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En 2004, les astronomes dirigeant la mission « Mars Exploration Rover » de la NASA ont confirmé que de l’eau à l’état liquide exista jadis sur la surface de Mars !
Auparavant, les scientifiques avaient émis l’hypothèse de l’existence d’eau sur Mars en des temps reculés, en raison de l’état de sa surface qui ressemblait à de l’érosion, comme ce que l’on trouve sur Terre.

Aujourd’hui, l’atmosphère de dioxyde de carbone présente sur Mars est tellement fine que c’est une planète froide et sèche, avec des pôles d’eau gelée et de dioxyde de carbone. Mais il semble que de petits jets d’eau provenant de la croûte martienne continuent de remonter à la surface par endroits.

Taille : 6779 km de diamètre
Masse :  639e21 kg (6,39 × 10^20 tonnes)
Distance au Soleil : de 207 millions de km (Périhélie) à 250 millions de km (Aphélie)
Distance à la Terre: de 56 à 400 millions de km
Caractéristique : planète la plus étudiée après la Terre
Observation : visible à l’œil nu, couleur rouge
1 jour martien : Un peu plus d’un jour terrestre (24h 39 mn)
1 année martienne : 687 jours terrestres
Robots au sol : Opportunity (M.E.R) et Curiosity (M.S.L)

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Mars

Mosaïque assemblée à partir d'images prises par l' orbiteur Viking 1 le .

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

227 944 000 km
(1,523 71 au)

Aphélie

249 230 000 km
(1,666 02 au)

Périhélie

206 655 000 km
(1,381 4 au)

Circonférence orbitale

1 429 083 000 km
(9,552 83 au)

Période de révolution

686,885 d
(≈ 1.88 a)

Période synodique

779,804 d

Vitesse orbitale moyenne

24,080 2 km/s

Vitesse orbitale maximale

26,503 km/s

Vitesse orbitale minimale

21,975 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

1,85 °

Nœud ascendant

49,6 °

Argument du périhélie

286,5 °

Satellites connus

2 ( Phobos, Déimos)

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

3 396,2 ± 0,1 km
(0,533 Terre)

Rayon polaire

3 376,2 ± 0,1 km
(0,531 Terre)

Rayon moyen
volumétrique

3 389,5 km
(0,532 Terre)

Périmètre équatorial

21 344 km
(0,532 6 Terre)

Superficie

144 798 500 km²
(0,284 Terre)

Volume

1,631 8 × 10 ¹¹ km³
(0,151 Terre)

Masse

6,418 5 × 10 ²³ kg
(0,107 Terre)

Masse volumique globale

3 933,5 ± 0,4 kg/m³

Gravité de surface

3,711 m/s²
(0,379 g)

Période de rotation
(jour sidéral)

1,025 957 d
(24,622962 h)

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

868,220 km/h

Irradiance solaire

589,2 W/m²
(0,431 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

* Maximum

* Moyenne

* Minimum

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

610 (30 à 1 155) Pa

Masse volumique au sol

0,020 kg/m³

Masse totale

2,5 × 10 ¹⁶ kg

Hauteur d'échelle

11,1 km

Masse molaire moyenne

43,34. g/ mol

Argon Ar

Monoxyde de carbone CO

Monoxyde d'azote NO

130 ppm

Histoire

Nom chinois
(élément associé)

Huǒxīng 火星 (feu)

Mars (prononcé en français : ) est la quatrième planète du Système solaire par ordre croissant de la distance au Soleil et la deuxième par ordre croissant de la taille et de la masse. Son éloignement au Soleil est compris entre 1,381 et 1,666 (206,6 à 249,2 millions de kilomètres), avec une période orbitale de 669,58 jours martiens (686,71 jours ou 1,88 année terrestre).

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. Le plus haut volcan du Système solaire, Olympus Mons (qui est un volcan 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 des glissements de terrain, sans doute des geysers de dans les régions polaires, peut-être des séismes, voire de rares éruptions volcaniques sous forme de petites coulées de lave.

