En bref
Le Japon envoie une mission vers les deux petites lunes de Mars pour découvrir comment elles se sont formées. Le vaisseau étudiera Phobos, y déposera un petit robot et rapportera un peu de sol sur Terre en 2031. Ces découvertes pourraient expliquer si les lunes sont des astéroïdes capturés par Mars ou les restes d’un ancien choc géant.
Deux petits mondes, de grandes questions
Lancée le 19 octobre, la mission japonaise Martian Moons eXploration, ou MMX, a un programme inhabituel : s’approcher de Phobos, déposer un robot à sa surface, en prélever un peu de sol et rapporter cet échantillon sur Terre. L’enjeu dépasse la visite de deux mondes qu’aucun robot n’a encore explorés. La mission cherche surtout à comprendre comment ces lunes se sont formées et pourquoi leurs orbites autour de Mars sont si différentes, malgré leur petite taille.
Mars possède deux lunes de forme irrégulière, découvertes en 1877. Les sondes qui les ont survolées et photographiées au fil des décennies n’ont pas dissipé le mystère de leur origine. Phobos, la plus grande, est un corps irrégulier d’environ 26 kilomètres de long ; Deimos mesure près de 16 kilomètres. Modestes par rapport aux planètes, ces lunes sont pourtant essentielles pour comprendre l’histoire de Mars et des objets qui l’entourent.
La mission MMX est menée par l’agence spatiale japonaise JAXA. Le voyage vers Mars devrait durer environ un an. Une fois arrivée, la sonde se placera sur une orbite autour de la planète, d’où elle pourra s’approcher de Phobos et l’observer. Elle étudiera la forme de sa surface et en dressera des cartes afin de repérer des sites adaptés à un atterrissage. Deimos, lui, sera observé de temps à autre depuis une plus grande distance.
Choisir un endroit où se poser en sécurité est loin d’être un détail. Le terrain de Phobos est accidenté et sa gravité extrêmement faible : l’atterrissage comme les opérations au sol demandent donc une préparation minutieuse. Après que les ingénieurs auront sélectionné le site depuis la Terre, la sonde larguera un petit robot pour explorer la surface. Puis la sonde principale se posera à son tour afin de prélever des matériaux. L’échantillon doit être rapporté sur Terre en 2031, où il pourra être analysé à l’aide d’instruments trop encombrants pour être envoyés dans l’espace.
Un petit robot dans un environnement étrange
La mission emporte un robot baptisé Idéfix, du nom du petit chien des bandes dessinées françaises Astérix. Il a été conçu en coopération par le Centre national d’études spatiales (CNES) et le Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), le centre allemand pour l’aéronautique et l’astronautique. Il pèse environ 24 kilogrammes sur Terre, soit à peu près autant qu’une grosse boîte à chaussures. Une fois ses panneaux solaires déployés, il mesure toutefois un peu plus d’un mètre de long.
Si son déploiement réussit, Idéfix sera le premier robot à roues à explorer un corps céleste aussi petit. La manœuvre commencera lorsque la sonde aura ralenti et se maintiendra à une altitude comprise entre 40 et 100 mètres au-dessus de Phobos. Elle larguera alors le robot, qui descendra sous l’effet de la faible gravité de la lune : celle-ci n’atteint qu’environ 1/1 000 de la gravité terrestre. Même depuis cette faible hauteur, la descente pourrait durer plusieurs minutes.
Le contact avec le sol devrait se faire à moins d’un mètre par seconde, soit à peu près à la vitesse de marche d’un être humain. Mais une arrivée lente ne garantit pas le succès : il est impossible de contrôler parfaitement la façon dont le robot se posera. Son système de déplacement est donc conçu pour le remettre à l’endroit, quelle que soit son orientation à l’arrivée. Il pourra ainsi s’appuyer sur ses roues et se mettre en route.
