L'exploration spatiale, fenêtre de tir de 1971 : les sondes américaines, la perte de Mariner 8, l'odyssée de Mariner 9

1971, l'année martienne

L'année 1971 sera un grand cru dans l'exploration de la planète Mars. Les américains proposent deux Mariner pour occuper la fenêtre de tir, et les russes trois sondes : Kosmos 419, Mars 2 et Mars 3. C'est donc une véritable flottille qui va s'envoler pour la planète rouge. 1971 sera également une année clé dans l'histoire de la coopération entre les Etats-Unis et l'URSS. Malgré la guerre froide, les scientifiques impliqués dans les missions Mars et Mariner se sont mis d'accord, et les résultats qui seront obtenus par les différentes sondes seront échangés, pour le bénéfice des deux parties. Une ligne téléphonique avait même été installée entre le Jet Propulsion Laboratory et l'Institut de Recherche Spatiale soviétique.

Malheureusement, il y aura des pertes au décollage (Kosmos 419 et Mariner 8), et deux autres sondes ne pourront pas réussir leur mission (Mars 2 et Mars 3), à cause d'un évènement totalement imprévu. Mais la dernière sonde n'aura pas fait le voyage pour rien. Car sa mission sera un succès sans précédent, et les résultats qu'elle retournera bouleverseront à jamais notre connaissance de la planète Mars. Mariner 9 allait nous montrer Mars telle qu'elle est réellement. Nous allons débuter cette revue des sondes martiennes de 1971 avec les appareils américains, avant de passer aux sondes soviétiques dans une deuxième partie.

Les sondes américaines

Mariner 8 était la première sonde du nouveau tandem de Mariner que les américains voulaient envoyer sur Mars. La sonde, avec sa compagne Mariner 9 faisait partie de l'ambitieux projet Mariner Mars 71, qui consistait à placer en orbite autour de Mars deux orbiteurs complémentaires du point de vue de leur mission. Mariner 8 devait se livrer à une cartographie géologique et topographique de la planète en suivant une orbite pratiquement polaire, incliné à 80° (1200 km de périapse, 17 050 km d'apopase), qu'elle devait compléter en 12 heures. Grâce à cette orbite, la sonde aurait vu défiler sous sa caméra et ses instruments 70 % de la surface martienne, y compris les régions polaires.

Mariner 9 devait quant à elle parcourir une orbite excentrique (850 km pour le périapse, 28560 km pour l'apoapse), faiblement inclinée (50°) avec une période assez importante (32,8 heures), ce qui l'empêchait de survoler certaines régions. Par contre, cette orbite avait l'avantage de permettre le survol régulier d'autres régions, et la sonde pouvait donc se livrer à une étude des changements subis par la surface martienne au fil des semaines.

La mission principale de Mariner 8 et de Mariner 9 devait durer 90 jours, au cours de laquelle les instruments scientifiques devaient collecter un maximum d'informations sur Mars, en particulier sur l'atmosphère (composition chimique, pression, température et densité) et la surface (composition, topographie et température au sol).

Les deux sondes complémentaires pouvaient heureusement exécuter l'une ou l'autre des missions, ce qui va se révéler crucial pour la suite, comme nous allons le voir.

Mariner 8, plouf dans l'océan !

La sonde Mariner 8 était formée d'un corps central octogonal en magnésium de 1,38 mètres de diagonale pour 45,7 centimètres de haut. Ce boîtier renfermait les composants électroniques des systèmes de commande, de contrôle et de communication. L'ordinateur de bord était programmable et les données étaient stockées sur un enregistreur digital. Mariner 8 pouvait radier les informations avec ses différentes antennes (une antenne grand gain parabolique, une antenne à gain moyen et une antenne faible gain supportée par un mat de 1,44 mètres de long). Comme pour les autres Mariner, 4 panneaux solaires disposés en croix étaient fixés au sommet de l'octogone. Chaque panneau mesurait 2,15 mètres de long et 90 centimètres de large. Avec une surface utile de 7,7 m2, ils pouvaient fournir 800 W à proximité de la Terre et 500 W sur Mars. Des batteries rechargeables pouvaient pallier à une baisse du niveau d'énergie lorsque la sonde passait sur le côté non éclairé de la planète. Deux réservoirs d'ergols et le moteur de manœuvre étaient également montés au niveau de la partie supérieure du corps principal de la sonde. Le moteur fournissait une poussée de 1340 Newtons et brûlait de l'hydrazine monométhylé et du tétroxyde d'azote. Le système de contrôle d'attitude s'appuyait sur deux jeux de 6 éjecteurs d'azote fixés à l'extrémité des panneaux solaires. Mariner 8 avait de multiples moyens de connaître sa position dans l'espace et de s'orienter. Elle pouvait utiliser un capteur solaire, un capteur stellaire pointé sur la désormais classique étoile Canopus et une plate-forme de navigation inertielle équipée de gyroscopes et d'un accéléromètre. Les instruments scientifiques étaient accrochés à une plate-forme mobile fixé sur la partie inférieure du prisme octogonal. Mariner 8 emportait d'abord avec elle deux caméras de télévision (une à grand angle et l'autre à angle étroit). Les images avaient une définition légèrement réduite par rapport à celles des sondes Mariner 6 et Mariner 7 (700 lignes de 832 pixels contre 704 lignes de 935 pixels), mais l'éclairement était par contre codé sur 9 bits et non plus sur 8 bits, ce qui autorisait 512 niveaux de gris. Un spectromètre ultraviolet à deux canaux (pour l'étude des constituants moléculaires de l'atmosphère), un radiomètre infrarouge (pour la mesure des températures de surface) et un spectromètre interféromètre infrarouge IRIS (pour la mesure de la température, de la pression et de la composition de l'atmosphère, ainsi que pour l'étude des différents constituants de la surface) complétaient une charge scientifique d'un poids total de 63,1 kg. La sonde pesait 997,9 kg et son envergure était de 6,89 mètres pour une hauteur de 2,28 mètres.

