Mars: ça repart...

un être animé sur Mars?

Le 14 décembre 1962, pour la première fois, une planète du système solaire était survolée par une sonde: c'était Vénus et Mariner II (voir à ce sujet l'article du présent blog en date du 20/11/2018 intitulé "L'époque héroïque de l'exploration du Système Solaire").

Deux ans plus tard, l'exploration de la planète Mars commençait avec le lancement le 28 novembre 1964 de la sonde Mariner IV qui l'a survolée le 14 juillet 1965 et qui est devenue une micro-planète du système solaire. La NASA a ainsi profité de la fenêtre ouverte par l'opposition du 9 mars 1965.

L'architecte allemand Walter Hohman (1880/1945) a identifié le premier, en 1925, la trajectoire optimale d'un voyage dans l'espace. Pour un voyage interplanétaire depuis la Terre, il faut décrire la demi ellipse qui a pour foyer le Soleil, pour distance périhélique (aphélique) le rayon vecteur de la Terre et pour distance aphélique (périhélique) celui de la planète. Il faut partir avant une opposition pour arriver après celle-ci.

Mars tourne sur elle-même en  24h39.38m, elle décrit son orbite en 668.6 sols martiens ce qui correspond à 686.98 jours terrestres. Sa révolution synodique moyenne qui ramène les deux planètes dans la même configuration solaire compte 780 jours mais elle varie fortement entre 764 jours et 811.
En effet l'ellipse décrite par Mars présente une assez forte excentricité, 0.0933, soit 5.6 fois celle de la Terre, 0.0167. Il en résulte un aphélie à 1.666 UA du Soleil, soit une opposition aphélique à 0.67 UA de la Terre et un périhélie à 1.381 UA du Soleil, soit une opposition périhélique à 0.38 UA de la Terre.

Selon la loi de la gravitation universelle, dans le système solaire, la vitesse V et la distance r d'une planète sont liées  par la relation:

V = 29.785 * rac ( 2 / r - 1 / a ) km/s où a est le demi grand axe de l'orbite en UA.

Pour Mars la vitesse au périhélie atteint 26.5 km/s, pour 22 km/s à l'aphélie. En conséquence la durée d'une révolution synodique varie en fonction des positions successives de Mars sur son orbite au moment des oppositions.

La longitude du second foyer, le premier étant le Soleil, est de 334°. Une opposition à l'aphélie se produit donc vers le 22 février et une opposition au périhélie vers le 27 août.

 Quinze ans comptent 5479 jours alors qu'il faut à Mars 5496 jours, soit 17 jours de plus, pour décrire huit fois son orbite. Il en découle un rythme imparfait de 15 ans pour la survenance des oppositions.

trajectoire de Mars et oppositions dans un repère terrestre, de mars 2012 à février 2027

Pour survoler la planète il est intéressant de choisir une opposition lors de laquelle Mars est proche de la Terre, opposition périhélique, car alors la vitesse d'injection à communiquer au départ sera moindre.
Mais, si on veut, non plus seulement survoler la planète mais s'y poser en douceur, il faudra, à l'arrivée, imprimer au vaisseau une décélération, d'autant plus élevée et coûteuse en énergie embarquée que Mars sera moins rapide et donc plus éloignée du périhélie.

Au fur et à mesure que la puissance des lanceurs progresse ces considérations perdent de leur pertinence mais les oppositions les plus favorables restent celles qui se produisent entre juin et novembre.
L'opposition du 15 décembre 1975 a permis à la NASA de poser sur Mars pour la première fois en juin et août 1976 deux atterrisseurs Viking après un long voyage de 10 et 11 mois.
Celle du 17 mars 1997 a vu la dépose du premier rover Sojourner après un voyage de 240 jours.

L'opposition exceptionnelle du 28 août 2003 qui a mis Mars à 0.38 UA seulement de la Terre a permis à la NASA d'envoyer avec succès deux rovers sur Mars à 27 jours d'intervalle les 10 juin et 7 juillet 2003. Spirit et Oppotunity sont arrivés à destination en janvier 2004 après 200 jours de voyage.

