Phobos : la lune martienne condamnée

La lune martienne Phobos orbite à seulement quelques milliers de kilomètres au-dessus de la surface de la planète rouge. Sa proximité avec sa planète est l’une des raisons pour lesquelles les astronomes étaient incapables de voir le satellite jusqu’à la fin du 19e siècle. En fait, la lune se rapproche de Mars au fil des siècles, et finira par se disloquer ou être attirée par la surface martienne.

Découverte et nom
Au début du XVIIe siècle, l’astronome allemand Johannes Kepler propose que Mars puisse abriter deux lunes, étant donné qu’elle se situe entre la Terre et Jupiter, qui sont connues pour avoir un et quatre satellites. Aucune preuve de l’existence de telles lunes n’a pu être trouvée. Bien que la plupart des gens pensaient que Mars n’avait pas de lunes, l’astronome américain Asaph Hall a réalisé une étude méthodique depuis l’Observatoire naval des États-Unis à Washington, D.C., en cherchant plus près de la planète que les études précédentes.

Après avoir cherché sans succès, un Hall frustré était sur le point d’abandonner, mais sa femme, Angelina, l’a exhorté à continuer. La nuit suivante, le 12 août 1877, il découvre la lune qui sera plus tard connue sous le nom de Deimos. Six jours plus tard, il trouve également Phobos. Les deux lunes étaient si proches de la planète qu’elles étaient cachées par les reflets de Mars. De la taille d’un astéroïde, elles sont également deux des plus petites lunes du système solaire, la plus grande Phobos étant 7,24 fois plus massive que son compagnon, Deimos.

Dans la mythologie grecque, Phobos était l’un des fils du dieu de la guerre Arès (Mars pour les Romains). Les fils jumeaux assistaient leur père au combat. Phobos signifie peur (comme dans phobie), tandis que Deimos signifie fuite (notamment dans le sens de fuir après une défaite), selon la NASA.

L’exploration des lunes
Au fur et à mesure de l’exploration, les scientifiques ont pu obtenir davantage d’informations sur les satellites qui tournent autour de Mars. Les orbiteurs Viking sont passés à la fin des années 1970. La mission soviétique Phobos 2, le Mars Global Surveyor de la NASA et le Mars Express européen ont tous fourni de nouveaux indices sur ces deux étranges lunes. Les rovers de la surface de la planète ont même participé à l’enquête, Spirit, Opportunity et Curiosity fournissant tous des images depuis le sol. La mission MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) de la NASA a également pris des images de la lune pour tenter d’en savoir plus sur la composition de Phobos.

En 2011, la Russie a tenté d’envoyer une mission vers la lune martienne appelée Phobos-Grunt, qui était censée revenir sur Terre en 2014 avec un petit échantillon de la lune. Le vaisseau spatial a toutefois été abandonné en orbite terrestre en raison de problèmes avec sa fusée. Phobos-Grunt est retombé sur Terre au début de 2012 et s’est écrasé dans l’océan Pacifique.

La NASA n’en a peut-être pas encore fini avec Phobos. L’agence spatiale envisage la mission Phobos Surveyor, qui déploierait de petites sondes en forme de hérisson à la surface de la lune. Cette mission est financée dans le cadre du programme Innovative Advanced Concepts de la NASA, qui étudie des concepts dont le vol pourrait être éloigné de plusieurs décennies.

En 2024, l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) prévoit de lancer la mission MMX (Mars Moons eXploration) pour visiter Phobos et Deimos. MMX se posera sur la surface de Phobos et collectera des échantillons qui seront renvoyés sur Terre en 2029.

« Comprendre comment Phobos et Deimos se sont formés est un objectif de la communauté scientifique planétaire depuis de nombreuses années », a déclaré David Lawrence, de l’Applied Physics Laboratory, dans un communiqué. Lawrence dirige l’équipe chargée de développer l’un des instruments de MMX.

En 2016, une mission d’orbiteur martien à faible coût appelée PADME (Phobos And Deimos and Mars Environment) a été proposée pour visiter les lunes. L’un de ses principaux objectifs est de caractériser l’origine de Deimos et Phobos – s’ils ont été créés en même temps que Mars, ou capturés depuis la ceinture d’astéroïdes, ou ailleurs. PADME a concouru dans le cadre du programme Discovery de la NASA, mais a perdu face aux missions Psyche et Lucy, destinées à visiter des astéroïdes.

Certains partisans des vols spatiaux habités ont également suggéré que la NASA fasse atterrir des personnes sur Phobos avant Mars ; la NASA espère y envoyer une mission humaine d’ici les années 2030. Mais les futurs explorateurs pourraient subir un choc. De puissantes éruptions solaires pourraient charger des régions de la lune martienne à des centaines de volts, ce qui pourrait affecter les équipements électroniques.

« Nous avons constaté que les astronautes ou les rovers pouvaient accumuler des charges électriques importantes lorsqu’ils traversent la face nocturne de Phobos – la face qui fait face à Mars pendant le jour martien », a déclaré William Farrell du Goddard Space Flight Center de la NASA, à Greenbelt, dans le Maryland.

« Bien que nous ne nous attendions pas à ce que ces charges soient suffisamment grandes pour blesser un astronaute, elles sont potentiellement assez grandes pour affecter des équipements sensibles, nous devrions donc concevoir des combinaisons spatiales et des équipements qui minimisent tout risque de charge. »

Formation et composition
L’examen de Phobos et de son compagnon a révélé plus que leurs formes étranges et non sphériques. Les deux lunes sont de couleur gris foncé et fortement cratérisées. Les lunes sont parmi les objets les plus sombres et les moins réfléchissants du système solaire.