La gravité de Phobos donne une idée de l’étrangeté du lieu où le robot devra travailler. Il n’y pèsera qu’environ 15 grammes, soit près d’une demi-once, alors qu’un moineau sur Terre pèse à peu près deux fois plus. Sa mission ne consistera pas seulement à prendre de belles photos : il mesurera la température du sol et en étudiera les minéraux, tout en photographiant les traces laissées par ses roues. Ces marques pourraient révéler si les grains du sol sont gros ou fins et s’ils sont bien agglomérés, autant d’indices sur la nature des matériaux qui recouvrent la lune.
Un sol réduit en poussière, mémoire des impacts
La sonde doit recueillir du régolithe, c’est-à-dire la couche meuble de roches et de grains produite par les impacts de météorites et les variations de température. À première vue, cette couverture ressemble à de la poussière. Pourtant, elle conserve des indices sur les transformations subies par Phobos. L’étude de la taille et de la cohésion des grains, puis l’analyse d’un échantillon sur Terre, aideront à comprendre l’évolution de la surface et à déterminer si la lune est un bloc rocheux solide ou un assemblage de fragments.
Phobos est moins dense qu’un bloc de roche compacte ne le serait. Il pourrait donc être constitué, au moins en partie, d’un amas de débris : de nombreux morceaux rapprochés qui tiennent ensemble sous l’effet de la gravité. Beaucoup de petits astéroïdes présentent une structure de ce genre, mais on ne sait pas encore exactement comment ils se forment. Une explication possible est qu’un choc puissant a brisé un corps rocheux sans disperser complètement ses fragments. Ceux-ci se seraient ensuite rassemblés de nouveau sous l’effet de la gravité.
Si Phobos s’est formé de cette manière, les mesures de sa surface et de sa structure permettront aux scientifiques de tester leurs idées sur l’évolution des petits corps après une collision. La mission ne cherchera pas seulement à savoir de quoi est fait le sol : ses données aideront aussi à déterminer si la lune s’est partiellement désagrégée avant de se reformer, et à comprendre comment ce processus a influencé sa forme et sa densité.
Mars a-t-elle capturé deux astéroïdes ?
Mars se trouve près du bord intérieur de la principale ceinture d’astéroïdes. Une hypothèse veut donc que Phobos et Deimos soient des astéroïdes qui se sont approchés de la planète avant d’être retenus par sa gravité. Le fait que leur composition ressemble à celle de types courants d’astéroïdes va dans le sens de cette idée. Mais cette ressemblance ne résout pas le problème de fond : transformer un objet de passage en satellite en orbite autour d’une planète n’a rien de simple.
Pour que Mars retienne un astéroïde qui passe à proximité, celui-ci doit perdre une grande partie de sa vitesse. Un scénario envisage qu’il traverse l’atmosphère supérieure de Mars en suivant une trajectoire particulièrement favorable. Il ralentirait alors juste assez pour être capturé, sans tomber sur la planète ni repartir dans l’espace. Un tel concours de circonstances n’est pas impossible, mais il rend la capture directe difficile à expliquer.
La capture serait peut-être plus facile si l’objet qui s’approche était une paire d’astéroïdes en orbite l’un autour de l’autre. Mars pourrait alors retenir l’un des deux, tandis que son compagnon s’éloignerait en emportant une partie de l’énergie excédentaire. Cela ne signifie pas pour autant que les deux lunes ont nécessairement été capturées ensemble : leurs orbites sont très différentes. Phobos tourne à environ 6 000 kilomètres au-dessus de la surface de Mars, tandis que Deimos se trouve à un peu plus de 20 000 kilomètres de la surface. Même si ce scénario est juste, il faudrait donc probablement envisager deux captures distinctes.
