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Mars captive les observateurs depuis des siècles, depuis les premières observations à l'œil nu jusqu'aux premiers aperçus télescopiques au XVIIe siècle. Alors que les premiers télescopes n'offraient que des vues rudimentaires, des astronomes comme Huygens et Cassini ont progressivement résolu davantage de détails de surface. À la fin des années 1800, l’astronome italien Giovanni Schiaparelli a rapporté avoir observé de vastes « canaux » droits sur Mars – plus tard traduits à tort par « canaux » en anglais – ce qui a suscité des spéculations sur la vie intelligente et l’eau qui coule. Cependant, des observations ultérieures avec des ouvertures plus grandes n'ont pas réussi à confirmer ces caractéristiques et l'idée de canaux d'eau de surface a été largement abandonnée au milieu du XXe siècle.
Cette perception a radicalement changé lorsque la sonde spatiale Mariner9 de la NASA a orbité autour de Mars en 1971, révélant des réseaux de vallées et des formations géologiques qui ressemblent beaucoup aux vallées fluviales et aux systèmes de canyons de la Terre. Les images de Mariner9 ont fourni la première preuve concrète que Mars abritait autrefois un climat plus complexe et plus humide que ne le suggère l'environnement poussiéreux actuel.
Comme Mars ne dispose pas de plaques tectoniques, sa surface conserve un enregistrement presque complet de l’environnement ancien de la planète, offrant ainsi une fenêtre unique sur son climat primitif. La première ère reconnue – la période noachienne, s’étendant il y a environ 4,0 à 3,5 milliards d’années – présente de vastes réseaux de vallées qui se sont presque certainement formés sous l’écoulement de l’eau liquide. Cette preuve, combinée à d'autres marqueurs géologiques, indique que Mars maintenait autrefois une atmosphère capable de supporter de l'eau liquide.
Le débat demeure sur la nature exacte de ce climat primitif. Certains chercheurs soutiennent que Mars était un monde froid avec une eau équatoriale limitée, tandis que d'autres proposent un environnement plus chaud et plus humide qui aurait pu abriter un océan de l'hémisphère nord. Les études en cours continuent d'affiner ces modèles.
[Image présentée par ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org) via Wikimedia Commons | Recadré, mis à l'échelle et mis en miroir | CC BY 4.0]
Un événement crucial qui a mis Mars sur sa trajectoire vers le monde aride qu’elle est aujourd’hui a été le refroidissement de son noyau métallique, qui a éteint sa magnétosphère. La taille relativement petite de Mars et sa distance au Soleil signifiaient qu'elle ne pouvait pas maintenir la convection centrale nécessaire pour générer un champ magnétique planétaire.
Selon une étude de 2021 publiée dans Science Advances , cette perte s'est produite au début de la période noachienne, mais son plein impact s'est déroulé sur des milliards d'années. Une magnétosphère protège l’atmosphère d’une planète de l’érosion éolienne solaire, tout comme le champ terrestre nous protège des éruptions solaires. Sans cela, l’enveloppe de dioxyde de carbone de Mars aurait été évacuée dans l’espace ou séquestrée sous forme de minéraux carbonatés à la surface.
La perte atmosphérique a provoqué une baisse progressive de la pression et de la température à la surface. À mesure que les températures baissaient, les eaux de surface gelaient; sans pression atmosphérique, toute eau liquide restante aurait bouillie ou sublimée. Ces processus persistent aujourd'hui, Mars perdant jusqu'à 3 kg de masse atmosphérique par seconde.
L'époque hespérienne ultérieure est marquée par une activité volcanique accrue et une réduction des impacts de météorites. Le volcanisme recouvrait environ 30 % de la surface, tandis que le dioxyde de soufre émis acidifiait les eaux de surface restantes.
Malgré un climat plus froid, des traces d'eau courante subsistent. Une grande partie de l'eau de la planète était stockée sous terre sous une pression immense, mais des rejets épisodiques ont produit des écoulements cataclysmiques - estimés à plus de 1 000 fois le volume du fleuve Mississippi - qui ont creusé de profonds canaux.
La question de savoir si ces inondations ont généré un océan hespérien transitoire qui a ensuite gelé reste controversée. Certains scientifiques affirment que les flux sortants auraient pu former un océan de courte durée, tandis que d'autres soutiennent que le volume était insuffisant pour remplir un bassin mondial. Un article de 2022 dans le Journal of Geophysical Research :Planets suggère une activité semblable à celle d'un tsunami dans un tel océan, bien que cette hypothèse soit encore débattue.
Aujourd’hui, Mars réside dans la période amazonienne, une ère géologiquement calme qui a duré près de 3 milliards d’années. Le climat est dominé par des variations de température prononcées entre l'été et l'hiver, entraînant trois cycles saisonniers.
Le cycle du dioxyde de carbone régit la sublimation et le dépôt de glace CO₂ au niveau des calottes polaires, tandis que le cycle de la poussière module les températures mondiales en absorbant le rayonnement solaire diurne et en rayonnant de la chaleur la nuit. Les vents chargés de poussière remuent davantage les particules en suspension dans l'air, amplifiant les effets du cycle de la poussière.
En termes d’exploration future, le cycle de l’eau reste crucial. Bien que Mars soit aride, elle abrite une quantité importante de glace, principalement sous terre et au pôle Nord. Si cette glace fondait uniformément, elle pourrait former un océan de 300 à 5 000 pieds de profondeur, susceptible de soutenir une activité humaine soutenue.