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 -2,91, tandis que son diamètre apparent varie de 25,1 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 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 des canaux 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, permit de découvrir une planète dépourvue de champ magnétique global, avec une surface cratérisée rappelant celle de la Lune, et une atmosphère ténue.

Depuis lors, Mars fait l'objet de programmes d'exploration plus ambitieux que pour tout 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 à l'été 2008 de la glace d'eau à une faible profondeur dans le sol de Vastitas Borealis.

Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Déimos.

La planète Mars vue par la caméra OSIRIS de la sonde spatiale Rosetta.

Quatrième planète du Système solaire par ordre de distance croissante en partant du Soleil, Mars est une planète tellurique moitié moins grande que la Terre et près de dix fois moins massive, dont la superficie est un peu inférieure à celle des terres émergées de notre planète (144,8 contre 148,9 millions de kilomètres carrés). La gravité y est le tiers de celle de la Terre, soit deux fois celle de la Lune, tandis que la durée du jour solaire martien, appelé sol, excède celle du jour terrestre d'un peu moins de 40 minutes. Mars est une fois et demie plus éloignée du Soleil que la Terre, sur une orbite sensiblement plus elliptique, et reçoit, selon sa position sur cette orbite, entre deux et trois fois moins d' énergie solaire que notre planète. L' atmosphère de Mars étant de surcroît plus de 150 fois moins dense que la nôtre, et ne produisant par conséquent qu'un effet de serre très limité, ce faible rayonnement solaire explique que la température moyenne sur Mars soit d'environ −65 °C.

La Terre et Mars à la même échelle.

Le tableau ci-dessous permet de comparer les valeurs de quelques paramètres physiques entre Mars et la Terre :

La fine atmosphère martienne, où apparaissent des nuages localement abondants, est le siège d'une météorologie particulière, dominée par des tempêtes de poussières qui obscurcissent parfois la planète tout entière. Son excentricité orbitale, cinq fois plus marquée que celle de la Terre, est à l'origine d'une asymétrie saisonnière très sensible sur Mars : dans l'hémisphère nord, la saison la plus longue est le printemps (198,6 jours), qui excède la plus courte (l'automne, 146,6 jours) de 35,5 % ; sur Terre, l'été de l'hémisphère nord, saison la plus longue, n'excède la durée de l'hiver que de 5 %. Cette particularité explique également que la superficie de la calotte polaire australe se réduise nettement plus en été que celle de la calotte polaire boréale.

La distance moyenne de Mars au Soleil est d'environ 227,937 millions de kilomètres, soit 1,523 7 . Cette distance varie entre un périhélie de 1,381 UA et un aphélie de 1,666 UA, correspondant à une excentricité orbitale de 0,093 315. La période orbitale de Mars est de 686,96 jours terrestres, soit 1,880 8 année terrestre, et le jour solaire y dure 24 h 39 min 35,244 s.

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 million d'années. L'excentricité de Mars évoluerait selon deux cycles superposés, le premier d'une période de 96 000 ans et le second d'une période de 2 200 000 ans, de sorte qu'elle devrait encore croître au cours des 25 000 prochaines années.

L' obliquité désigne l'inclinaison de l' axe de rotation d'une planète sur son plan orbital autour du Soleil. L'obliquité de Mars est actuellement de 25,19°, proche de celle de la Terre, mais connaît des variations périodiques dues aux interactions gravitationnelles avec les autres planètes du Système solaire. Ces variations cycliques ont été évaluées par simulations informatiques dès les années 1970 comme ayant une périodicité de 120 000 ans s'inscrivant elle-même dans un super-cycle de 1,2 million d'années avec pour valeurs extrêmes 14,9° et 35,5°. Un cycle encore plus long se superposerait à cet ensemble, de l'ordre de 10 millions d'années, dû à une résonance orbitale entre la rotation de la planète et son orbite autour du Soleil, susceptible d'avoir porté à 40° l'obliquité de Mars, il y a seulement 5 millions d'années. Des simulations plus récentes, réalisées au début des années 1990, ont de surcroît révélé des variations chaotiques de l'obliquité martienne, dont les valeurs possibles s'inscriraient de à .

