Les lunes martiennes ont un ancêtre commun

Depuis leur découverte en 1877, les deux lunes martiennes Phobos et Deimos sont restées une énigme. Elles sont très petites. Le diamètre de Phobos est de 22 kilomètres, soit 160 fois moins que celui de notre lune. Deimos, avec un diamètre de seulement douze kilomètres, est encore nettement plus petit. "Notre lune a en outre une belle forme sphérique, tandis que Phobos et Deimos ont une forme très irrégulière, comme des pommes de terre", explique Amirhossein Bagheri, doctorant à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich. "Les lunes martiennes ressemblent ainsi davantage à des astéro?des qu'à des lunes".

On a donc supposé que Phobos et Deimos pouvaient être des astéro?des capturés par Mars en raison de sa gravité. "Mais c'est là que les problèmes ont commencé", explique Bagheri. En effet, les objets capturés devraient tourner autour de la planète sur une orbite excentrique, qui pourrait en outre avoir une inclinaison quelconque. Or, les orbites des lunes martiennes sont presque circulaires et se situent dans le plan équatorial de Mars. Cela contredit l'hypothèse d'astéro?des capturés. Mais comment expliquer les orbites actuelles de Phobos et Deimos ? Pour résoudre ce problème dynamique, les chercheurs ont eu recours à des simulations informatiques.

Remonter dans le temps

"L'idée était de retracer les orbites et leur modification dans le passé", explique Amir Khan, Senior Scientist à l'Institut de physique de l'Université de Zurich et à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich. Il est alors apparu que les orbites de Phobos et Deimos s'étaient croisées dans le passé. "Cela signifie que les lunes étaient très probablement au même endroit et doivent donc avoir la même origine", explique Khan. Les chercheurs en concluent qu'un corps céleste plus grand était alors en orbite autour de Mars. Cette lune originelle a probablement été heurtée par un autre morceau, ce qui a entra?né sa dislocation. "Phobos et Deimos sont les restes de cette lune disparue", déclare Bagheri, premier auteur de l'étude qui vient d'être publiée dans la revue "Nature Astronomy".

Ce qui est simple à comprendre a nécessité des travaux préparatoires complexes. Car il a d'abord fallu développer la théorie existante qui décrit l'interaction entre les lunes et Mars. "Ce qui interagit avec tous ces corps célestes, ce sont les forces de marée", explique Khan. L'énergie est alors transformée. Cette dissipation d'énergie dépend de la taille et de l'intérieur des corps célestes, mais aussi de leur distance.

Aper?u de l'intérieur de Mars et de ses lunes

Mars est actuellement explorée par la mission Insight de la Nasa, à laquelle participe l'ETH Zurich. Un sismomètre, dont l'électronique a été construite à l'ETH, enregistre les tremblements de Mars et les impacts de météorites. "Cela permet d'observer l'intérieur de la planète", explique Khan. "Ces données sont utilisées pour contraindre le modèle martien dans nos calculs et la dissipation qui se produit à l'intérieur de la planète rouge".

On sait, gr?ce aux images et aux mesures prises par d'autres sondes martiennes, que Phobos et Deimos sont constitués d'un matériau très poreux. Leur densité, inférieure à 2 grammes par centimètre cube, est nettement inférieure à la densité moyenne de la Terre, qui est de 5,5 grammes par centimètre cube. "A l'intérieur de Phobos, il y a de nombreuses cavités, dans lesquelles il y a peut-être de la glace d'eau", suppose Khan. "Il y a là une grande dissipation d'énergie due aux marées".

A l'aide de ces connaissances et de la théorie développée sur l'effet des marées, les chercheurs ont lancé des centaines d'exécutions informatiques qui ont suivi les orbites lunaires à rebours dans le temps jusqu'à ce qu'ils tombent sur le point de croisement - la naissance de Phobos et Deimos. Selon les simulations, celle-ci se situait dans une période remontant de 1 à 2,7 milliards d'années dans le passé. "La date exacte dépend des propriétés physiques de Phobos et Deimos", explique Bagheri. Une sonde japonaise devrait être envoyée sur Phobos en 2024 et ramener des échantillons de roches sur Terre. Les chercheurs espèrent ainsi obtenir plus de détails sur l'intérieur des lunes martiennes, ce qui permettra des calculs plus précis sur leur origine.

La fin de Phobos

Les calculs montrent en outre que l'ancêtre commun de Phobos et Deimos était plus éloigné de Mars que Phobos ne l'est aujourd'hui. Alors que le petit Deimos est resté à peu près là où il était né, le plus grand Phobos se rapproche de Mars en raison des forces de marée - un processus qui se poursuit, expliquent les chercheurs. Les simulations informatiques montrent en outre l'évolution future des orbites lunaires. D'après ces données, Deimos s'éloigne très lentement de Mars, tout comme notre lune s'éloigne lentement de la Terre. Phobos, quant à lui, s'écrasera sur la planète rouge dans moins de 40 millions d'années ou sera déchiré par les forces gravitationnelles lorsqu'il s'approchera de Mars.

Remarque : cet article a été corrigé pour tenir compte de la contribution de l'U.S. Naval Observatory. En outre, la date de lancement de la sonde japonaise d'exploration de Phobos a été modifiée de 2025 à 2024. (23 février 2021 à 16h40 CET)