Huit années et demi plus tard, après un report du lancement de 2009 à 2011, c'est en utilisant l'opposition défavorable du 3 mars 2012 (Mars à 0.67 UA de la Terre) que la NASA dépose sur Mars le rover Curiosity, preuve des progrès intervenus dans les capacités des lanceurs. Le lancement a eu lieu le 26 novembre 2011 et l'arrivée le 6 août 2012 après un voyage de 254 jours.
L'atterrissage sur Mars est rendu compliqué par une gravité assez forte de 3.71 m/s^2 et une atmosphère de faible densité au niveau du sol, 6 millibars. La Lune, sans atmosphère, présente une gravité de 1.62 m/s^2 seulement. Pour la Terre, la gravité est forte, 9.81 m/s^2, mais la densité de l'atmosphère atteint 1015 millibars au niveau de la mer.
L'étude du projet avait commencé dès 2003 et a mis en œuvre des techniques d’atterrissage combinées avec parachute, rétro-fusées et grutage final en douceur sur le sol martien.
Le rover Curiosity est un véritable laboratoire mobile (MSL) commandé en direct et en aveugle par des équipes qui sont éloignées, au mieux, de 57 millions de kilomètres et, au pire, de 400 millions.

Aujourd'hui il continue à fonctionner et provoque, à coup sûr, la perplexité des martiens qui le voient évoluer...

1997: Sojourner 11 kg, 2004: Oppotunity et Spirit 174 kg, 2012: Curiosity 900kg (2021: XXX 1050 kg?)

A l'assaut du mont Sharp 5.500 m.

 

L'opposition favorable du 13 octobre 2020 va être utilisée au cours de l'été pour plusieurs missions.

Avec Mars 2020, les États-Unis reconfigurent le laboratoire MSL de 2011 en le fiabilisant et en l'améliorant pour lui permettre de stocker des échantillons du sol martien en vue de leur retour sur Terre à l'horizon 2026! Le lancement aura lieu le 17 juillet 2020 pour une arrivée le 18 février 2021 (216 jours).

L'ESA, alliée à la Russie, après la première phase de la mission ExoMars lancée le 14 mars 2016 qui a connu la réussite de l'orbiteur TGO mais aussi l'échec de l'atterrisseur Schiaparelli qui s'est écrasé sur Mars le 19 octobre 2016, prévoit un lancement fin juillet / début août 2020 pour une arrivée en mars 2021. Le lanceur et l'atterrisseur seront russes et le rover européen.

La Chine pour sa mission HX-1 utilisera son lanceur Longue Marche 5 pour amener sur Mars un orbiteur, un atterrisseur et un rover.

Un lanceur japonais mettra sur orbite un engin étudié par les Émirats arabes unis en collaboration avec deux universités américaines.

Toute cette effervescence autour de la planète rouge relance l'idée d'un séjour humain et même d'une "colonisation".

Mais si le principe de l'opposition Terre-Mars commande les dates du voyage aller, il en est de même pour le voyage retour.

voyage aller de la mission américaine Mars 2020

L'arrivée sur Mars intervient le 18 février 2021 et pour revenir sur Terre il faut attendre la prochaine opposition qui a lieu le 8 décembre 2022, 786 jours après l'opposition du 13 octobre 2020.

Ce qui fait prévoir de quitter Mars au début du mois d'août 2022 pour une arrivée sur Terre vers le milieu du mois de mars 2023.

voyage retour le plus proche possible

Parti le 17 juillet 2020 de la Terre, l'astronaute y revient quelques 1.000 jours après, en mars 2023!

Près de 1.000 jours de voyage, dont 500 environ passés sur Mars et presque autant dans un vaisseau spatial.

"L'écologie décoloniale établit des horizons non extractivistes: c'est une écologie du renoncement. Dans les cosmologies occidentales, ne serait-ce que par la pensée, on peut tout faire. Or je crois qu'on ne peut pas coloniser la Lune, le ciel, Mars, juste parce-qu’ils sont vides."

Diego Landivar directeur de "Origens Media Lab" à Clermont-Ferrand,
cité par "Le Monde" daté 25 janvier 2020.

Année 2020, la planète Mars comme objectif

2020, une bonne année pour Mars.

Les missions vers Mars devront partir au mois de juillet pour profiter de la meilleure proximité de la planète qui a lieu le 6 octobre, l'opposition se produisant le 13. Ce décalage est du à la latitude géocentrique négative de Mars à cette période: -3.3°. La planète passera à son nœud ascendant début décembre.