Encore affinées à l'aide des données recueillies par les sondes martiennes des années 1990 et 2000, ces simulations numériques ont mis en évidence la prépondérance des variations chaotiques de l'obliquité martienne dès qu'on remonte au-delà de quelques millions d'années, ce qui rend aléatoire toute évaluation de la valeur de l'obliquité au-delà de quelques dizaines de millions d'années dans le passé ou le futur. Une équipe européenne a ainsi évalué à 63 % la probabilité que l'obliquité de Mars ait atteint au moins 60° au cours du dernier milliard d'années, et à plus de 89 % au cours des trois derniers milliards d'années.

Ces variations d'obliquité induisent des variations climatiques très significatives à la surface de la planète, affectant notamment la répartition de la glace d'eau en fonction des latitudes. Ainsi, la glace tend à s'accumuler aux pôles en période de faible obliquité comme actuellement, tandis qu'elle tend à migrer aux basses latitudes en période de forte obliquité. Les données recueillies depuis le début du siècle tendent à montrer que Mars sortirait en ce moment même d'un " âge glaciaire ", notamment en raison de l'observation de structures glaciaires (glaciers, fragments de banquise et pergélisol notamment) jusqu'à des latitudes aussi basses que 30°, et qui semblent connaître une érosion active.

Dans la mesure où la pression atmosphérique moyenne au sol dépend de la quantité de dioxyde de carbone gelé aux pôles, les variations d'obliquité ont également un impact sur la masse totale de l' atmosphère de Mars, la pression atmosphérique moyenne pouvant même tomber, en période de faible obliquité, à seulement 30 Pa (à peine 5 % de la pression atmosphérique standard actuelle) et induire un réchauffement de 20 à 30 K du sous-sol martien en réduisant la conductivité thermique du régolithe dont la taille moyenne des pores serait comparable au libre parcours moyen des molécules de gaz dans une atmosphère aussi raréfiée, ce qui bloquerait la dissipation du " flux aréothermique ", c'est-à-dire du flux géothermique martien. Un tel réchauffement pourrait expliquer de nombreuses formations géologiques impliquant un sous-sol chargé d'eau liquide, sans qu'il soit nécessaire d'invoquer un accroissement passé de la pression atmosphérique ou du flux thermique de la planète.

La Terre et Mars en opposition.

Mars est la planète extérieure la plus proche de la Terre. La distance qui sépare les deux planètes est la plus faible lorsque Mars est en 17 h 58 min 49 s opposition, c'est-à-dire lorsque la Terre s'intercale entre Mars et le Soleil. Toutefois, compte tenu de l' inclinaison orbitale et de l' excentricité, le moment précis où Mars est le plus proche de la Terre peut différer de quelques jours du moment de l'opposition astronomique. Ainsi, l'opposition du avait lieu précisément à UTC. tandis que la plus grande proximité entre les deux planètes avait eu lieu la veille, le à 9 h 51 min 14 s UTC (données IMCCE).

Ces oppositions surviennent approximativement tous les 780 jours, l'avant-dernière en date s'étant produite le , la dernière le 8 décembre 2022 et les prochaines les 16 janvier 2025, 19 février 2027 et 25 mars 2029, puis les 4 mai 2031, 27 juin 2033, 15 septembre 2035, et 19 novembre 2037.

