Phobos et Déimos sont les restes d'une plus grande lune martienne

Sylvie Montard - 25 février 2021

 
Phobos et Déimos sont les restes d'une plus grande lune martienne qui a été perturbée il y a 1 à 2,7 milliards d'années, affirment des chercheurs de l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich et de l'Institut de physique de l'Université de Zurich. Ils sont arrivés à cette conclusion à l'aide de simulations informatiques et d'enregistrements sismiques de la mission InSight.
 
Les deux lunes de Mars, Phobos et Déimos, intriguent les chercheurs depuis leur découverte en 1877, car elles sont très petites. Le diamètre de Phobos de 22 kilomètres est 160 fois plus petit que celui de notre Lune, et Déimos est encore plus petit, avec un diamètre de seulement 12 kilomètres . « Notre lune est essentiellement sphérique, tandis que les lunes de Mars ont une forme très irrégulière, comme des pommes de terre », explique Amirhossein Bagheri, doctorant à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich, ajoutant: « Phobos et Déimos ressemblent plus à des astéroïdes qu'à des lunes naturelles. »

Une première théorie suppose que ces satellites naturels sont deux astéroïdes capturés dans le champ de gravitation de Mars. Mais de tels objets capturés devraient suivre une orbite excentrique autour de la planète, avec une orbite à inclinaison aléatoire. En contradiction avec cette hypothèse, les orbites des lunes martiennes sont presque circulaires et se déplacent dans le plan équatorial de Mars. Alors, quelle est l'explication des orbites actuelles de Phobos et Déimos?
Pour résoudre ce problème dynamique, les chercheurs se sont appuyés sur des simulations informatiques. « L'idée était de retracer les orbites et leurs changements dans le passé », explique Amir Khan, chercheur principal à l'Institut de physique de l'Université de Zurich. Il semblerait en effet que les orbites de Phobos et Déimos se sont croisées dans le passé.




Autrement dit, les lunes étaient très probablement au même endroit et ont donc la même origine. Les chercheurs ont conclu qu'un corps céleste plus grand était en orbite autour de Mars à l'époque. Cette lune originale a probablement été frappée par un autre corps et s'est désintégrée en conséquence. « Phobos et Déimos sont les restes de cette lune perdue », déclare Bagheri, auteur principal de l'étude désormais publiée dans la revue Nature Astronomy.
Bien que faciles à suivre, ces conclusions ont nécessité un travail préliminaire approfondi. Tout d'abord, les chercheurs ont dû affiner la théorie existante décrivant l'interaction entre les lunes et Mars. « Tous les corps célestes exercent des forces de marée les uns sur les autres », explique Khan. Ces forces conduisent à une forme de conversion d'énergie appelée dissipation, dont l'échelle dépend de la taille des corps, de leur composition intérieure et surtout des distances qui les séparent.

 
La mission InSight de la NASA, avec l'implication de l'ETH Zurich, explore actuellement l'intérieur de Mars et de ses lunes. L'électronique du sismomètre de la mission, qui enregistre les tremblements du sol martien et éventuellement les impacts de météorites, a justement été construite à l'ETH. « Ces enregistrements nous permettent de regarder à l'intérieur de la planète rouge », explique Khan, « et ces données sont utilisées pour contraindre le modèle de Mars dans nos calculs et la dissipation se produisant à l'intérieur de la planète rouge. »
Des images et des mesures effectuées par d'autres sondes de Mars suggérent par ailleurs que Phobos et Déimos sont constitués d'un matériau très poreux. À moins de 2 grammes par centimètre cube, leur densité est bien inférieure à la densité moyenne de la Terre, qui est de 5,5 grammes par centimètre cube. « Il y a beaucoup de cavités à l'intérieur de Phobos, qui pourraient contenir de la glace d'eau », soupçonne Khan, « et c'est là que les marées provoquent la dissipation de beaucoup d'énergie. »
En utilisant ces résultats et leur théorie affinée sur les effets de la marée, les chercheurs ont exécuté des centaines de simulations informatiques pour suivre les orbites des lunes en remontant le temps jusqu'à ce qu'elles atteignent l'instant où Phobos et Déimos sont nés. Selon la simulation, ce moment s'est produit il y a 1 à 2,7 milliards d'années. Une sonde japonaise dont le lancement est prévu en 2025 explorera Phobos et renverra des échantillons sur Terre. Les chercheurs espèrent que ces échantillons fourniront les détails nécessaires sur la structure interne des lunes martiennes pour calculer plus précisément leur origine.
Les calculs montrent également que l'ancêtre commun des satellites martiens était plus éloigné de Mars que Phobos ne l'est aujourd'hui. Alors que le plus petit Déimos est resté à proximité de l'endroit où il a vu le jour, les forces de marée poussent Phobos à s'approcher de Mars. Et ce processus est toujours en cours. Les simulations informatiques montrent aussi l'évolution future des orbites des lunes. Il semble que Déimos s'éloignera de Mars très lentement, tout comme notre Lune s'éloigne lentement de la Terre. Phobos, cependant, s'écrasera sur Mars dans moins de 40 millions d'années, ou sera déchiré par les forces gravitationnelles à l'approche de Mars.
 

 
   
 
 
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