Le lancement de Mariner 8 a lieu le 8 mai 1971 à partir de Cap Canaveral. La première partie du décollage se passe sans incident et le moteur de l'étage supérieur Centaur s'allume comme prévu 265 secondes après le début des opérations. Mais bien vite, c'est la déception. L'étage supérieur commence soudain à osciller dans l'axe de tangage pour prendre ensuite une orientation catastrophique. On pense aujourd'hui que ce comportement était sans doute du à une défaillance du système de pilotage automatique. Le moteur du Centaur se coupe après 365 secondes, à cause de la rupture d'un conduit d'alimentation en ergols suite aux vibrations provoquées par les oscillations désordonnées de l'étage supérieur. La sonde se sépare de l'étage Centaur et les deux objets rentrent séparément dans l'atmosphère terrestre pour s'écraser dans l'océan atlantique à 260 km au nord de Porto Rico.

Mariner 9 : Mars, enfin !

Les deux sondes Mariner 8 et Mariner 9 devaient, nous l'avons vu dans le paragraphe précédent, effectuer des missions complémentaires. L'échec du lancement de Mariner 8 força les ingénieurs à revoir leurs plans. Un seul vaisseau était disponible, et il allait devoir remplir les objectifs initialement dévolus aux deux sondes, la cartographie de la surface martienne et l'étude des changements temporels de la surface et de l'atmosphère. 

La cartographie allait être possible dans les mêmes conditions que dans la mission initiale (en particulier au niveau résolution), à l'exception cependant des photographies des régions polaires qui ne pourront pas être aussi précises. La partie consacrée aux  changements saisonniers fut également remaniée, et l'étude de six régions fixes tous les cinq jours laissa la place dans le nouveau programme à une étude de régions moins étendues tous les 17 jours. 

Une description détaillée de la sonde est disponible dans la section concernant Mariner 8, les deux sondes étant identiques en tout point.

La mission

Le lancement de Mariner 9 se déroule sans incident le 30 mai 1971, au grand soulagement des responsables de la mission, déjà échaudé par la perte de Mariner 8 et la charge de travail accrue qui a suivi. La reprogrammation de l'orbiteur restant n'avait effectivement rien d'une sinécure. 13 minutes après le décollage, la sonde se sépare de l'étage supérieur, déploie ses panneaux solaires, localise le soleil avec son capteur solaire et l'étoile Canopus avec son capteur stellaire. Une manœuvre de correction de trajectoire aura lieu à mi-chemin le 5 juin 1971. Le 31 octobre, l'engin se met à tournoyer sur lui-même, peut être à cause du choc d'une petite météorite. L'incident sera sans gravité. Mariner 9 arrivera donc sur Mars après un voyage plutôt tranquille d'une durée de 167 jours le 14 novembre 1971.

La veille de l'arrivée de Mariner 9 sur Mars, une table ronde est organisée au Jet Propulsion Laboratory, à Pasadena. Sont invités entres autres Ray Bradury, Arthur C. Clarke et Carl Sagan. Au cours de la discussion, chaque personne fait part de ses préjugés, de ses fantasmes et de ce qu'elle espère découvrir par l'intermédiaire des instruments impartiaux de Mariner 9. Certaines opinions émises au cours du débat se révéleront par la suite étonnamment prophétiques.