Compte tenu de l'excentricité respective des orbites de Mars et de la Terre, la distance Terre-Mars n'est pas constante à chaque opposition. L'excentricité de Mars étant plus importante que celle de la Terre, c'est lorsque Mars est au 9 h 51 min 14 s périhélie que le rapprochement est le plus favorable. Cette situation se rencontre tous les quinze ans environ, après sept oppositions. Ainsi, le à UTC, Mars était distante de la Terre de 55,758 millions de kilomètres, soit 0,372 7 ; c'est la plus grande proximité entre Mars et la Terre depuis 59 618 ans. Un rapprochement encore un peu plus resserré est prévu le , avec une distance de 55,688 millions de kilomètres.

En tenant compte des influences gravitationnelles des autres planètes sur l'excentricité orbitale de Mars, qui continuera à croître légèrement au cours des 25 000 prochaines années, il est possible de prédire des rapprochements encore plus étroits : 55,652 millions de kilomètres le et 55,651 millions de kilomètres le .

Mosaïque d'images en quasi vraies couleurs donnant une vue panoramique du cratère Victoria, large d'environ 730 m, obtenues en automne 2006 par le rover Opportunity sur Meridiani Planum.

Reconstruction tridimensionnelle interactive de Mars, hauteurs 20 fois exagérées.

Carte annotée des principaux reliefs martiens

L'étude de la géographie martienne remonte au début des années 1970 avec la sonde , qui a permis de cartographier la presque totalité de la surface martienne avec une résolution excellente pour l'époque. Ce sont les données recueillies à cette occasion sur lesquelles s'est notamment fondé le programme Viking pour le développement de ses missions et . La connaissance de la topographie martienne a fait un bond spectaculaire à la fin des années 1990 grâce à l'instrument MOLA ( Mars Orbiter Laser Altimeter) de la sonde Mars Global Surveyor, qui a permis d'accéder à des relevés altimétriques d'une très grande précision sur la totalité de la surface martienne.

Sur Mars, le méridien 0 (zéro) est celui qui passe par le centre du cratère Airy-0.

Dans le système planétocentrique, développé à partir des données acquises par le MOLA de Mars Global Surveyor et aujourd'hui le plus utilisé, les coordonnées géographiques sont exprimées sur Mars dans le système décimal - et non dans le système sexagésimal utilisé sur Terre - avec les longitudes croissant vers l'est de 0 à 360° E, les angles étant calculés à partir du plan équatorial pour les latitudes et à partir du méridien 0 pour les longitudes.

Dans le système planétographique, développé à partir des données recueillies par et aujourd'hui de moins en moins utilisé, les coordonnées sont exprimées de façon décimale avec les longitudes croissant vers l'ouest de 0 à 360° W en fonction d'un maillage projeté sur la surface de la planète. En pratique, les longitudes planétographiques et planétocentriques se déduisent facilement les unes des autres, en revanche les latitudes planétographiques peuvent être supérieures aux latitudes planétocentriques de plus d'un tiers de degré en valeur absolue.

Le niveau de référence des altitudes martiennes a, quant à lui, été défini arbitrairement comme l'altitude à laquelle la pression atmosphérique moyenne est de 610 Pa. Ceci permet de définir formellement une surface équipotentielle globale à partir de laquelle il est possible de calculer les altitudes en chaque point de la planète, bien qu'en pratique la détermination de cette surface soit assez imprécise en raison des importantes fluctuations saisonnières de la pression atmosphérique résultant du fait que le dioxyde de carbone, constituant majoritaire de l' atmosphère de Mars, est en équilibre avec le dioxyde de carbone gelé aux pôles, état d'équilibre qui varie tout au long de l'année au gré des saisons.

Carte de Mars en 30 quadrangles (par Mars Global Surveyor).

Pour en structurer l'étude, la surface de Mars a été divisée par l' USGS en 30 régions de taille semblable, 15 par hémisphère, dont la topographie établie par le MOLA de Mars Global Surveyor puis THEMIS de Mars Odyssey est disponible sur Internet sous forme de cartes au ¹⁄ 5 000 000,. Chacun de ces quadrangles a été nommé d'après l'un de ses reliefs caractéristiques, mais, dans la littérature, ils sont souvent référencés par leur numéro, préfixé du code " MC " signifiant Mars Chart.

