Le cycle des saisons

Le cycle des saisons martiennes est du à la combinaison de deux facteurs : l'inclinaison de l'axe de rotation de Mars sur son orbite (que l'on appelle également obliquité) et une forte excentricité orbitale. Sur la Terre, l'inclinaison détermine presque tous les changements annuels, car l'orbite de notre planète est pratiquement circulaire. Alors que sur Mars, la combinaison de l'excentricité orbitale et d'une inclinaison légèrement plus élevée que celle de la Terre donne naissance à des changements saisonniers plus importants que ceux que l'on observe dans les régions les plus froides de notre globe.

L'inclinaison de l'axe de rotation (obliquité)

La température à la surface d'une planète est principalement déterminé par la quantité de rayons solaires qui tombent à un endroit donné. Si une planète ne présentait pas d'inclinaison sur son axe, la température serait toujours très élevée à l'équateur (ou les rayons du Soleil tombent avec un angle de 90°) et beaucoup plus faible au niveau des pôles. Mais si la planète est inclinée sur son axe de rotation, l'angle avec lequel la lumière du soleil arrive va varier au cours de l'année. Pendant la moitié de l'année, les pôles seront plongés dans l'obscurité, alors qu'ils seront dans la lumière pendant l'autre moitié.

L'inclinaison de Mars sur son orbite (25° 12') est assez proche de celle de la Terre (23° 27'), et les heures de jour et de nuit au cours de l'année sont à peu près les mêmes que sur la Terre. Cependant, les variations de la température sur Mars suivent de plus prés les heures de jour que sur Terre, car l'atmosphère est plus fine, transparente, et Mars ne possède pas de grandes étendues d'eau qui peuvent stocker la chaleur.

L'excentricité de l'orbite martienne

La planète Mars présente la plus forte excentricité du système solaire (si l'on excepte Pluton). Cette caractéristique a deux conséquences importantes.

D'une part, la distance qui sépare Mars du Soleil va varier au cours d'une année martienne, entre environ 1,66 UA (249,1 millions de kilomètres) et 1,38 UA (206,5 millions de kilomètres). UA signifie Unité Astronomique, soit la distance moyenne qui sépare la Terre du Soleil (149 597 870 km). La durée des saisons varie donc d'une manière plus importante que sur Terre (dont l'orbite est presque circulaire). Le printemps et l'été martien durent plus longtemps (372 jours) que l'automne et l'hiver (297 jours) dans l'hémisphère Sud. De plus, comme la planète Mars est séparée du Soleil de 1,52 UA en moyenne (227,9 millions de kilomètres), le flux solaire vaut 0,43 fois celui de la Terre.

D'autre part, on observe des différences majeures de la vitesse de révolution de Mars sur son orbite. A l'aphélie (le point le plus éloigné du soleil), Mars progresse très lentement et c'est le contraire au périhélie (le point le plus proche du soleil). L'été est la saison la plus longue sur Terre car notre planète est alors proche de l'aphélie. De manière similaire, une bonne partie du printemps et le début de l'été ont lieu lorsque Mars est proche de l'aphélie, et l'été dans l'hémisphère Nord dure donc plus longtemps que dans l'hémisphère Sud.

On pourrait s'attendre à ce que l'été dans l'hémisphère nord soit plus chaud que celui de l'hémisphère sud, à cause de la durée du printemps et de l'été, mais aussi parce que les rayons du soleil tombent directement à la surface de Mars. En fait ce n'est pas le cas. L'excentricité de l'orbite de Mars permet à Mars de recevoir 44% de lumière solaire en plus au périhélie (c'est alors l'été dans l'hémisphère sud) qu'à l'aphélie. Donc l'été dans l'hémisphère sud est plus court (de 24 jours), mais aussi plus chaud (il peut exister une différence de 30° entre les deux hémisphères) que l'été dans l'hémisphère nord. Ce qui explique que la calotte polaire sud disparaît souvent entièrement pendant l'été, alors que ce n'est pas le cas pour la calotte polaire nord. Parallèlement, les hivers dans l'hémisphère sud sont plus longs et froid que ceux de l'hémisphère opposé, car Mars est à l'aphélie pendant cette période.

Les saisons sur Mars sont donc très marquées et de durées inégales. Et comme l'année martienne dure 668,599 jours (687 jours terrestres), elles sont aussi beaucoup plus longues.

Les saisons martiennes

Pour déterminer la saison sur Mars, on utilise souvent la longitude solaire (Ls ou L). Ls est l'angle que forme la ligne Mars-Soleil avec la ligne de référence Mars-Soleil lors de l'équinoxe de printemps. Ainsi, à l'équinoxe de printemps, Ls vaut 0. Pendant le solstice d'été, Ls vaut 90, 180 pendant l'équinoxe d'automne et 270 pendant le solstice d'hiver.

Saison (hémisphère nord) Durée de la saison sur Terre en jours terrestres Durée de la saison sur Mars en jours martiens
Printemps 93 194
Eté 93 178
Automne 90 143
Hiver 89 154

 

Saison Hémisphère Nord Hémisphère Sud
Hiver

court et doux

long et froid

Eté

long et frais

court et chaud

Les changements saisonniers

Le changement annuel le plus visible sur Mars est sans conteste la variation de taille de la calotte polaire. Pendant les périodes d'obscurité, le CO2 atmosphérique se condense sur la calotte et celle ci grossit fortement. Au contraire, pendant les périodes ou le pôle connaît la lumière du Soleil, le CO2 se sublime dans l'atmosphère (il passe directement de l'état solide à l'été gazeux). Comme le CO2 est le constituant majeur de l'atmosphère de Mars, la pression atmosphérique globale connaît des variations importantes de l'ordre de 25% (soit une variation de 7 à 9 mbars). On pourrait alors penser que la quantité de CO2 qui se condense d'un coté est compensé par la quantité de CO2 qui se sublime de l'autre coté et que la pression atmosphérique globale ne devrait donc pas varier. Cependant, comme nous l'avons déjà vu, l'excentricité de l'orbite de Mars est telle que la distance qui sépare Mars du Soleil quand l'un des pôles est ensoleillé est différente de celle qui sépare Mars du Soleil lorsque l'autre pôle est illuminé. Ce qui explique que 30 % de l'atmosphère se condense au pôle Sud pendant l'hiver, alors que le pôle Nord ne reçoit que 40 % de la quantité de CO2 déposée au pôle Sud.

