Phobos (lune)

Phobos, ou Mars I (en dénomination systématique), est le plus grand des deux satellites naturels de Mars (l'autre étant Déimos). Des deux, il est le plus proche de la planète.

Pour les articles homonymes, voir Phobos.

Phobos
Mars I

Vue de Phobos par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter.
Type Satellite naturel de Mars
Caractéristiques orbitales
(Époque J2000.0)
Demi-grand axe 9 377,1 km
Excentricité 0,015 1
Période de révolution 0,319 d
(7 h 39 min)
Inclinaison 1,075°
Caractéristiques physiques
Dimensions 26,8 × 22,4 × 18,4 km[1]
Masse 1,072×1016 kg
Masse volumique moyenne 1,85 × 103 kg/m3
Gravité à la surface 0,005 m/s2
Albédo moyen 0,07
Température de surface ~ 233 K
Caractéristiques de l'atmosphère
Pression atmosphérique Pas d'atmosphère
Découverte
Découvreur Asaph Hall
Date de la découverte 18 août 1877
Désignation(s)

Étymologie et toponymie

Le nom donné à ce satellite est celui de Phobos, un personnage de la mythologie grecque. Phobos et Déimos sont les jumeaux que le dieu Arès (Mars pour les Romains) eut de la déesse Aphrodite (Vénus pour les Romains). En grec classique les noms communs φόβος / phóbos et δειμός / deimós signifient tous deux « peur, terreur »[alpha 1].

Les formations géologiques de Phobos sont nommées d'après les astronomes qui ont étudié le satellite, ainsi que d'après des personnages et des lieux des Voyages de Gulliver de Jonathan Swift[4]. Plusieurs cratères ont été nommés[5], ainsi qu'une dorsale, Kepler Dorsum, d'après l'astronome Johannes Kepler[6].

Caractéristiques physiques

Généralités
Photo de la sonde Viking 1 de la surface de Phobos prise en 1977.

Phobos est un corps très irrégulier, de dimensions 27 × 21,6 × 18,8 km, bien trop peu massif pour être en équilibre hydrostatique et donc pour avoir pris une forme quasi sphérique. Du fait de sa forme mais surtout de sa vitesse de rotation et de sa proximité avec Mars, la gravité ressentie à sa surface varie d'environ 210 % suivant l'endroit où elle est mesurée[7].

Phobos est un corps sombre qui semble être composé de chondrite carbonée[8], une composition similaire à celle des astéroïdes de type C dans la ceinture d'astéroïdes externe[9]. Cependant, la masse volumique de Phobos est trop faible pour qu'il soit intégralement composé de roche et il possède une porosité significative[10],[11],[12]. Il a été suggéré que Phobos pourrait contenir un réservoir de glace substantiel, mais des observations spectrales ont écarté cette hypothèse[13].

La sonde soviétique Phobos 2 détecta que des gaz s'échappaient de Phobos en quantité faible mais régulière[14]. Malheureusement, la sonde tomba en panne avant d'avoir pu déterminer la nature de ce gaz.

En 1989, cette sonde Phobos 2 a été insérée sur une orbite de quasi-satellite par rapport à Phobos[15].

Des images provenant de Mars Global Surveyor montrent que Phobos est recouvert d'une couche de régolithe d'au moins 100 m d'épaisseur ; on pense qu'il provient d'impacts avec d'autres corps, mais on ignore comment il peut adhérer à un objet ne possédant quasiment pas de gravité[16]; peut-être l'adhérence est-elle électrostatique[17].

Au cours de l'été 2008, la sonde Mars Express a permis de préciser quelques caractéristiques de Phobos, dont la masse et la densité[18].

Caractéristiques géologiques
Le cratère Stickney.

De nombreux cratères sont présents à la surface de Phobos. Le plus grand de ces cratères est nommé « Stickney », du nom de jeune fille de l'épouse d'Asaph Hall. Comme le cratère Herschel sur Mimas, mais à une échelle plus petite, l'impact qui a créé le cratère Stickney aurait peut-être pu briser Phobos[19].

Des sillons s'étendent à la surface de Phobos, mesurant typiquement moins de 30 m de profondeur, 100 à 200 m de largeur et jusqu'à 20 km de long. Initialement, on supposait qu'ils résultaient de l'impact ayant formé le cratère Stickney, mais des analyses de données provenant de Mars Express ont révélé une origine indépendante : il s'agit de dépôts de matériaux déplacés par des impacts provenant de la surface de Mars[20].