La mise en orbite

Pour la mise en orbite, Mariner 9 allume son moteur de manœuvre pendant 15 minutes et 23 secondes, de manière à ralentir suffisamment pour se laisser capturer par la gravité martienne. L'insertion orbitale est un succès et pour la première fois dans l'histoire de l'exploration spatiale, une sonde va se placer en orbite autour d'une autre planète. Les américains viennent de gagner la course qu'ils avaient engagé contre les soviétiques. Ces derniers réussiront également la mise en orbite de leurs sondes Mars 2 et Mars 3, mais perdront le prestige de la première insertion orbitale.

Mariner 9 va parcourir son orbite initiale en 12 heures et 34 minutes, en passant à 1398 km de la surface martienne au niveau du périapse. L'apoapse est à 17 816 km et l'orbite est inclinée d'environ 64,3°. Deux jours plus tard, le moteur est de nouveau mis à feu pendant six petites secondes pour altérer légèrement les paramètres orbitaux et synchroniser les révolutions avec la rotation terrestre. Le périapse de la nouvelle orbite descend à 1387 km et la période de révolution passe juste en dessous des 12 heures, la sonde effectuant donc 2 révolutions par jour.

La première des deux révolutions permet à la sonde d'acquérir des données, alors que la révolution restante est mise à profit pour les transmettre vers la Terre. A chaque fois que la sonde accompli sa deuxième tournée journalière, la rotation de la Terre a amené l'antenne de 64 mètres de la station de poursuite du Deep Space Network (DSN) de Goldstone en vue de la planète Mars. Ainsi, lorsque la sonde transmet ses informations, l'antenne du DSN est en position pour les recevoir. Une autre manœuvre de correction sera effectuée le 30 décembre au cours de la 94ème orbite pour élever le périapse à 1650 km et modifier la période orbitale de manière à améliorer encore les conditions de travail.

La grande tempête de poussière

Le 10 novembre, alors qu'il ne reste plus à la sonde qu'une distance de 800 000 kilomètres à parcourir, la caméra se met en marche. La salle de contrôle de mission se remplit et tout le monde attend avec une impatience non dissimulée les premières images de la planète. La déception va être énorme.

Lorsque les images parviennent enfin au centre de contrôle, elles ne montrent rien d'autre qu'un globe gris uniforme, terne, sur lequel ne se détache que les glaces brillantes de la calotte polaire sud et quatre points noirs mystérieux plantés au niveau de l'équateur. La mise en orbite ne changera rien à la situation.

C'est la consternation. La sonde a parcouru des centaines de millions de kilomètres, s'est placée correctement en orbite autour de Mars, tout cela pour rien. La planète rouge, devant cette agression caractérisée et l'arrogance de cette sonde qui croit pouvoir percer ses mystères, à décider de réagir. La planète entière est recouverte d'un épais manteau de poussière, qui ne laisse rien voir des détails de sa surface. Un gigantesque tempête de poussière de dimensions planétaires, qui compte encore aujourd'hui parmi les plus puissantes jamais observées s'était levé. Recouvrant la surface d'un voile impénétrable, elle rendait la caméra de Mariner 9 totalement aveugle. Notons ici que pour certains illuminés, la tempête n'avait rien d'accidentelle, et qu'une telle coïncidence ne pouvait signifier qu'une seule chose. Les martiens n'avaient aucun envie de voir leur intimité troublée et ils le faisaient savoir !

Toujours est-il que la sonde ne cessait de renvoyer la même image, celle d'une planète plongée dans une sorte de brouillard, et qui ne montrait rien d'autre qu'une surface blafarde, dont la monotonie n'était troublée que par la présence des quatre points noirs. Les scientifiques commencent à réfléchir à leur signification. Si ces points noirs sont visibles, c'est qu'ils doivent posséder une hauteur suffisante pour percer l'épaisse couche de crasse grisâtre, une hauteur qui ne doit rien avoir de négligeable. La perspective est excitante.

Quelques personnes au Jet Propulsion Laboratory n'étaient cependant pas de cet avis. Leur patience avait des limites et les premières images de Mariner 9 constituait la goutte qui fait déborder le vase. Non seulement la mission avait déjà du être remanié suite à la perte de Mariner 8, mais voila qu'il allait encore falloir changer les plans à cause d'une foutue tempête de poussière qui avait eu la très mauvaise idée de se lever pour l'arrivée de la sonde ! Il semblait clair que l'unique rescapé de 1971 n'avait plus beaucoup de chance de remplir les objectifs qui lui avaient été assignés.

On vous l'avait bien dit !

