autre robot Opportunity, a trouvé en plus grande quantité de l’autre côtéde la planète.

Le robot Reconnaissance Orbitera révélé les cratères bordés d'éjecta fluidisés révélant la présence d'eau. L'objet impactant aurait fait fondre la glace présente dans le sol qui se serait déposée sous forme de boue fluide.


EVOLUTION CLIMATIQUE

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CAUSES

• Augmentation de la température par contraction et radioactivité

• Dégazage des matériaux en fusion

• Refroidissement rapide du sol dûà un ratio surface/volume élevé.

• Effet de serre CO²

• Activité tectonique et volcanique

• Cataclysme planétaire

Bombardement de météores, astéroïdes

• Vent solaire

EFFETS

⇒ Noyau fer et nickel à 2 000°Réduction à 82% de l’anhydre de Fer

⇒ Génération de l’atmosphère CO² SO² CH‘ Vapeur d’eau Pression de l'ordre de 150 milli Bar

⇒ Formation de la croûte 20 à 80 km Dichotomie martienne

⇒ Température au-dessus de 0°Rivières, lacs, océans ?

⇒ Formation du dôme Tharsis et des failles (Valles Marineris)

⇒ Formation de grands bassins (Hellas), des centaines de cratères

Disparition de l’effet dynamo par transfor- mation de l’énergie cinétique des météores Perte de la magnétosphère

⇒ Faible pression atmosphérique Erosion sur des milliards d’années Génération de vallées ramifiées



CAUSES

• Dissolution du gaz carbonique

• Cryosphere

• Forte activité volcanique

• Instabilité de l’axe polaire

Théorie du chaos : 11° à 60° d'inclinaison

EFFETS

⇒ Baisse de température Condensation des éléments les moins volatils

Effet de serre atténué. Gel de l’eau

⇒ Formation de couches souterraines superposées de glace et d' eau liquide Vallées ramifiées

⇒ Formation des hauts volcans (Mons Olympus), Enormes inondations par la fonte des glaces : 1 km3 /s = formation des vallées de débâcle

Acide sulfurique dans l’eau

⇒ Changement climatique Planète aride inactive

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Mars est une planète fascinante pour les scientifiques en raison des similitudes qu'elle présente avec la Terre.

Son étude nous renseigne sur les évolutions possibles de notre propre planète, d'où l'intérêt d'approfondir nos connaissances de la planète rouge

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