Les PLANÈTES en 2020

Mercure fait ses quatre apparitions annuelles et rencontre Vénus fin mai.
Vénus est une très belle étoile du berger le soir jusqu'en juin puis le matin après l'opposition du 3 juin.
Tout au long de l'année Jupiter et Saturne restent voisines, le matin de mars à juillet, puis le soir d'août à novembre. Mars leur rend visite le matin vers la fin du mois de mars.

la trace de la Lune a été fortement exagérée, en réalité sa concavité est toujours tournée vers le soleil

La figure ci-dessus présente la course, au cours de l'année 2020, des planètes, de la Lune et des nœuds de l'orbite lunaire.
La distance de la Lune à la Terre a été amplifiée pour mettre en évidence les moments des pleines lunes et des nouvelles lunes et pour rendre compte de la variation, entre pleine et nouvelle lune, de la vitesse de la Lune dans un repère héliocentrique . En 2020 il y a 13 pleines lunes.
Le déplacement rétrograde de la ligne, en gris, des nœuds de l'orbite lunaire les fera coïncider avec la nouvelle lune vers le 20 juin et le 15 décembre ce qui donnera lieu aux deux éclipses de Soleil de l'année.

Vénus en 2020

 Vénus montre ses phases de mars à octobre.

la rencontre Mercure-Vénus de fin mai

A la fin du mois de mai, de jour en jour, Vénus descend vers l'horizon le soir. Concurremment Mercure apparait et s'élève. La rencontre a lieu le 22 mai au soir. 
Pour un lieu de latitude 46° N et de longitude 7° E, vers 21h30, une demi-heure après le coucher du soleil, les deux astres sont à 10° de hauteur et le soleil à 5° sous l'horizon. La magnitude de Mercure atteint -0.3.
Il y a là une bonne opportunité de repérer Mercure très près de l'immanquable Vénus.

La conjonction de Vénus se produit au nœud descendant le 3 juin.

 

Après les transits de juin 2004 et juin 2012, la conjonction de juin 2020 échappe au soleil

Le prochain transit se produira au nœud ascendant 105,5 années après celui de juin 2012, en décembre 2117.

La latitude négative de la planète dès le 4 juin retarde sa réapparition comme étoile du matin.

la Lune, les planètes, les nœuds de l'orbite lunaire en 2020

 La figure ci-dessus montre le déplacement relatif des planètes sur l'écliptique représenté par le segment horizontal.
Les périodes favorables à l'observation de Mercure, en fonction de l'angle de l'écliptique avec l'horizon, apparaissent en pointillé gras:

le soir première décade de février et du 15 mai au 15 juin,

le matin: du 15 juillet à début août et mois de novembre.

Pendant la journée du 18 mars, les planètes Mars, Jupiter et Saturne reçoivent, dans cet ordre, la visite du croissant de la Lune éclairée à 30%. Cette concentration peu habituelle est visible de 5h à midi.

Sur la figure, on constate que le Soleil rencontre le nœud ascendant de l'orbite lunaire vers le 20 juin et le nœud descendant vers le 15 décembre. Deux éclipses de soleil se produisent donc lors des nouvelles lunes voisines de ces deux dates.

Les ÉCLIPSES en 2020

Cette année compte six éclipses, ce qui est peu courant: une éclipse de lune le 10 janvier, un triplet d'éclipses: de lune le 5 juin, de soleil le 21 juin et de lune le 5 juillet, et enfin un couple d'éclipses, de lune le 30 novembre et de soleil le 14 décembre.

Le Soleil était passé le 30 décembre 2019 au nœud descendant et il atteint le nœud ascendant le 19 juin 2020 puis, de nouveau, le nœud descendant le 11 décembre.

La nouvelle lune du 26 décembre 2019 avait éclipsé le Soleil à proximité du nœud descendant et la pleine lune du 10 janvier 2020 se produit 20 heures après son passage au nœud ascendant. En conséquence sa latitude est élevée (1.1°) et la Lune échappe à l'ombre de la Terre. Il s'agit d'une forte éclipse mais par la seule pénombre. C'est la dernière de la série courte d'éclipses de Lune au nœud ascendant commencée en février 2017.