Nous avions pourtant les moyens de prévoir cet évènement inattendu. Pour les astronomes qui observaient la planète Mars depuis des décennies, la période de l'arrivée de Mariner 9 était propice à l'apparition de tempêtes de poussière.

Effectivement, sur Terre, certains observateurs comme Charles F. Cappen ou Audouin Dollfus à Meudon avaient commencé à relever les signes avant-coureurs de ce qui allait arriver. Dans un article écrit en février 1971, Cappen rappelle que les nuages jaunes (les nuages de poussière tels qu'ils étaient nommés à cette époque), s'ils peuvent être observés en toutes saisons, se développent préférentiellement aux alentours des oppositions périhéliques.

Pendant cette période, c'est le début du printemps dans l'hémisphère sud et le pôle sud est pointé vers le soleil. Comme Mars est à son périhélie (c'est à dire à sa distance minimale par rapport à notre soleil), le pôle sud reçoit une plus grande quantité d'énergie de sa part que le pôle nord à la même saison. Le printemps dans l'hémisphère sud est effectivement plus chaud que le printemps dans l'hémisphère nord. Les contrastes de températures qui existent alors entre la calotte polaire glacée et les terrains alentours en cours de dégel donnent naissance à des vents violents. Ceux ci commencent à incorporer dans l'atmosphère des particules très fines de poussière, que l'on trouve partout à la surface de la planète. La présence de poussière dans l'atmosphère va accroître d'autant plus le déséquilibre thermique. Les vents redoublent de puissance et finissent par accoucher d'une tempête de poussière. Si ces tempêtes se développent le plus souvent au niveau local ou régional, elles atteignent parfois le stade planétaire. Ce sera le cas en 1971.

Mais Cappen était allé encore plus loin et il avait carrément prédit à l'avance la situation à laquelle allait être confronté Mariner 9. Il note dans son article que si un nuage jaune brillant vient à apparaître au-dessus de la région d'Hellespontus (comme cela avait été le cas en 1956), il pourrait s'étendre à la totalité de la planète et interférer avec la mission dévolue à la sonde spatiale Mariner 9. Le 21 septembre, six mois après l'opposition et comme pour lui donner raison, une petite tache jaunâtre prend naissance au-dessus d'Hellespontus, dans la région de Noachis. Jour après jour, le nuage poussiéreux grossi pour finalement englober la totalité de la planète.

La grande tempête de poussière qui a surpris les responsables de la mission Mariner 9 avait donc été prévue puis observée par les astronomes. N'ayant pas été associé au programme Mariner, ces derniers ont fait remarquer à juste titre qu'une pareille situation aurait pu être évité s'il avait été écouté avec d'avantage de sérieux...

La patience de Mariner 9

Malheureusement, ce ne fut pas le cas, et voici notre sonde Mariner 9 en orbite autour d'une planète en furie. Pour la sonde, il n'y avait pas grand chose à faire, à part attendre. Heureusement, Mariner 9 était entièrement programmable, et les caméras inutiles pouvaient être temporairement coupées pour augmenter leur durée de vie ou pointées vers d'autres objets plus intéressants. Sur une idée de Carl Sagan, et en attendant l'apaisement de la tempête, Mariner 9 se reporta sur Phobos et Deimos. Alors que personne (à l'exception du célèbre astronome et de quelques autres) n'avait manifesté le moindre intérêt pour les deux satellites martiens lors de la conception de la mission, ceux ci commencèrent soudain à en intéresser plus d'un !

On reconnaît aujourd'hui volontiers que le succès de Mariner a surtout découlé de ses capacités d'adaptations. Mariner 9 avait de la compagnie en orbite, et deux orbiteurs soviétiques, Mars 2 et Mars 3, l'avaient rejoint. Mais les engins soviétiques étaient prisonniers de leur programmation. Si la tempête de poussière de 1971 n'a été qu'un petit désagrément pour Mariner 9, elle a condamné à la plus parfaite inutilité la mission de Mars 2 et de Mars 3.

D'autres instruments furent pointés vers la couverture poussière qui enveloppait Mars. Après tout, ce n'était pas tous les jours qu'une sonde pouvait assister à un pareil déchaînement atmosphérique, et il aurait été dommage de ne pas étudier la tempête elle-même, aussi désagréable soit-elle pour la mission. Mariner 9 se met donc à collecter des informations sur la vitesse des vents, la finesse des particules de poussières et l'épaisseur des nuages.