Obliquité

L'inclinaison de l'axe de rotation de Mars (en rouge) lui permet de connaître, comme la Terre, un cycle des saisons. Mais l'excentricité de l'orbite martienne a également son mot à dire (Crédit photo : © Philippe Labrot).

Diagramme des saisons

Le cycle des saisons de Mars : en bas, on peut voir Mars lors de l'équinoxe de printemps (début du printemps dans l'hémisphère nord, la distance Mars Soleil est de 1,56 UA). Pendant cette période, la lumière du soleil tombe directement à l'équateur. A gauche, c'est le solstice d'hiver et le pôle nord est plongé dans une obscurité permanente (la distance Mars Soleil est de 1,38 UA). En haut, c'est l'équinoxe d'automne et les rayons du soleil frappent à nouveau l'équateur avec un angle de 90° (distance Mars Soleil est de 1,45 UA). Enfin, à droite, c'est le solstice d'été, et le soleil ne se couche jamais au pôle nord (la distance Mars Soleil est de 1,66 UA). Quand on parle de solstice ou d'équinoxe, on se réfère toujours à l'hémisphère nord (la situation est donc inversée dans l'hémisphère sud). Remarque : Equinoxe signifie "equal night" et ce terme se réfère donc au jour de l'année (équinoxe de printemps ou d'automne) ou il y a autant d'heures de jour que de nuit partout sur la planète. Quant au terme Solstice, il signifie "the Sun stands still", et indique donc le moment ou les heures du lever et du coucher du Soleil ne varient presque plus (Crédit photo : NASA).

Variation de la calotte polaire

Variation saisonnière de la calotte polaire Nord (image du télescope spatial Hubble). Au début du printemps martien (à gauche), la calotte s'étend jusqu'à 60 °N. Trois mois plus tard (au milieu), les glaces ne dépassent pas 70°N et l'on commence à distinguer l'anneau noir formé par les dunes de sable (remarquez aussi la forme hexagonale de la calotte). Cet anneau devient particulièrement bien visible au début de l'été martien (à droite). La calotte de l'image de droite est presque coupée en deux par un canyon qui s'enfonce profondément dans le pole nord, Chasmas Borealis. Des zones glacées persistent au sud de la calotte. Les points blancs visibles en bas de l'image sont des cratères remplis de glace (Crédit photo : Hubble Space Telescope).

 

Les saisons sur Mars

Comme la Terre, l'axe de rotation de Mars est incliné (25,2°) et la planète connaît donc un cycle des saisons. Le diagramme ci-dessus indique les saisons pour l'hémisphère nord (pour l'hémisphère sud il suffit d'inverser !). L'orbite martienne est fortement excentrique et la distance qui sépare la planète rouge du Soleil n'est pas la même en été et en hiver. Lorsque c'est l'hiver dans l'hémisphère nord, la planète est au plus près du soleil (périhélie) et l'insolation est maximale. A cette période de l'année, Mars reçoit environ 40 % d'énergie solaire en plus par rapport au pôle nord dans la situation opposée. L'hiver nordique est donc assez doux. Comme la planète avance rapidement dans cette partie de l'orbite (d'après les lois de Kepler, plus une planète est proche du soleil, plus elle se déplace vite), l'hiver est également bref. Au même moment, c'est l'été dans l'hémisphère sud. Celui-ci est court et chaud. Les forts contrastes de température qui existent alors entre les glaces de la calotte polaire résiduelle australe et les terrains en cours de réchauffement favorisent l'apparition des tempêtes de poussière.

A l'inverse, lorsque c'est l'été dans l'hémisphère nord, la planète est à l'aphélie, le point de l'orbite le plus éloigné du soleil. Mars se déplace plus lentement sur son orbite et reçoit moins de chaleur du soleil. L'été nordique est donc long et assez frais. Au même moment l'hémisphère sud connaît un hiver très froid et rigoureux. Le diagramme montre aussi clairement que le printemps et l'été (194 jours et 178 jours) durent plus longtemps que l'automne et l'hiver (143 jours et 154 jours). La longitude solaire (Ls) est indiquée pour les équinoxes et les solstices. Les équinoxes de printemps et d'automne marquent respectivement le début du printemps et de l'automne. Au moment des équinoxes, la durée du jour est égale à celle de la nuit pour n'importe quel endroit du globe. Aucun des pôles n'est incliné vers le soleil. Les solstices d'été et d'hiver marquent le début des saisons correspondantes. En été, le pôle nord pointe vers le soleil, et dans la direction opposée lorsque c'est l'hiver (Crédit photo : © Philippe Labrot, d'après un schéma du Laboratoire de Météorologie Dynamique. La petite planète est de Calvin J. Hamilton).

 

Labrot © 1997-2017. Dernière mise à jour : 1er juillet 2001. Des commentaires, corrections ou remarques ? N'hésitez pas, écrivez moi!

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