Cette division en quadrangles est une méthode générale de cartographie, d'abord développée sur Terre à des échelles variables, puis étendue progressivement aux planètes du Système solaire pour lesquelles les données géographiques sont suffisantes pour devoir être structurées. Vénus a ainsi été divisée en huit quadrangles au ¹⁄ 10 000 000 et en 62 quadrangles au ¹⁄ 5 000 000.

Carte topographique de Mars élaborée à partir des mesures du Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) de Mars Global Surveyor.

La carte ci-contre permet de repérer les grandes régions martiennes, notamment :

la dichotomie crustale entre hémisphères nord et sud,

les grands bassins d'impact de l'hémisphère sud, Argyre par 50° S et 316° E , et Hellas par 42,7° S et 70° E , et au nord Utopia Planitia par 49,7° N et 118° E ,

le renflement de Tharsis et les trois volcans de Tharsis Montes ainsi qu'Olympus Mons et Alba Mons, dans l'hémisphère nord à gauche, et à droite les volcans d'Elysium, près d'Utopia,

le système de canyons de Valles Marineris, partant de la région de Tharsis jusqu'au petit bassin d'impact de Chryse Planitia, centré autour de 15° S et 300° E .

Le trait le plus frappant de la géographie martienne est sa " dichotomie crustale ", c'est-à-dire l'opposition très nette entre d'une part un hémisphère nord constitué d'une vaste plaine lisse à une altitude d'une demi-douzaine de kilomètres sous le niveau de référence, et d'autre part un hémisphère sud formé de plateaux souvent élevés et très cratérisés au relief pouvant être localement assez accidenté. Ces deux domaines géographiques sont séparés par une limite très nette, légèrement oblique sur l'équateur. Deux régions volcaniques proches l'une de l'autre se trouvent précisément sur cette frontière géologique, dont l'une est un immense soulèvement de 5 500 km de diamètre, le renflement de Tharsis, dont la moitié nord-ouest regroupe une douzaine de volcans majeurs parmi lesquels Olympus Mons, tandis que la région méridionale se compose d'un vaste ensemble de hauts plateaux volcaniques tels que Syria Planum et Solis Planum, et la partie orientale est marquée par le système de canyons de Valles Marineris prolongeant par l'est le réseau de Noctis Labyrinthus. Deux grands bassins d'impact sont nettement visibles dans l'hémisphère sud, Argyre Planitia et surtout Hellas Planitia, au fond duquel a été relevée la plus grande profondeur à la surface de Mars, avec une altitude de −8 200 m par rapport au niveau de référence. Le point le plus élevé se trouve quant à lui au sommet d' Olympus Mons, à 21 229 m au-dessus du niveau de référence ; cinq des six montagnes les plus hautes du Système solaire sont d'ailleurs des volcans martiens, dont quatre se trouvent sur le renflement de Tharsis et le cinquième dans la seconde région volcanique de Mars, Elysium Planitia.

Coucher de soleil vu du cratère Gusev par le rover Spirit le en vraies couleurs restituées à travers des filtres à 750, 530 et 430 nm. Le diamètre apparent du Soleil vu de Mars n'est que des deux tiers de celui vu de la Terre. La lueur de crépuscule se prolonge deux bonnes heures après le passage du soleil sous l'horizon en raison de la grande quantité de poussières présentes jusqu'à une altitude élevée dans l'atmosphère de Mars.

L'étude des bassins d'impact enfouis sous la surface a permis d'établir que la dichotomie crustale martienne remonte à plus de quatre milliards d'années avant le présent, et donc que c'est une structure héritée des premiers âges de la planète. Certaines formations plus récentes à la limite entre les deux domaines suggèrent de surcroît une relaxation isostatique des hautes terres du sud après le comblement volcanique de la dépression de l'hémisphère nord, ce qui plaide également pour la grande ancienneté de cette dichotomie.

