Mars

Mars est la quatrième planète par ordre de distance croissante au Soleil et la deuxième par masse et par taille croissantes sur les huit planètes que compte le Système solaire. Son éloignement au Soleil est compris entre 1,381 et 1,666 UA, avec une période orbitale de686,71 jours.

C’est une planète tellurique, comme le sont Mercure, Vénus et la Terre, environ dix fois moins massive que la Terre mais dix fois plus massive que la Lune. Sa topographie présente des analogies aussi bien avec la Lune, à travers ses cratères et ses bassins d'impact, qu'avec la Terre, avec des formations d'origine tectonique et climatique telles que des volcans, des rifts, des vallées, des mesas, des champs de dunes et des calottes polaires. La plus grande montagne du Système solaire, Olympus Mons (qui est aussi unvolcan bouclier), et le plus grand canyon, Valles Marineris, se trouvent sur Mars.

Mars a aujourd'hui perdu la presque totalité de son activité géologique interne, et seuls des événements mineurs surviendraient encore épisodiquement à sa surface, tels que desglissements de terrain, sans doute des geysers de CO₂ dans les régions polaires, peut-être des séismes, voire de rares éruptions volcaniques sous forme de petites coulées de lave¹.

La période de rotation de Mars est du même ordre que celle de la Terre, et son obliquité lui confère un cycle des saisons similaire à celui que nous connaissons ; ces saisons sont toutefois marquées par une excentricité orbitale cinq fois et demie plus élevée que celle de la Terre, d'où une asymétrie saisonnière sensiblement plus prononcée entre les deux hémisphères.

Mars peut être observée à l’œil nu, avec un éclat bien plus faible que celui de Vénus mais qui peut, lors d'oppositions rapprochées, dépasser l'éclat maximum de Jupiter, atteignant une magnitude apparente de -2,91², tandis que son diamètre apparent varie de25,1 à 3,5 secondes d'arc selon que sa distance à la Terre varie de 55,7 à 401,3 millions de kilomètres. Mars a toujours été caractérisée visuellement par sa couleur rouge, due à l'abondance de l'hématite amorphe — oxyde de fer(III) — à sa surface. C'est ce qui l'a fait associer à la guerre depuis l'Antiquité, d'où son nom en Occident d'après le dieu Mars de la guerre dans la mythologie romaine, assimilé au dieu Arès de la mythologie grecque. En français, Mars est souvent surnommée « la planète rouge » en raison de cette couleur particulière.

Avant le survol de Mars par Mariner 4 en 1965, on pensait qu'il s'y trouvait de l'eau liquide en surface et que des formes de vie similaires à celles existant sur Terre pouvaient s'y être développées, thème très fécond en science fiction. Les variations saisonnières d'albédo à la surface de la planète étaient attribuées à de la végétation, tandis que des formations rectilignes perçues dans les lunettes astronomiques et les télescopes de l'époque étaient interprétées, notamment par l'astronome amateur américain Percival Lowell, comme descanaux d'irrigation traversant des étendues désertiques avec de l'eau issue des calottes polaires. Toutes ces spéculations ont été balayées par les sondes spatiales qui ont étudié Mars : dès 1965, Mariner 4 permit de découvrir une planète dépourvue de champ magnétique global, avec une surface cratérisée rappelant celle de la Lune, et uneatmosphère ténue.

Depuis lors, Mars fait l'objet de programmes d'explorat

ion plus ambitieux que pour aucun autre objet du Système solaire : de tous les astres que nous connaissons, c'est en effet celui qui présente l'environnement ayant le plus de similitudes avec celui de notre planète. Cette exploration intensive nous a apporté une bien meilleure compréhension de l'histoire géologique martienne, révélant notamment l'existence d'une époque reculée — le Noachien— où les conditions en surface devaient être assez similaires à celles de la Terre à la même époque, avec la présence de grandes quantités d'eau liquide ; la sonde Phoenix a ainsi découvert en été 2008 de la glace d'eau à une faible profondeur dans le sol deVastitas Borealis³.