La météorite de Kaidun a été présentée comme originaire de Phobos, mais la composition détaillée de la lune n'étant pas connue, cela est difficile à vérifier[21].

Carte schématique de la surface de Phobos.

Orbite

Caractéristiques
Les orbites de Phobos et Deimos (à l'échelle), vu de dessus du pôle nord de Mars.

Phobos se déplace sur une orbite relativement circulaire (0,0151 d'excentricité) et faiblement inclinée (1,093° par rapport à l'équateur de Mars). Avec un demi-grand axe de 9 377 km, Phobos orbite à seulement 6 000 km au-dessus du sol martien (le rayon de Mars est d'environ 3 400 km). Il est donc plus proche de la planète que tout autre satellite naturel du Système solaire. Par comparaison, la Lune orbite à 384 000 km de la Terre.

Phobos orbite en dessous de l'orbite synchrone, c'est-à-dire qu'il réalise une révolution autour de Mars en moins de temps qu'il n'en faut pour que Mars ne tourne sur elle-même : sa période orbitale n'est que de 7 h 39 min, tandis que le jour martien est de l'ordre de 24 h 36 min. Pour un observateur martien, Phobos se lève à l'ouest, traverse le ciel rapidement (en 4 h 15 min ou moins) et se couche à l'est, à peu-près deux fois par jour, à 11 h 6 min d'intervalle. Son orbite est si basse qu'il ne peut pas être aperçu depuis les régions polaires (à partir de 70,4° de latitude) et reste à ces endroits en dessous de l'horizon.

La taille apparente de Phobos depuis Mars varie suivant la latitude et la position du satellite dans le ciel. Pour un observateur situé à l'équateur, Phobos possède un diamètre angulaire de 0,14° au lever et de 0,20° au zénith, une augmentation de 45 %. À titre de comparaison, le Soleil a un diamètre apparent de 0,35° dans le ciel martien ; la Lune vue de la Terre mesure environ 0,5°. Un observateur martien situé à des latitudes plus élevées percevrait Phobos plus petit parce qu'il en serait significativement plus éloigné.

Les phases de Phobos peuvent être perçues depuis Mars ; sa période synodique est seulement 13 secondes plus longue que sa période sidérale.

Transits
Phobos transitant devant le Soleil, vu par le rover Opportunity.

Pour un observateur martien, Phobos transite régulièrement devant le Soleil. Il n'est pas assez grand pour couvrir le disque solaire dans son intégralité et ne peut donc pas créer d'éclipse totale. Plusieurs de ces transits ont été photographiés par le rover Opportunity. Pendant ces transits, l'ombre — ou plutôt l'anté-ombre — et la pénombre de Phobos est visible à la surface de Mars et a été photographiée par plusieurs sondes spatiales.

Évolution

Phobos, comme Triton par exemple[22], se rapproche de la planète autour de laquelle elle orbite[23]. Les satellites situés sur des orbites sous-synchrones se rapprochent inéluctablement de leur planète, alors que ceux sur des orbites super-synchrones s’en éloignent, comme le fait la Lune, par exemple, qui s'éloigne de la Terre d'environ 3,8 centimètres par an[22] ; il s’ensuit que le mois synodique lunaire va progressivement s’allonger, mais aussi la durée du jour terrestre, la Terre étant progressivement freinée par effet de marée dû à la Lune (une décélération de sa rotation d’environ 2 millisecondes par jour et par siècle) ; les deux durées tendront à devenir identiques (environ 40 de nos jours actuels) dans plusieurs milliards d’années, comme cela est déjà le cas désormais pour le système Pluton-Charon avec une période maintenant stable de 6 jours, 9 heures et 17,5 minutes pour la rotation de Pluton et la révolution de Charon.

L'orbite basse de Phobos indique qu'il sera un jour détruit : les forces de marée abaissent progressivement son orbite, au rythme actuel de 1,8 m par siècle[24]. Les calculs indiquent que Phobos touchera la haute atmosphère martienne d'ici une trentaine de millions d'années (30+40
−10 millions d'années). La faible densité de Phobos (≈ 1 860 kg/m3), sa composition (voisine de celle des chondrites carbonées) et la présence du cratère Stickney indiquent que l'intérieur de Phobos est peu cohérent, poreux et largement fracturé[25] : d'ici 20 à 40 millions d'années, les contraintes dues aux marées feront se disperser la majeure partie de Phobos en petits fragments, qui formeront un anneau en 100 à 1 000 heures[26]. Des blocs plus rigides que la moyenne tomberont sur Mars suivant des trajectoires obliques, et à relativement faible vitesse, formant des cratères d'impact allongés. L'anneau, de densité initiale voisine de celle des anneaux principaux de Saturne, se dissipera ensuite en 1 à 100 Ma.