La tempête de poussière commença à décliner au cours du mois de novembre et du mois de décembre. La tourmente cessa véritablement le 1er janvier 1972. Au mois de mars 1972, l'atmosphère était redevenue parfaitement claire. Au fur et à mesure que les vents diminuaient d'intensité et que la poussière sédimentait vers la surface, les points noirs se dégageaient petit à petit de leur enveloppe de coton et laissèrent bientôt apparaître un spectacle incroyable. Ces points noirs, qui avaient du empêché plus d'un scientifique de dormir tranquille, se métamorphosaient en volcans boucliers géants. Des édifices d'une hauteur incroyable, dont le sommet culmine à plus de 20 kilomètres ! Des volcans tellement imposants que leur caldeira est parvenue à pointer au-dessus de la tempête planétaire ! Mais cette découverte, aussi spectaculaire soit-elle, ne sera qu'un hors-d'œuvre. Mars a bien d'autres surprises à exhiber devant les instruments de Mariner 9.

La nouvelle Mars

Contrairement à ce que laissait présager le crash de Mariner 8 et l'accueil désagréable que Mariner 9 reçu en arrivant à destination, la mission sera un succès éclatant et tous les objectifs seront accomplis. S'il fallait résumer en une seule phrase l'apport de Mariner 9, on pourrait dire que cette sonde nous a montré, pour la première fois, la planète Mars telle qu'elle est réellement.

Les résultats ramenés par cette unique sonde sont véritablement étourdissants. Les planétologues furent submergés par la masse des informations recueillies (la sonde ramena 27 fois plus de données que la somme de toutes celles accumulées par les autres sondes martiennes réunies). La révolution apportée par Mariner 9 dans notre compréhension de la planète est bien résumée par les découvertes réalisées grâce aux caméras. Mariner 9 a ainsi découvert le volcan géant Olympus Mons, le dôme de Tharsis et ses trois volcans boucliers, l'immense canyon de Valles Marineris (nommé ainsi en l'honneur de la sonde), la structure des calottes polaires, les dépôts stratifiés, l'activité éolienne de surface (dépôts et érosion), l'intense activité tectonique de surface (failles, ravins, fractures de la croûte), les différents types de cratères d 'impact et la célèbre dichotomie martienne avec les hauts plateaux cratérisés de l'hémisphère nord et les basses plaines de l'hémisphère nord.

La découverte la plus importante de Mariner 9 reste sans doute la mise en évidence des réseaux de vallées et des chenaux d'inondations. Ces structures, qui ressemblaient à s'y méprendre à des lits de rivières asséchées, prouvaient que la planète Mars n'avait pas toujours été gelée et aride et qu'à une époque lointaine, le climat devait être suffisamment chaud et l'atmosphère suffisamment dense pour permettre à l'eau liquide d'exister à sa surface. Une nouvelle fois, Mars allait réveiller une obsession millénaire. Les photos de Mariner 4 semblaient avoir définitivement enterré l'idée de trouver de la vie sur Mars. Mais voila que Mariner 9 nous montrait des traces d'une érosion fluviale à la surface de la planète rouge. Difficile alors dans ces conditions de ne pas repenser à une éventuelle vie martienne. Pour répondre à cette question qui ne cesse de les hanter, les américains lanceront les sondes Viking. Personne ne s'en souvient aujourd'hui, mais ces sondes doivent une part de leurs extraordinaires résultats à quelques photos prises par un vaisseau spatial, sur lequel on ne portait que bien peu d'espoir.

En tout, Mariner 9 a collecté 7329 images. Celles de la caméra à grand angle couvrent la totalité de la planète, sans exception. Celles de la caméra à angle étroit ne montrent que certaines régions, mais avec une résolution de 100 mètres par pixels, soit une amélioration de la précision d'un facteur dix par rapport aux images de Mariner 4.

Au niveau météorologie, les découvertes sont également légions. Sans compter bien sur l'étude des tempêtes de poussière (globales et locales), Mariner 9 nous a montré des fronts nuageux, des nuages de glace, des nappes de brouillard dans certaines vallées au petit matin, les nuages d'ondes. Elle a aussi effectué des mesures de la composition, de la densité, de la pression et de la température atmosphérique.

Le radiomètre infrarouge a permis la mesure de l'inertie thermique de la majorité de la surface martienne, ce qui permet d'obtenir des informations sur la taille des particules qui la constitue. Le radiomètre a profité avec avantage de la tempête de poussière pour observer le réchauffement du sol martien. Pendant la tempête, les particules de poussière empêchèrent les rayons du soleil d'atteindre la surface de Mars, qui se refroidissait. Quand l'écran poussiéreux se mis à disparaître, les rayons du soleil pouvaient de nouveau frapper les terrains martiens, qui se réchauffaient rapidement. Le taux de réchauffement mesuré par le radiomètre infrarouge a prouvé que le sol martien était un très mauvais conducteur de la chaleur et que son inertie thermique est très basse. Aucune corrélation avec les fameuses taches d'albédo (claires et sombres) qui apparaissent dans un télescope ou une lunette n'a été mise en évidence. Aucune région n'a montré des anomalies thermiques et aucun point chaud (qui aurait pu indiquer une éventuelle activité volcanique) n'a été découvert par le radiomètre. La surface des deux lunes martiennes a également été étudiée, et l'on s'est rendu compte qu'elle constituait elle aussi un conducteur thermique médiocre.

