Sur Terre, le forage des calottes polaires a permis de retrouver la trace des variations des climats sur 400 000 ans avec une grande précision, et d’établir leur relation avec les variations de l’insolation à sa surface résultant des perturbations planétaires (Petit et al., Nature, 399, 429, (1999)). Sur Mars, il est encore impossible d’effectuer un forage des calottes polaires comme cela a pu être fait récemment sur Terre. Cependant, les images des crevasses des calottes polaires martiennes prises par la sonde Mars Global Surveyor présentent une résolution suffisante pour permettre pour la première fois d’établir une corrélation entre les variations de l’insolation à la surface de Mars et les stratifications observées de ses calottes polaires.

Depuis que les premières images des sondes Viking ont mis en évidence les stratifications des calottes polaires martiennes, les astronomes ont supposé que ces couches résultent des variations climatiques à la surface de la planète, mais la qualité des mesures anciennes n’était pas suffisante pour pouvoir établir une relation précise entre les données et les calculs des variations d’insolation à la surface de Mars. Les mécanismes régissant l’accumulation de ces calottes sont aussi très incertains, et plusieurs ordres de grandeur subsistaient dans les temps estimés de l’accumulation de ces couches. Les images à haute résolution de la sonde Mars Global Surveyor ont maintenant une résolution suffisante pour permettre une étude détaillée de ces couches (Figure1).

Figure 1. Image de la calotte

polaire nord de Mars prise par la caméra à

grand champ de Mars Orbital Camera ( MOC). Les crevasses présentes dans les

calottes polaires montrent une stratification avec des

bandes claires et des bandes plus sombres visibles sur

les images de la caméra à haute

résolution. Ici l’image M00-2100 prise le 13 avril

1999. L’origine précise de ces stratifications est

encore incertaine mais il est fort probable qu’elles

résultent des fortes variations climatiques

à la surface de Mars, les couches sombres

correspondant à des couches où la

densité des poussières est plus

importante.

Image : NASA/JPL/Malin Space Science Systems

Figure 1. Image de la calotte

polaire nord de Mars prise par la caméra à

grand champ de Mars Orbital Camera ( MOC). Les crevasses présentes dans les

calottes polaires montrent une stratification avec des

bandes claires et des bandes plus sombres visibles sur

les images de la caméra à haute

résolution. Ici l’image M00-2100 prise le 13 avril

1999. L’origine précise de ces stratifications est

encore incertaine mais il est fort probable qu’elles

résultent des fortes variations climatiques

à la surface de Mars, les couches sombres

correspondant à des couches où la

densité des poussières est plus

importante.

Image : NASA/JPL/Malin Space Science Systems Comme pour la Terre, les perturbations planétaires induisent des variations à longue période des paramètres de l’orbite et de l’orientation de l’axe (obliquité) de Mars. Sur Terre, les variations de l’obliquité sont de seulement 1,3 degré autour de la valeur moyenne de 23,3 degrés, mais cette variation est suffisante pour induire des variations de l’insolation à la surface de la Terre dans les hautes latitudes en été qui sont à l’origine du déclenchement des périodes glaciaires du quaternaire. C’est la théorie de Milankovitch des climats. Pour Mars, les variations de l’orbite et de l’orientation de la planète sont beaucoup plus importantes (Figure 2). L’équipe de l’Institut de Mécanique Céleste (Observatoire de Paris), en collaboration avec un chercheur de Brown University, a pour la première fois établi une corrélation entre les variations observées de la luminosité des couches des calottes polaires martiennes, et les variations de l’insolation à la surface de la planète résultant des perturbations planétaires. Ces résultats permettent de proposer que les 250 m les plus récents de cette calotte se sont accumulés en 500 000 ans, ce qui correspond à un taux de déposition moyen de 0,05 cm/an.

Figure 2. Variations de

l’obliquité (angle entre le plan de l’orbite et le

plan de l’équateur), de l’excentricité et

de l’insolation au pôle nord de Mars en

été, calculées sur 10 millions

d’années dans le passé. Ces variations

résultent des perturbations gravitationnelles

exercées par les autres planètes du

Système solaire.