La forme des orbites pose une autre difficulté. Les deux lunes suivent des trajectoires presque circulaires au-dessus de l’équateur de Mars, alors qu’un astéroïde récemment capturé devrait plutôt avoir une orbite plus allongée et inclinée. En théorie, les frottements dans l’atmosphère et les forces de marée exercées par Mars pourraient arrondir progressivement ces trajectoires. Mais le processus serait extrêmement lent et pourrait prendre des milliards d’années. La question reste donc entière : Deimos a-t-il eu assez de temps pour atteindre ainsi son orbite actuelle ?
La trace d’un ancien impact… ou d’une lune détruite
Une autre hypothèse relie les deux lunes à un événement survenu sur Mars. L’impact d’un gros astéroïde aurait pu projeter des roches dans l’espace, lesquelles se seraient ensuite regroupées pour former des lunes. La Terre offre un exemple proche de ce scénario : on pense que sa Lune s’est formée après la collision de la jeune Terre avec un corps de la taille de Mars. L’impact aurait envoyé d’immenses quantités de roche dans l’espace, avant que les débris ne se rassemblent en orbite autour de notre planète.
Certains indices suggèrent que la composition des lunes de Mars présente des ressemblances avec celle de la planète rouge, ce qui rend plausible l’idée d’une origine commune. Mais si les deux lunes proviennent du même impact, pourquoi leurs orbites sont-elles si différentes ? Plusieurs corps ont peut-être été formés autour de Mars lors de cet événement, et seuls Phobos et Deimos auraient survécu. D’autres explications restent possibles. Les images de la surface ne suffisent pas toujours à reconstituer l’histoire de leur formation.
Une hypothèse plus récente propose un scénario différent : une seule lune se serait d’abord formée, en même temps que Mars ou à la suite d’un impact ultérieur, puis aurait été brisée par une collision. Les deux lunes actuelles seraient les fragments qui ont survécu. Cette idée pourrait expliquer à la fois leurs orbites circulaires au-dessus de l’équateur et la différence de leur altitude par rapport à Mars. Mais elle reste une hypothèse : des échantillons et des mesures directes seront indispensables pour la vérifier.
Une mission qui tire les leçons des échecs passés
La tentative d’atteindre Phobos n’est pas une première. Les missions soviétiques Phobos 1 et Phobos 2 ont échoué, tout comme la mission russo-chinoise Phobos-Grunt, qui n’a pas réussi à atteindre sa destination. D’autres missions à destination de Mars ont également connu des échecs. Dans le milieu spatial, une plaisanterie évoque même un monstre imaginaire qui dévorerait les sondes avant leur arrivée. La boutade ne change rien à la réalité : envoyer un engin vers Mars ou l’une de ses lunes exige une longue succession de manœuvres précises.
La cible elle-même rend la tâche particulièrement difficile. Phobos est petit et sa gravité est infime. S’approcher de sa surface, s’y poser, prélever un échantillon puis redécoller sont autant d’étapes liées les unes aux autres. La réussite de chacune dépend de la précédente, depuis le choix du site jusqu’à la vérification que le robot a atterri dans une position lui permettant de fonctionner. MMX combine donc l’observation depuis l’orbite, l’exploration avec un robot et le retour de matériaux sur Terre, plutôt que de se limiter à un survol rapide ou à des images prises de loin.
Conclusion
La mission MMX veut éclaircir l’histoire encore mystérieuse de Phobos et de Deimos grâce aux observations. La sonde s’approchera de Phobos, en cartographiera la surface et y déploiera le robot Idéfix, qui pèse 24 kilogrammes. Elle recueillera ensuite un échantillon qui doit arriver sur Terre en 2031, tandis qu’elle observera également Deimos. Ces mesures sont importantes parce que plusieurs explications restent en concurrence : les lunes pourraient être des astéroïdes capturés, des débris projetés par un impact sur Mars ou les restes d’une lune plus ancienne détruite. Un petit échantillon ne répondra peut-être pas à toutes les questions, mais il fournira aux scientifiques des matériaux à analyser directement et ouvrira de nouvelles pistes pour comprendre l’histoire des deux lunes et des petits corps rocheux.