Enfin, Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Déimos.

Propriété	Valeur martienne	Valeur terrestre (Mars % Terre)
Rayon équatorial	3 396,2 ± 0,1 km	6 378,1 km   (53,3 %)
Rayon polaire	3 376,2 ± 0,1 km	6 356,8 km   (53,1 %)
Rayon moyen volumétrique	3 389,5 km	6 371,0 km   (53,2 %)
Surface	144 798 500 km2	510 072 000 km2   (28,4 %)
Volume	1,6318×1011 km3	1,0832073×1012 km3   (15,1 %)
Masse	6,4185×1023 kg	5,9736×1024 kg   (10,7 %)
Masse volumique moyenne	3 933,5 ± 0,4 kg/m3	5 515 kg/m3   (71,3 %)
Gravité de surface à l'équateur	3,711 m/s2	9,780327 m/s2   (37,9 %)
Vitesse de libération	5 027 m/s	11 186 m/s   (44,9 %)
Période de rotation sidérale	1,02595675 d ≈ 88 642,663 s	86 164,098903691 s   (102,9 %)
Durée du jour solaire	1 sol ≈ 1,02749125 d ≈88 775,244 s	1 d = 86 400 s   (102,75 %)
Inclinaison de l'axe	25,19°	23,439281°
Albédo de Bond	0,25	0,29
Albédo géométrique visuel	0,15	0,367
Demi-grand axe de l'orbite	227 939 100 km	149 597 887,5 km   (152,4 %)
Excentricité orbitale	0,093315	0,016710219   (558,4 %)
Période orbitale	668,5991 sols ≈ 686,971 d	365,256366 d   (188,1 %)
Aphélie	249 209 300 km	152 097 701 km   (163,8 %)
Périhélie	206 669 000 km	147 098 074 km   (140,5 %)
Rayonnement solaire	492 à 715 W/m2	1 321 à 1 413 W/m2
Température moyenne au sol	-63 °C ≈ 210 K	14 °C ≈ 287 K
Température la plus élevée	-3 °C ≈ 270 K	58 °C ≈ 331 K
Température la plus basse	-133 °C ≈ 140 K	-89 °C ≈ 184 K

Variations de l'excentricité

Des sept autres planètes du système solaire, seule Mercure possède une excentricité plus élevée que celle de Mars. Toutefois, par le passé, l'orbite de Mars aurait été plus circulaire qu'aujourd'hui, avec une excentricité d'environ 0,002 il y a 1,35 millions d'années⁴. L'excentricité de Mars évoluerait selon deux cycles superposés, le premier d'une période de 96 000 ans et le second d'une période de2 200 000 ans⁵, de sorte qu'elle devrait encore croître au cours des 25 000 prochaines années⁶.

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Isaac Newton

Sir Isaac Newton (4 janvier 1643 G – 31 mars 1727 G, ou 25 décembre 1642 J – 20 mars 1727 J)^{N 1} est un philosophe, mathématicien, physicien, alchimiste, astronome etthéologien anglais. Figure emblématique des sciences, il est surtout reconnu pour avoir fondé la mécanique classique, pour sa théorie de la gravitation universelle et la création, en concurrence avec Leibniz, du calcul infinitésimal. En optique, il a développé une théorie de la couleur basée sur l'observation selon laquelle un prismedécompose la lumière blanche en un spectre visible. Il a aussi inventé le télescope à réflexion composé d'un miroir primaire concave appelé télescope de Newton.

En mécanique, il a établi les trois lois universelles du mouvement qui sont en fait des principes à la base de la grande théorie de Newton concernant le mouvement des corps, théorie que l'on nomme aujourd'hui Mécanique newtonienne ou encoreMécanique classique.