Deux types de scénarios ont été proposés pour en rendre compte :

les premiers reposent sur la dynamique interne de la planète, les mouvements de convection du manteau et une ébauche de tectonique des plaques, à la manière de la formation des supercontinents terrestres à l'aube de l'histoire de notre planète ;

les seconds reposent sur un ou plusieurs grands impacts entraînant la fusion de l'écorce dans l'hémisphère nord. En 2022, l'identification de zones de cisaillement profondes, observables dans le canyon de Valles Marineris, les compositions minéralogiques au fond du canyon et des anomalies magnétiques viennent renforcer l'hypothèse d'un impact géant,. Des simulations numériques suggèrent que l'impact s'est produit dans l'hémisphère sud, par un bolide de 1 000 à 1 500 km de diamètre ayant une vitesse de 6 à 7 km/s et un angle d'incidence de 15 à 30 °.

Atmosphère de Mars au-dessus de Noachis Terra à l'horizon, vue depuis une sonde Viking survolant Argyre Planitia en 1976. Les couleurs ont été renforcées pour souligner l'atmosphère.

La pression et la composition exactes de l' atmosphère de Mars sont connues grâce aux premières analyses in situ effectuées en 1976 par les atterrisseurs des sondes et . Le premier observateur à avoir supposé l'existence d'une atmosphère autour de Mars est l'astronome (et compositeur) germano-britannique William Herschel qui, en 1783, attribue à la météorologie martienne certains changements observés à la surface de la planète, notamment des points blancs interprétés comme des nuages. Cette hypothèse est contestée au début du siècle suivant grâce aux progrès des télescopes à miroir, qui fournissent des images de meilleure qualité semblant montrer au contraire une surface plus statique, jusqu'à ce que surgisse à la fin du siècle le débat sur la réalité des canaux de Mars observés en Italie et popularisés par l'astronome amateur américain Percival Lowell. Un autre Américain, William Wallace Campbell, astronome de profession et pionnier de la spectroscopie, demeure sceptique quant à l'existence d'une atmosphère importante autour de Mars et annonce à l'occasion de l' opposition de 1909 n'avoir pu détecter aucune trace de vapeur d'eau dans cette éventuelle atmosphère ; son compatriote Vesto Slipher, qui soutient la théorie des canaux, annonce quant à lui le contraire. En se fondant sur les variations d' albédo du disque martien, Percival Lowell estime en 1908 la pression atmosphérique au sol à 87 (8 700 ), valeur qui demeure plus ou moins la référence jusqu'aux mesures réalisées par la sonde en 1965. La difficulté à analyser la composition de l'atmosphère martienne par spectroscopie est alors généralement attribuée à la présence de diazote, difficile à caractériser par cette technique, et c'est ainsi que l'astronome français Gérard de Vaucouleurs, qui travaille alors en Angleterre, émet en 1950 l'idée que l'atmosphère martienne serait constituée de 98,5 % de diazote, 1,2 % d' argon et 0,25 % de dioxyde de carbone. À l' observatoire McDonald du Texas, l'astronome américain d'origine néerlandaise Gerard Kuiper établit en 1952 à partir du spectre infrarouge de Mars que le dioxyde de carbone est au moins deux fois plus abondant dans l'atmosphère martienne que dans l'atmosphère terrestre, l'essentiel de cette atmosphère devant être, comme la nôtre, constituée selon lui de diazote.