Le triplet de juin/juillet correspond à un chevauchement de série courte d'éclipses de Lune au nœud descendant: l'éclipse du 5 juin est la première d'une nouvelle série de quatre, celle du 5 juillet la dernière de la série courte précédente! Ce phénomène de chevauchement reproduit celui du triplet constaté en juillet/août 2018 pour les séries courtes d'éclipses de soleil au nœud ascendant.
Les deux éclipses de Lune sont donc faibles, ce sont des éclipses par la pénombre.

21 juin 2020 6h41, la Lune et la Terre éclipsée vues du Soleil

vue cavalière

21 juin éclipse annulaire en Asie

La nouvelle lune du 21 juin se produit à 6h41 TU, peu après son passage au nœud ascendant (3h), l'éclipse est donc forte et concerne l'hémisphère nord et l'Asie. Elle est annulaire. C'est le numéro 3 de la série courte d'éclipses de Soleil au nœud ascendant commencée en juillet 2018 dont les éclipses se déplacent du sud au nord.

L'éclipse de Lune du 30 novembre inaugure une nouvelle série courte au nœud ascendant: elle se produit bien avant le nœud (22h), elle est forte mais par la pénombre seulement.

14 décembre 2020 16h17, la Lune et la Terre éclipsée vues du Soleil

vue cavalière

14 décembre éclipse totale pour le Pacifique et l'Atlantique sud

La nouvelle lune du 14 décembre se produit à 16h17, peu après le nœud descendant (6h) : l'éclipse est forte et concerne l'hémisphère sud (Amérique du sud et océans Pacifique et Atlantique). C'est une éclipse totale. C'est le numéro 3 de la série courte d'éclipses de Soleil au nœud descendant commencée en janvier 2019 dont les éclipses se déplacent du nord au sud.

2020 année BISSEXTILE

Après de multiples errements durant des siècles, c'est en l'an 708 de la fondation de Rome, que Jules César adopte la réforme recommandée par l'astronome Sosigéne d'Alexandrie: il fixe la date du 25 mars pour l’équinoxe, arrête la règle du doublement du sixième jour avant les calendes du mois de mars, une fois tous les quatre ans, et fait commencer l'année au 1er janvier au lieu du 1er mars. Le premier janvier de départ correspond au 01/01/45 avant JC. L'année civile compte donc 365 + 1 / 4 jours.
Mais la règle est mal appliquée pendant plus de trente ans. C'est sous Auguste, fils adoptif de César, que la correction intervient. En réalité la réforme julienne n'est respectée qu'à partir de l'an 5 après JC. Dix ans plus tard, le Sénat Romain, en hommage à ces réformateurs baptise le 5ème mois, devenu le 7ème, julius (juillet) et le 6éme, devenu huitième, augustus (août).
Mais l'année tropique entre deux équinoxes successifs compte en réalité 365.24219879... jours.
Une dérive s'installe donc, et le concile de Nicée en 325, sans comprendre les raisons du décalage, en prend acte et entérine la date du 21 mars pour l'équinoxe.
Mais la dérive s'amplifie et le concile de Trente en 1562 charge le pape Grégoire XIII de résoudre la question. Les savants de l'époque savent que l'année compte 365 + 97 / 400 jours et, pour réduire l'année civile de 3 jours sur 400 ans, ils recommandent de supprimer à l'avenir le caractère bissextile des années séculaires sauf celles dont le millésime est divisible par 400.

L'année civile compte alors 365 + 1 / 4 - 1 / 100 + 1 / 400 jours, soit 365.2425 jours. L'écart est ramené à 26 secondes par an.


Le 24 février 1582 une bulle papale décrète le nouveau calcul des années bissextiles et, pour ramener l'équinoxe au 21 mars, supprime 10 jours à l'année 1582: le lendemain du jeudi 4 octobre sera le vendredi 15!

Mais il s'agit là d'une réforme catholique acceptée avec retard par les pays des autres religions.

Kepler: "Les protestants aiment mieux être en désaccord avec le soleil qu'en accord avec le pape".

(notice largement inspirée de l'ouvrage "Calendriers et chronologie" de J.P. Parisot et F. Suagher, Masson éditeur 1977)