En mathématiques, Newton partage avec Gottfried Wilhelm Leibniz la découverte ducalcul infinitésimal. Il est aussi connu pour la généralisation du théorème du binôme et l'invention dite de la méthode de Newton permettant de trouver des approximations d'un zéro (ou racine) d'une fonction d'une variable réelle à valeurs réelles.

Newton a montré que le mouvement des objets sur Terre et des corps célestes sont gouvernés par les mêmes lois naturelles ; en se basant sur les lois de Kepler sur le mouvement des planètes¹, il développa la loi universelle de la gravitation.

Son ouvrage Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica^2,3, écrit en 1686, est considéré comme une œuvre majeure dans l'histoire de la science. C'est dans celui-ci qu'il décrit la gravitation universelle, formule les trois lois du mouvement et jette les bases de la mécanique classique. Il a aussi effectué des recherches dans les domaines de la théologie, la philosophie et l'alchimie.

Biographie

L'Angleterre n'ayant alors pas encore adopté le calendrier grégorien, la date de naissance d’Isaac Newton est enregistrée en date du 25 décembre 1642^{N 1}, au manoir de Woolsthorpe près deGrantham, dans le Lincolnshire (Angleterre), de parents paysans. Son père meurt trois mois avant sa naissance et sa mère, Hannah Ayscough se remarie quand le petit Isaac a trois ans. Il est alors placé chez sa grand-mère sous la tutelle de son oncle ; son enfance semble ne pas être très heureuse⁴. À cinq ans, il fréquente l’école primaire de Skillington, puis à douze ans celle deGrantham.

Il y reste quatre années jusqu’à ce que sa mère le rappelle à Woolsthorpe pour qu’il deviennefermier et qu’il apprenne à administrer son domaine. Pourtant, sa mère, s’apercevant que son fils était plus doué pour la mécanique que pour le bétail, l’autorisa à retourner à l’école pour peut-être pouvoir entrer un jour à l’université. À dix-sept ans, Newton tombe amoureux d’une camarade de classe, mademoiselle Storey. On l’autorise à la fréquenter et même à se fiancer avec elle, mais il doit terminer ses études avant de se marier. Finalement, le mariage ne se fit pas et Newton restera alors célibataire toute sa vie⁵.

Newton à Londres

En 1696, il quitte Cambridge pour devenir d'abord gardien de la Royal Mint puis maître de la monnaie dès l’année suivante. Ce poste honorifique est obtenu grâce à l'appui de Charles Montaguun ancien de Cambridge alors Chancelier de l’Échiquier. Il s'impliqua beaucoup dans cette fonction.

Newton estimait que 20 % des pièces de monnaie mises en circulation pendant la Grande Réforme monétaire de 1696 étaient contrefaites¹³. La contrefaçon était considérée comme un acte de trahison, passible de mort par écartèlement, à condition que les preuves soient irréfutables. Newton rassembla donc des faits et démontra ses théories de manière rigoureuse. Entre juin 1698 et Noël 1699, il conduisit environ 200 contre-interrogatoires de témoins, d'informateurs et de suspects et il obtint les aveux dont il avait besoin. Il n'avait pas le droit de recourir à la torture, mais on s'interroge sur les moyens employés puisque Newton lui-même ordonna par la suite la destruction de tous les rapports d'interrogation. Quoi qu'il en soit il réussit et emporta la conviction du jury : en février 1699, dix prisonniers attendaient leur exécution.

Newton obtint son plus grand succès comme attorney royal contre William Chaloner. Celui-là était un escroc particulièrement retors qui s'était suffisamment enrichi pour se poser en riche bourgeois. Dans une pétition au Parlement, Chaloner accusa l'Hôtel des Monnaies de fournir des outils aux contrefacteurs, accusation qui n'était pas nouvelle, et il proposa qu'on lui permît d'inspecter les procédés de l'Hôtel des Monnaies pour les améliorer. Dans une pétition, il présenta au Parlement ses plans pour une invention qui empêcherait toute contrefaçon. Pendant tout ce temps, Chaloner profitait de l'occasion pour frapper lui-même de la fausse monnaie, ce que Newton arriva au bout du compte à démontrer devant le tribunal compétent. Le 23 mars 1699, Chaloner fut pendu et écartelé.