De son côté, le spectromètre infrarouge a obtenu plus de 20 000 spectres et a permis la détection de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau, de grains de poussière dans l'atmosphère, ainsi que de cristaux de glace d'eau au sein des nuages. La pression atmosphérique de surface a été déterminée au-dessus de nombreuses régions, et les valeurs s'étalaient entre 1,5 mbars et 8 mbars. L'instrument a également montré que la vapeur d'eau existait dans l'atmosphère martienne, mais dans des quantités très faibles. La hauteur d'eau précipitable pendant la tempête de poussière était d'environ 10 microns (à l'exception du pôle nord). Cette valeur a augmenté pour atteindre 20 à 50 microns pendant le printemps et l'été de l'hémisphère boréal (sans doute à cause de la fonte de la calotte saisonnière nord). La température de l'atmosphère, depuis la surface jusqu'à une altitude correspondant à une pression de 0,1 mbar, a été mesurée, et de larges variations diurnes ont été observées, au moins jusqu'à 30 km d'altitude. Toujours d'après les mesures du spectromètre, la poussière en suspension dans l'atmosphère est constituée pour environ 60 % de silicates (oxydes de silicium) et la composition de la surface est similaire à l'échelle de la planète.

Le spectromètre ultraviolet a également obtenu de nombreuses mesures de la pression atmosphérique, ce qui a permis par la suite d'obtenir les altitudes de nombreuses formations. On s'est ainsi rendu compte que la profondeur de Valles Marineris avoisinait les 6 km et que le volcan Olympus Mons s'élevait à plus de 26 kilomètres au-dessus des plaines environnantes. L'ozone atmosphérique a été détecté et cartographié. Absent dans les basses latitudes, sa présence au niveau des hautes latitudes est saisonnière. Les différents types de nuages que l'on avait recensé sur Mars (principalement grâce aux observations télescopiques) ont été étudiés avec profit par le spectromètre ultraviolet (nuages blancs, nuages jaunes et voiles bleus). Le cocon d'hydrogène atomique de la haute atmosphère et de l'exosphère a aussi fait l'objet d'une étude et sa densité a été corrélée avec l'activité solaire. Enfin, un spectre dans l'ultraviolet de la surface de Phobos a été obtenu.

Chaque passage de la sonde derrière le disque martien était l'occasion d'observer la disparition du signal radio émis par la sonde et plus de 300 occultations ont eu lieu à l'issue de la mission. Le dépouillement des résultats a constitué à lui seul un véritable petit challenge. Les scientifiques vont connaître la pression atmosphérique qui règne au-dessus de centaines de régions martiennes. Les valeurs s'étaleront sur un intervalle important (de 2,8 mbars à 10,3 mbars) et l'on se rendra compte que la planète rouge est loin d'être régulière. Les mesures montreront que le gradient de température s'était considérablement réduit pendant la tempête de poussière. L'ionosphère ne sera pas oubliée et Mariner 9 mesurera le pic de la densité électronique pendant la journée entre 134 et 140 km d'altitude.

Mariner 9 a permis de déterminer avec une grande précision les variations du champ de gravité martien et de caractériser la forme cabossée du globe martien : aplatissement aux pôles, bourrelet équatorial et bosse du dôme de Tharsis. La description détaillée du champ de gravité a permis d'augmenter d'un ordre de grandeur la précision des éphémérides et, en corrélation avec des données radars obtenues depuis la Terre, de calculer la hauteur de certains reliefs à 100 mètres près.

Mariner 9 a enfin eu le privilège de réaliser les premières photographies des satellites Phobos et Deimos, d'étudier leur taille, leur forme ainsi que la texture de leur surface.

La fin de Mariner 9

La sonde a terminé sa mission le 27 octobre 1972, à cause de l'épuisement du gaz utilisé par le système de contrôle d'attitude. Comme il n'était plus possible de contrôler l'orientation de la sonde, les responsables lui ordonnèrent de se taire à jamais. La sonde aura travaillé pendant 349 jours, une durée bien supérieure à ce qui était prévu initialement (90 jours).