Figure 2. Variations de

l’obliquité (angle entre le plan de l’orbite et le

plan de l’équateur), de l’excentricité et

de l’insolation au pôle nord de Mars en

été, calculées sur 10 millions

d’années dans le passé. Ces variations

résultent des perturbations gravitationnelles

exercées par les autres planètes du

Système solaire. Les chercheurs qui ont mené cette étude sont Jacques Laskar , Benjamin Levrard (Observatoire de Paris, France), John Mustard (Brown University, USA).----
Référence : J. Laskar, B. Levrard, J. Mustard, " Orbital forcing of the martian layered deposits", Nature, 26 septembre 2002

Contact

Jacques Laskar (Observatoire de Paris, IMCCE)

Dernière modification le 22 février 2013

 On Earth, the coring of the ice polar caps allowed to recover the signature of the climate evolution over more than 400 000 years with great precision, and to establish their correlation with the variation of the insolation on Earth’s surface resulting from planetary perturbations (Petit et al., Nature, 399, 429, (1999)). On Mars, it is still impossible to core the ice caps as it was successfully done on Earth. Nevertheless, the pictures of the crevasses of the martian ice caps taken by the Mars Global Surveyor high resolution camera show enough details to allow for the first time to correlate the insolation variations on the martian surface with the observed stratification of the ice caps.

Since the first image of the Viking spacecrafts revealed the stratification of the martian ice caps, it was assumed that the observed layers result from climatic variations on the planet surface, but the quality of the pictures was not sufficient to allow for a precise correlation between the observed data and the computation of the insolation variation on the martian surface. The mechanism governing the accumulation of these ice layers are also very uncertain and many orders of magnitude still remained in the estimated accumulation rates of the layers. The high resolution pictures of the Mars Global Surveyor camera present now enough details to allow for a refined study of these layers (Figure 1).

Figure1. Image of the martian

North polar cap taken by the wide field camera of Mars

Orbital Camera (MOC). The crevasses on the ice caps are

layered with white and darker bands visible on the images

taken by the high resolution camera. Here,the image

M00-2100 was taken on April 13, 1999. The precise origin

of these layers is still uncertain, but it is very likely

that they result from the strong climatic variations on

Mars surface, the darker bands corresponding to higher

density of dust.

Image : NASA/JPL/Malin Space Science Systems

Figure1. Image of the martian

North polar cap taken by the wide field camera of Mars

Orbital Camera (MOC). The crevasses on the ice caps are

layered with white and darker bands visible on the images

taken by the high resolution camera. Here,the image

M00-2100 was taken on April 13, 1999. The precise origin

of these layers is still uncertain, but it is very likely

that they result from the strong climatic variations on

Mars surface, the darker bands corresponding to higher

density of dust.

Image : NASA/JPL/Malin Space Science Systems As for the Earth, the planetary perturbations lead to long period variations of the martian orbital elements and tilt of the spin axis (also called obliquity). On Earth, the obliquity variations are of 1.3 degrees around its mean value (23.3 degrees), but according to Milankovitch theory of paleoclimates, these variations are sufficient to induce large variations of the summer insolation in high latitudes on the Earth surface (at the limit of the ice caps) that are at the origin of the ice ages of the quaternary. On Mars, the orbital and obliquity variations are much larger than on the Earth (Figure 2). The group of the Institute of Celestial Mechanics (Paris Observatory), in collaboration with a researcher from Brown University, was able to establish for the first time a correlation between the observed variations of the luminosity of the ice cap layers and the computed variations of the insolation on the martian surface, resulting from planetary perturbations. These results allow to propose that the more recent 250 m of the ice cap were accumulated in 500 000 years, corresponding to a mean deposition rate of 0.05 cm/year.

Figure2. Variations of Mars

obliquity (angle between the planet equator and orbital

plane), eccentricty, and summer insolation at the north

pole surface, computed over 10 million years. These

variations result from the gravitational planetary

perturbations exerted by the other planets of the solar

system.

Figure2. Variations of Mars

obliquity (angle between the planet equator and orbital

plane), eccentricty, and summer insolation at the north

pole surface, computed over 10 million years. These

variations result from the gravitational planetary

perturbations exerted by the other planets of the solar

system. Jacques Laskar , Benjamin Levrard (Observatoire de Paris, France), John Mustard (Brown University, USA).

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Reference : J. Laskar, B. Levrard, J. Mustard, " Orbital forcing of the martian layered deposits", Nature, 26 septembre 2002

Contact

Jacques Laskar (Observatoire de Paris, IMCCE)

Dernière modification le 4 mars 2013