Une ancienne lune serait la solution de l'énigme de la forme de Mars

Peu en sont sans doute conscients, mais il y a 50 ans, notre connaissance de la planète Mars a fait un premier bond de géant quand la sonde spatiale de la Nasa Mariner 9 s'est mise en orbite pour la première fois autour de la Planète rouge au début des années 1970.  En fait, Mariner 9 était même la première sonde spatiale placée en orbite autour d'une planète autre que la Terre, notre Lune n'étant pas considérée comme une planète comme les huit autres du Système solaire, justement parce qu'elle est satellite de notre Planète bleue.

Entamant sa mission le 2 janvier 1972, Mariner 9 a alors permis pour la première fois de cartographier l'ensemble de la surface de Mars, révélant des vues détaillées de ses volcansvolcans, du mythique canyon de Valles Marineris ainsi que des calottes polairescalottes polaires martiennes et des satellites naturels de Mars, PhobosPhobos et Déimos.

Mariner 9 révèle également à cette occasion la figure triaxiale de Mars et son champ de gravité. Cette figure apparait comme étonnante. La figure d'équilibre de la Terre sous l'action de son champ de gravitationgravitation et de la force centrifugeforce centrifuge, due à sa rotation propre, est celle d'un ellipsoïde de rotation, une sphère aplatie biaxiale par conséquent. Mais dans le cas de Mars, sa forme fait plus penser à un ballonballon de rugby.

Il existe depuis NewtonNewton toute une théorie des figures d'équilibre possible de corps planétaire, mais dans le cas de la figure triaxiale de la Planète rouge, une explication fascinante vient tout juste d'être proposée dans un article en accès libre sur arXiv et qui a été envoyée pour demander une publication dans Journal of Geophysical Research: Planets mais n'a pas encore été évaluée par des pairs. On la doit à un astronomeastronome états-unien d'origine russe : Michael Efroimsky.

Un sphéroïde asymétrique avec trois axes

La figure triaxiale se manifeste notamment par l'existence du dôme de Tharsis, un vaste soulèvement volcanique d'environ 5 500 kilomètres de diamètre et s'élevant de 4 à 8 kilomètres au-dessus du niveau de référence. Signalons au passage que sa définition est plus problématique que dans le cas du géoïdegéoïde terrestre qui permet l'établissement d'un référentielréférentiel dans lequel on peut définir les altitudes et les coordonnées sur Mars. La finalisation de ce référentiel est intervenue au début du XXI^e siècle à partir des relevés altimétriques du Mars OrbiterOrbiter LaserLaser Altimeter (Mola) de la sonde Mars Global Surveyor, bien qu'elle ait commencé dès le début des années 1970. En l'absence d'étendue liquideliquide susceptible de définir une surface équipotentielle globale dans le champ de gravité martien comme on l'a fait avec les océans sur Terre, le niveau 0 des altitudes martiennes a dû être défini conventionnellement.

Toujours est-il que le dôme de Tharsis supporte les quatre plus gros édifices volcaniques martiens, à savoir Olympus Mons et les trois volcans formant Tharsis Montes. Presque symétriquement de l'autre côté de la planète, on trouve un haut plateau volcanique du nom de Syrtis Major PlanumPlanum. Ces structures se sont formées il y a des milliards d'années.

Selon Efroimsky, si Mars est un sphéroïde asymétriqueasymétrique avec trois axes, ce serait parce qu'elle possédait autrefois une lune bien plus massive que Phobos et DeimosDeimos, mais avec une taille de moins d'un tiers de celle de Mars, créée au début de la formation du Système solaire ou capturée un peu plus tard.

Cette mosaïque globale de 102 images de Mars prises par Viking 1 Orbiter en orbite autour de Mars, le 22 février 1980 montre Valles Marineris déchirant l'est du renflement de Tharsis avec, au centre, les plateaux de Syria, Solis et Thaumasia et, à l'ouest, les trois volcans de Tharsis Montes. Les images sont projetées en perspective ponctuelle, représentant ce qu'un observateur verrait depuis un vaisseau spatial à une altitude de 2 500 km. Au centre, se trouve Valles Marineris, long de plus de 3 000 km et profond de 8 km. Notez les canaux qui remontent (au nord) depuis les parties centrale et orientale de Valles Marineris jusqu'à la zone sombre, Acidalic Planitia, en haut à droite. © Nasa

Des instabilités convectives amplifiées par les forces de marée

Mars était alors plus chaude qu'aujourd'hui du fait de sa formation par accrétionaccrétion, l'énergieénergie gravitationnelle mise en jeu par ce phénomène ayant été convertie en chaleurchaleur lors d'impact, mais aussi parce qu'elle contenait alors plus d'éléments radioactifs produisant également de la chaleur en se désintégrant.

Cela a eu pour conséquence de rendre la Planète rouge plus plastiqueplastique et déformable qu'aujourd'hui, de sorte que la lune supposée par Efroimsky -- et qu'il a baptisée Nerio en référence, dans l'ancienne religion romaine, à une divinité guerrière qui était la partenaire du dieu Mars dans d'anciennes pratiques cultuelles -- étant en plus en rotation synchronesynchrone autour de Mars, aurait, par ses forces de maréeforces de marée, donné un début de forme triaxiale de Mars, son axe le plus long étant aligné avec Nerio.

Ensuite, en raison de ce début de forme, le manteaumanteau de Mars serait devenu convectivement plus instable sous les régions qui vont finalement devenir les grands plateaux volcaniques dont on a parlé précédemment.

Il faut bien avouer cependant qu'il reste, pour accréditer un peu plus ce scénario, à définir ce qu'il est advenu de cette lune. Il ne semble pas y avoir de grand cratère d'impact sur Mars qui en serait la conséquence. On sait bien toutefois que d'ici quelques dizaines de millions d'années, les forces de marée de Mars détruiront Phobos qui se rapproche lentement, mais surement de la Planète rouge.

Figure de l’astrophysique théorique du XX^e siècle, Subrahmanyan Chandrasekhar a laissé sa marque aussi bien dans la physique des étoiles que des galaxies et des trous noirs. © University of Chicago