Carl Sagan, dans son livre Cosmic Connection, raconte à propos de la fin de Mariner 9 une anecdote intéressante. Un an avant le lancement de la sonde, certains ingénieurs s'étaient penchés sur le risque encouru par l'épuisement du gaz utilisé par le système de contrôle d'attitude (de l'azote) et avaient proposé de relier les réservoirs d'ergols alimentant le moteur avec le système de contrôle d'attitude. D'un coût apparemment trop élevé (30 000 dollars), cette proposition a été rejetée. Personne n'imaginait alors que la sonde allait vivre assez longtemps pour épuiser ses réserves d'azote et qu'elle allait fonctionner correctement pendant un an, alors que sa durée de vie théorique était de 90 jours ! La réalisation du raccord aurait pourtant permis à Mariner 9 de travailler pendant encore une année supplémentaire. Les 30 000 dollars auraient permis de réaliser une économie finale de 150 millions de dollars.

 Pour 30 000 dollars en plus, on aurait gagné une sonde 150 millions de dollars de données scientifiques ! Aujourd'hui, Mariner 9 décrit toujours sa ronde autour de Mars, en s'en rapprochant inexorablement. L'orbite sur laquelle Mariner 9 a été abandonné lui confère une durée de vie de 50 ans. Un beau jour de l'année 2022, la sonde rentrera dans l'atmosphère martienne et s'y désintégrera. Après avoir refusé dans un premier temps de lui ouvrir ses portes, la planète rouge accueillera Mariner 9 avec l'honneur du à son rang : celui d'une sonde qui compte parmi les plus belles réussites de toute l'histoire de l'exploration spatiale.

Lancement de Mariner 9

Le 30 mai 1971, la sonde Mariner 9 s'élance fièrement vers la planète Mars (Crédit photo : NASA/JPL).

Mariner 9

La sonde Mariner 9 devait travailler à l'origine en tandem avec Mariner 8. Chaque sonde devait réaliser une étude complémentaire de la planète rouge. Mariner 8 avait la tache de cartographier la surface, alors que Mariner 9 devait au contraire se pencher sur les changements saisonniers de la surface et de l'atmosphère. La perte au lancement de la première obligea les ingénieurs à reprogrammer la sonde restante pour une mission de synthèse. La petite sonde allait parfaitement s'acquitter de son travail. Sur la photographie, on distingue la structure prismatique métallique centrale qui constitue le corps de la sonde, les quatre panneaux solaires disposés en croix, l'antenne grand gain en vert, la tuyère du moteur en haut et la plate-forme scientifique mobile en bas (Crédit photo : NASA/JPL).

Schéma technique de la sonde Mariner 9. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Mariner 9 en orbite

Vue d'artiste de la sonde américaine Mariner 9 (Crédit photo : droits réservés).

L'orbite de Mariner 9

Représentation de l'orbite suivie par Mariner 9. Inclinée de 64,3°, elle sera parcourue en 12 heures environ (Crédit photo : droits réservés).

L'orbiteur Mariner 9

Schéma technique de l'orbiteur Mariner 9. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Tempete de poussiere a l'arrivee de Mariner 9 !

Fermé pour congé, réouverture l'année prochaine ! Voici, en gros, le message que Mars a adressé aux caméras de Mariner 9, lorsque celle ci est parvenue au terme de son voyage. L'un des plus importantes tempêtes de poussière jamais observée s'était levé pendant le voyage de Mariner 9 et avait pris une dimension planétaire. La planète entière était voilée sous une épaisse couche poussiéreuse qui ne laissait transpirer aucun détail de la surface, à part quatre étranges points noirs qui paraissaient percer la couche opaque. Ces points sont visibles sur cette image, obtenue 2 jours avant l'insertion en orbite. Trois sont alignés sur une diagonale (au centre en haut) et le quatrième est visible au niveau du limbe gauche de la planète. Lorsque le voile de poussière retombera, les scientifiques émerveillés verront apparaître ce qui se cachait derrière ses taches bizarres : des volcans boucliers géants, dont l'un n'est autre que le plus haut de tout le système solaire : Olympus Mons (la tache isolée à gauche). Les trois autres taches alignées sont les fameux volcans de Tharsis : de bas en haut, Arsia mons, Pavonis Mons et Ascraeus Mons (Crédit photo : NASA/JPL).

La première image de Phobos

Voici la première image jamais prise du satellite martien Phobos par une sonde spatiale. Mariner 9 a obtenu cette photographie au cours de sa 34ème orbite. Elle était alors à une distance de 5540 km du satellite. La sonde a eu largement le temps d'étudier les deux lunes martiennes en attendant que la tempête de poussière s'apaise. On distingue déjà sur ce premier cliché de nombreux cratères d'impact, ainsi que la forme totalement irrégulière de la lune, qui ressemble à une grosse patate (Crédit photo : NASA).