En 1699, il est nommé membre du conseil de la Royal Society et y est élu président en 1703. Il garde cette place jusqu’à sa mort. Auparavant, en 1701, il lit lors d’une réunion le seul mémoire de chimie qu’il a fait connaître et présente sa loi sur le refroidissement par conduction, ainsi que des observations sur les températures d’ébullition et de fusion. Il décide alors de quitter sa chaire lucasienne à l’université de Cambridge.

En 1705, il est anobli par la Reine Anne peut-être moins en raison de ses travaux scientifiques ou de son rôle à la Monnaie que de la proximité d'élections^14,15. En 1717, il analyse les pièces de monnaie et en tire une relation or-argent ; cette relation est officialisée par une loi de la reine Anne. Isaac Newton tombe malade en 1724. Trois ans plus tard, il se remet à peine d’une crise de goutte qu’il se rend àLondres pour présider une réunion de la Royal Society. Ce voyage le fatigue terriblement... De retour à Kensington, il doit rester alité et meurt le 31 mars 1727, à l'âge de 84 ans. Son corps fut alors porté en grande pompe et inhumé dans la nef de l'abbaye de Westminster, aux côtés des rois d’Angleterre.

Newton est considéré comme l’un des plus grands génies et savants de l’histoire humaine

Théories scientifiques

Quant à la méthode, Newton n'accepte que les relations mathématiques découvertes par l'observation rigoureuse des phénomènes. D'où sa fameuse formule :

« Je ne feins pas d'hypothèses (Hypotheses non fingo). »¹⁶

Il précise :

« Tout ce qui n'est pas déduit des phénomènes, il faut l'appeler hypothèse ; et les hypothèses, qu'elles soient métaphysiques ou physiques, qu'elles concernent les qualités occultes ou qu'elles soient mécaniques, n'ont pas leur place dans la philosophie expérimentale. »

La loi universelle de la gravitation

Outre la mise au point du fonctionnement du premier télescope à réflexion composé d'un miroir primaire concave, Newton découvrit la loi universelle de la gravitation ou de l'attraction universelle en tant que cause des mouvements des planètes. En 1684, Newton informa par une lettre adressée à son ami Edmond Halleyqu'il a résolu le problème de la force inversement proportionnelle au carré des distances et celui des orbites elliptiques introduit par Kepler³².

En 1685, il rédigea son opuscule De motu corporum in gyrum (sur le mouvement) dans lequel il décrit sa loi, unifiant ainsi la mécanique terrestre et la mécanique céleste. Il exprime cette loi de manière simplifiée par l'expression mathématique suivante :

où  est le vecteur unitaire indiquant la direction du mouvement,  la force et G une constante de proportionnalité ou la constante gravitationnelle. Par sa formule résultante des trois lois de Kepler, il expliqua et démontra les mouvements des planètes autour de leur orbite.

Cependant, la gravitation n'est pas seulement une force exercée par le Soleil sur les planètes, selon la loi de la gravitation de Newton, tous les objets du cosmos s'attirent mutuellement. Ainsi, Newton s'est rendu compte que les mouvements des corps célestes ne pouvaient être constants ouvrant ainsi la voie à la mécanique relativiste et à l'élaboration du principe de relativité par Albert Einstein. Newton a déclaré que les planètes ne repassent pas deux fois dans la même orbite.

La mécanique céleste qui repose sur les trois lois de Kepler et la loi universelle de la gravitation de Newton suffit, encore aujourd'hui, à expliquer par le calcul les mouvements des astres dans un univers local, tel le système solaire.