Origine

Phobos et Deimos ont tous les deux beaucoup de caractéristiques en commun avec les astéroïdes de type C, au niveau du spectre, de l'albédo et de la masse volumique. En conséquence, il a été postulé que les deux satellites pourraient provenir de la ceinture d'astéroïdes et auraient été capturés par Mars. Cependant, les deux lunes sont situées sur des orbites peu excentriques, très peu inclinées par rapport au plan équatorial de Mars ce qui n'est pas ce qu'on attendrait de lunes capturées. D'autre part, les images de Phobos envoyées par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter montrent clairement une zone bleue près du bord d'un cratère, sur une surface par ailleurs rouge. Un tel contraste est rare sur un astéroïde. Des astronomes estiment que le bleu correspond à du sol récemment mis à nu, n'ayant pas encore été coloré en rouge ; pour d'autres, il s'agit d'une matière souterraine totalement différente qui surgit à l'extérieur[27].

L'hypothèse aujourd'hui privilégiée[28] fait des deux lunes le résidu d'un impact entre Mars et un objet céleste plus petit : rassemblement des débris en un anneau planétaire, formation d'une douzaine de satellites à partir de l'anneau puis perte de tous ces satellites par effets de marée, à l'exception des deux plus éloignés (voir Satellites naturels de Mars#Origine)[29].

Histoire
Asaph Hall.

Découverte

Phobos fut découvert le par l'astronome américain Asaph Hall à l'observatoire naval de Washington, vers 9 h 14 GMT, soit vers 16 h 6 le à l'heure moyenne de Washington[30],[31]. Hall avait également découvert Déimos, l'autre satellite de Mars, quelques jours avant.

Les noms des satellites, originellement épelés Phobus et Deimus, furent suggérés par Henry Madan (1838-1901), professeur au collège d'Eton, d'après le livre XV de l'Iliade, lorsqu'Arès appelle ses deux fils, Phobos et Déimos[32].

Phobos « creux » ?

Dans les années 1950 et 1960, l'orbite inhabituelle de Phobos et sa faible densité ont conduit à spéculer qu'il pourrait s'agir d'un objet artificiel creux.

En 1945, Sharpless réduisit les observations de Phobos effectuées entre 1877 et 1941 et en déduisit une accélération séculaire du satellite[33]. Vers 1958, l'astrophysicien russe Iossif Chklovski, étudiant l'accélération du mouvement orbital de Phobos, indiqua que Phobos s'était décalé, en quelques décennies seulement, de deux degrés et demi sur son orbite par rapport à la position prédite[34]. Pour expliquer ce fait anormal, il suggéra alors que le satellite était creux, formé d'une mince couche de métal[35]. Chklovski basa ses analyses sur des estimations de la densité de la haute atmosphère martienne et en déduisit que pour prendre en compte un léger freinage, Phobos devait être très léger ; un calcul conduisit à le modéliser par une sphère d'acier creuse de 16 km de diamètre et de moins de 6 cm d'épaisseur[36].

En , dans une lettre au journal Astronautics[37], Fred Singer, conseiller scientifique du président des États-Unis Eisenhower, soutint la théorie de Chklovski, allant jusqu'à affirmer que « le but [de Phobos] est probablement de balayer les rayonnements dans l'atmosphère martienne, afin que les Martiens puissent exploiter les alentours de leur planète ».

Par la suite, l'existence de l'accélération ayant conduit à ces assertions fut mise en doute[38], et le problème avait disparu en 1969[39][réf. incomplète]. Les études antérieures surestimaient la perte d'altitude de Phobos en utilisant des valeurs de 5 cm/an qui furent par la suite révisées à 1,8 cm/an. Les perturbations de l'accélération du satellite sont désormais attribuées à des effets de marée qui n'étaient pas pris en compte alors. La masse volumique de Phobos est actuellement évaluée à 1 900 kg/m3, ce qui ne correspond pas à une coquille creuse. En outre, les images obtenues par les sondes spatiales depuis les années 1970 indiquent clairement que Phobos est un objet d'origine naturelle, amplement cratérisé à l’instar de la plupart des lunes du Système solaire.

L'analyse des données recueillies en 2008 par la sonde MEX de l'Agence spatiale européenne montre cependant que Phobos présente une forte porosité, 30 ± 5 %. Ce résultat est difficile à réconcilier avec l'hypothèse selon laquelle Phobos serait un ancien astéroïde capturé par Mars[40].