L'ombre de Phobos sur le sol martien observée par la sonde Mariner 9

L'ombre de la lune Phobos observée par la sonde Mariner 9 au cours d'une éclipse partielle (Crédit photo : NASA).

Tharsis vu par Mariner 9

Mariner 9 est le premier engin construit par l'homme a s'être placé en orbite autour d'une autre planète. Contrairement aux autres Mariner qui ne pouvaient étudier Mars que le temps d'un survol, Mariner 9 allait pouvoir tranquillement observer Mars dans sa globalité depuis son orbite. Les images de Mariner 9 avaient la taille de petites vignettes que les scientifiques collaient les unes à côté des autres sur une sphère possédant la bonne taille. Ainsi, vignette après vignette, collage après collage, le visage de Mars apparaissait peu à peu. On voit ici la région volcanique de Tharsis telle qu'elle est apparue sous l'objectif de la caméra de Mariner 9. Cette mosaïque est formée de l'assemblage de 22 vignettes qui laissent apparaître au centre l'énorme édifice d'Olympus Mons et en bas à droite les sommets de Pavonis Mons et d'Ascraeus Mons. La comparaison avec l'image précédente est éloquente ! Les photographies de Mariner 9 ont permis d'établir les premières cartes topographies de Mars à différentes échelles : 5 et 25 millionièmes pour les cartes globales, 1 et 1/4 de millionième pour les cartes régionales (Crédit photo : NASA/JPL).

Olympus Mons (image Mariner 9)

Le volcan géant Olympus Mons, tel qu'il est apparu à la sonde américaine Mariner 9. Cet édifice démesuré prouvait que l'histoire géologique martienne avait été très intense et complexe, chose que l'on ignorait totalement (Crédit photo : NASA/JPL).

Nirgal Vallis (image Mariner 9)

Photographie de la sonde Mariner 9 montrant le long tracé de Nirgal Vallis. En 1965, les images obtenues par Mariner 4 avaient laissé penser que Mars ressemblait bien plus à la Lune qu'à notre planète. Cette vision d'un astre stérile et désolé sera en partie confirmée par les missions Mariner 6 et Mariner 7, même si ces deux engins avaient déjà découvert des terrains qui n'avaient aucun équivalent lunaire. Lorsque les images de Mariner 9 ont commencé à montrer des figures d'érosion évoquant des vallées fluviales, les scientifiques ont compris que Mars était une planète bien plus intéressante que prévue. Aujourd'hui aride et desséchée, la surface martienne portait les traces d'une intense activité fluviale, témoignage d'une période ou le climat avait été plus chaud et plus humide. Brusquement, les scientifiques se remirent à parler de la possibilité d'y trouver des formes de vie ... (Crédit photo : NASA/JPL).

Tableau récapitulatif des missions américaines vers Mars pour l'année 1971

Numéro

Date de lancement

Nom(s)

Pays

Lanceur et sonde

Résultat

14 8 mai 1971
(Cap Canaveral, complexe LC36A)
Mariner 8, Mariner H Drapeau américain Atlas SLV-3C s/n AC-24 / Centaur D-1A s/n 5405C. Sonde de type Mariner Echec : la sonde ne quittera pas l'orbite terrestre. Lors du lancement, le second étage ne fonctionne pas à la suite d'une défaillance du pilote automatique. La sonde retombe dans l'Atlantique à 260 km de Porto Rico.
15 30 mai 1971
(Cap Canaveral, complexe LC36B)
Mariner 9, Mariner Mars 71 Mariner-I 05261 Drapeau américain Atlas SLV-3C s/n AC-23 / Centaur D-1A s/n 5404C. Sonde de type Mariner Succès : première mise en orbite d'une sonde spatiale autour d'une autre planète le 14 novembre 1971. Pendant deux mois, la sonde étudiera les satellites Phobos et Deimos en attendant qu'une tempête de poussière s'apaise. Elle assurera ensuite la couverture photographique complète de la planète en prenant 7329 images (2 % des images avec une résolution de 100 à 300 mètres/pixel). Découverte d'Olympus Mons, des boucliers volcaniques de Tharsis, de Valles Marineris, de la structure des calottes polaires, des dépôts stratifiés, de l'activité éolienne, des vallées fluviales. Etude des tempêtes de poussière et du champ de gravité martien. Mesures de la composition, de la densité, de la pression et de la température atmosphérique, de la température et de la composition de surface. Mariner 9 est désactivée le 27 octobre 1972 à la suite de l'épuisement du gaz utilisé par le système de contrôle d'attitude.

 

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