Après avoir observé le couple, les scientifiques ont conclu qu’il était composé d’un matériau similaire aux chondrites carbonées de type I ou II, le matériau qui compose les astéroïdes et les planètes naines. Leur composition et leur forme étrange ont amené certains scientifiques à conclure que Phobos et Deimos provenaient de la ceinture d’astéroïdes et que la gravité de Jupiter les avait mis en orbite autour de Mars.

Cependant, les scientifiques ne sont pas certains que la ceinture d’astéroïdes soit à l’origine de la naissance des lunes. Les deux ont une orbite presque circulaire inhabituelle pour des objets capturés. La fine atmosphère de Mars aurait du mal à fournir le freinage nécessaire pour placer les deux lunes sur leur orbite actuelle. De même, les lunes ne sont pas aussi denses que les objets de la ceinture d’astéroïdes.

Au lieu de cela, les lunes peuvent s’être formées comme des satellites autour de Mars, la poussière et la roche étant attirées ensemble par la gravité.

Une naissance plus violente a pu se produire par collision. Un gros impacteur s’écrasant sur la planète rouge a pu envoyer des morceaux dans l’air, où la gravité les a rassemblés. Une lune existante pourrait également avoir été détruite, créant les débris qui ont ensuite formé Phobos et Deimos.

Une proposition récente combine les deux dernières possibilités. Selon les chercheurs, une collision a autrefois dispersé des débris dans un anneau autour de Mars. Lorsque Phobos s’approchera de la planète rouge, elle sera à nouveau déchirée en un anneau, prédisent les scientifiques.

« Résoudre l’énigme de la formation des lunes de Mars nous aidera à mieux comprendre comment les planètes se sont formées autour de notre soleil et, à leur tour, autour d’autres étoiles », a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé du Science Mission Directorate (SMD) de la NASA, dans un communiqué.

Se déplaçant à seulement 6 000 kilomètres au-dessus de la surface martienne, Phobos fait le tour de la planète rouge trois fois par jour. Traversant le ciel en quatre heures environ, la lune semble se lever à l’ouest et se coucher à l’est.

De nombreux films de science-fiction mettent en scène de grandes lunes dominant les cieux étrangers, mais malgré sa proximité avec sa planète, Phobos n’est qu’un tiers de la largeur de la pleine lune vue de la Terre. En revanche, Mars domine l’horizon de Phobos, occupant un quart du ciel.

Condamné
Mais Phobos ne va pas tourner éternellement autour de Mars. La lune condamnée s’enfonce en spirale vers l’intérieur à un rythme de 1,8 centimètre (sept dixièmes de pouce) par an, soit 1,8 mètre (environ 6 pieds) par siècle. D’ici 50 millions d’années, la lune entrera en collision avec sa planète mère ou sera réduite en miettes et dispersée en un anneau autour de Mars.

Les caractéristiques inhabituelles de Phobos, notamment son orbite décroissante, ont conduit certains scientifiques dans les années 1950 et 1960 à conclure qu’elle était artificielle. L’un des principaux partisans de cette hypothèse était le conseiller scientifique du président Dwight D. Eisenhower. Un examen plus approfondi a révélé que la lune ressemble plus à un tas de gravats qu’à un satellite artificiel, et les images renvoyées par les vaisseaux en orbite montrent qu’elle s’est formée dans la nature.

À la surface
Phobos, la plus grande des deux lunes, a un diamètre de 17 km sur 22 et 18 km. La surface est couverte d’une poudre poussiéreuse de 1 mètre d’épaisseur, probablement causée par le bombardement de météorites.

Un grand cratère d’impact domine la lune. S’étendant sur près de 9,5 km, le cratère Stickney couvre la majeure partie de la surface. L’impact qui l’a formé a probablement provoqué de nombreux impacts secondaires, les roches s’envolant et retombant sur Phobos. Le cratère porte le nom de jeune fille de l’épouse encourageante de Hall.

La lune est marquée par de longues rainures. En 2015, une étude dirigée par la NASA a suggéré que les rainures sur Phobos sont en fait des signes précoces de la rupture de la lune en raison des contraintes de marée induites par la gravité de Mars.

« Nous pensons que Phobos a déjà commencé à s’effondrer, et le premier signe de cet effondrement est la production de ces rainures », a déclaré dans un communiqué Terry Hurford, assistant de recherche au Goddard Space Flight Center de la NASA dans le Maryland, qui a dirigé une étude sur les vergetures.

Selon une autre théorie, les rainures pourraient être les vestiges d’un énorme impact qui a laissé derrière lui le cratère Stickney, mais les rainures ne sont pas centrées sur ce cratère. Une autre explication est que les rainures de la lune pourraient provenir de matériaux déplacés de Mars qui frappent la surface de Phobos, ce qui a été épousé dans une étude de l’Open University publiée en 2014.

Les températures varient sur Phobos, atteignant des sommets de 25 degrés Fahrenheit (moins 4 degrés Celsius) pendant la journée, tandis que les nuits peuvent être aussi froides que moins 170 degrés F (moins 112 degrés C).

La lune est si petite qu’une personne de 150 livres debout à sa surface ne pèserait que deux onces.

Faits concernant Phobos :
Rayon de la lune : 11,1 km (6,9 miles)
Axe semi-majeur autour de Mars (distance du centre de la planète) : 5,826 miles (9,376 km)
Approche la plus proche : 9 234 km (5 738 miles)
Approche la plus éloignée : 5,914 miles (9,518 km)
Excentricité de l’orbite : 0.0151
Inclinaison de l’orbite : 1,075 degrés
Temps nécessaire pour effectuer une orbite : 7,65 heures
Masse : 1,0659 x 1016 kg
Densité : 1,872 g/cm3
Gravité à la surface : 0,0057 m/s2
Vitesse d’échappement : 41 km/h (25 mph)