Exploration

Phobos a été photographié à de nombreuses reprises par des sondes spatiales dont l'objectif principal était l'exploration de Mars. La première était Mariner 9 en 1971, suivie par Viking 1 en 1977, Mars Global Surveyor en 1998 et 2003 et Mars Express en 2004. Les deux seules sondes dédiées à Phobos furent les sondes soviétiques Phobos 1 et Phobos 2 en 1988 ; la première fut perdue sur le trajet entre la Terre et Mars et la seconde retourna quelques images et données avant qu'on perde le contact à quelques mètres de la surface.

En , Mars express est passé à 67 kilomètres de Phobos[41].

L'agence spatiale fédérale russe et le CNES ont lancé une mission[42] vers Phobos le . Baptisée Phobos-Grunt, elle devait rapporter des échantillons du satellite au printemps 2013, mais n'a jamais réussi à quitter l'orbite terrestre.

EADS Astrium projette également une mission similaire[43].

En , le rover Curiosity en mission d'exploration à la surface de Mars photographie l’éclipse de Déimos par Phobos[44].

Dans la culture
  • Cent cinquante ans avant leur découverte de Asaph Hall, mais cent trente ans après Johannes Kepler qui pensait que le nombre de satellites autour d'une planète était organisé selon un ordre croissant exponentiel à partir de la Terre (deux pour Mars, quatre pour Jupiter - découverts par Galilée, huit pour Saturne), l'écrivain Jonathan Swift dans son roman « Voyage à Laputa » (1727) affirme l'existence de deux satellites pour la planète Mars et donne même leur période de rotation et leur distance par rapport à la planète, qui sont cependant inexactes[45].
  • La nouvelle L'Expérience Phobos écrite par Mary Robinette Kowal et parue en 2018 met en scène trois astronautes qui décollent de Mars avec un vaisseau spatial et se rendent sur Phobos afin d'en étudier les cavernes.
  • La série de romans Phobos écrite par Victor Dixen qui comprend cinq tomes écrits de 2015 à 2017. La série met en scène douze adolescents qui décollent vers Mars dans une fusée pour créer la première colonie humaine sur Mars. Cette mission et leur vie sur Mars sont retransmises à la Terre entière, grâce à l'antenne disposée sur Phobos qui sert de relais d'informations entre la Terre et Mars.
  • Phobos est un album du groupe québécois Voivod, nommé d'après la lune.
  • Phobos est un personnage issu de l'Univers Marvel, nommé d'après la lune.

Notes et références

Notes
  1. On lit souvent que l'un correspond à « peur » et l'autre à « terreur », mais en grec ancien les deux mots sont des quasi synonymes. La seule particularité de φόβος / phóbos est qu'il est plus spécifiquement employé pour désigner le sentiment (ou un mouvement) de panique[2],[3].

Références
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  2. (en) Liddell et Scott, A Greek–English Lexicon, Oxford, Clarendon Press, (lire en ligne), entrée « φόβος , ὁ, (φέβομαι) ».
  3. (en) Liddell et Scott, A Greek–English Lexicon, Oxford, Clarendon Press, (lire en ligne), entrée « δειμός , ὁ, (δέος) ».
  4. (en) « Categories for Naming Features on Planets and Satellites » (consulté le ).
  5. (en) « Phobos Nomenclature: Crater, craters » (consulté le ).
  6. (en) « Phobos Nomenclature: Dorsum, dorsa » (consulté le ).
  7. (en) D. J. Scheeres, S. Van wal, Z. Olikara et N. Baresi, « Dynamics in the Phobos environment », Advances in Space Research, vol. 63, no 1,‎ , p. 476-495 (DOI 10.1016/j.asr.2018.10.016).
  8. (en) John S. Lewis, Physics and Chemistry of the Solar System, Elsevier Academic Press, , 655 p. (ISBN 0-12-446744-X, lire en ligne).
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  10. (en) « Porosity of Small Bodies and a Reassesment of Ida's Density »(Archive • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?) (consulté le ).
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Voir aussi

Bibliographie
  • [Ballouz et al. 2018] (en) Ronald-Louis Ballouz, Nicola Baresi, Sarah T. Crites, Yasuhiro Kawakatsu et Masaki Fujimoto, « The Sands of Phobos: The Martian moon's eccentric orbit refreshes its surface » [« Les sables de Phobos : L'orbite excentrique de la lune de Mars rafraîchit sa surface »], arXiv,‎ (arXiv 1809.02520, lire en ligne)

Articles connexes

Liens externes
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