On sait aujourd'hui que Mars possède une atmosphère ténue dont la pression moyenne au niveau de référence martien est par définition de 610 Pa, avec une température moyenne de 210 K (−63 °C). Elle est composée principalement de dioxyde de carbone CO ₂ (96,0 ± 0,7 %), d' argon Ar (1,93 ± 0,01 %) et de diazote N ₂ (1,89 ± 0,03 %). Viennent ensuite le dioxygène O ₂ (0,145 ± 0,009 %), le monoxyde de carbone CO (< 0,1 %), la vapeur d'eau H ₂O (0,03 %) et le monoxyde d'azote NO (0,013 %). Divers autres gaz sont présents à l'état de traces, à des concentrations ne dépassant jamais quelques parties par million, notamment le néon Ne, le krypton Kr, le méthanal (formaldéhyde) HCHO, le xénon Xe, l' ozone O ₃ et le méthane CH ₄, la concentration atmosphérique moyenne de ce dernier étant de l'ordre de 10,5 . La masse molaire moyenne des constituants gazeux de l' atmosphère de Mars serait de 43,34 .

Compte tenu de la faible gravité à la surface de Mars, la hauteur d'échelle de cette atmosphère est de 11 km, plus d'une fois et demie celle de l'atmosphère terrestre, qui n'est que de 7 km. La pression relevée à la surface varie d'à peine 30 Pa au sommet d' Olympus Mons et jusqu'à 1 155 Pa au point le plus bas du bassin d'impact d' Hellas Planitia.

Début 2004, le spectromètre infrarouge PFS de la sonde européenne Mars Express détecte de faibles concentrations de méthane (10 ppb) et de formaldéhyde (130 ppb) dans l'atmosphère martienne. Le méthane étant détruit par le rayonnement ultraviolet au bout de 340 ans seulement, sa présence implique l'existence d'une source interne. Une activité géothermique profonde, un pergélisol bombardé par les particules à haute énergie du rayonnement cosmique et une forme de vie microbienne méthanogène sont autant de sources plausibles. En outre, si l'on considère que le formaldéhyde, dont la durée de vie n'est que de 7 heures, est produit par oxydation du méthane, ces sources doivent être plus abondantes encore. Ainsi, selon cette hypothèse, la production annuelle de méthane est estimée à 2,5 millions de tonnes.

L'eau très pure ne peut exister à l'état liquide qu'en dessous du niveau de référence martien, qui correspond à peu près à la pression du point triple de l'eau, soit 611,73 Pa : à ce niveau, pour peu que la température soit suffisante (0 °C pour de l'eau pure, mais seulement 250 K (−23 °C) pour de nombreuses solutions salines, voire 210 K (−63 °C) pour certains mélanges de solutions d' acide sulfurique H ₂SO ₄), l'eau peut se trouver sous ses trois états physiques (gazeux, liquide, et solide). Au-dessus de ce niveau, en revanche, et notamment dans l'atmosphère, elle ne peut exister qu'à l'état de vapeur d'eau, qui se condense parfois en glace pour former des nuages de cristaux d'H ₂O d'apparence très semblable à celle de nos cirrus, typiquement à une altitude de 10 à 20 km ; on observe de tels nuages par exemple sur les flancs des grands volcans du renflement de Tharsis ou d' Elysium Planitia : visibles au télescope depuis la Terre dès le siècle, les nuages accrochés au sommet d' Olympus Mons avaient été pris pour de la neige, d'où le nom Nix Olympica qui avait été donné à cette région par Giovanni Schiaparelli.

Nuages vus par le rover Curiosity .

Mais le dioxyde de carbone forme lui aussi des nuages, constitués de cristaux de CO ₂ dépassant 1 de diamètre, à des altitudes plus élevées que ceux constitués de glace d'eau ; l'instrument OMEGA de la sonde Mars Express a déterminé en 2007 que ces nuages sont susceptibles d'absorber jusqu'à 40 % du rayonnement solaire, provoquant une baisse de 10 K de la température sous ces nuages, ce qui n'est pas sans conséquence sur le climat martien, notamment sur son régime des vents.

La caractéristique particulière de l'atmosphère martienne est d'être constamment chargée en poussière, dont les grains ont un diamètre moyen de l'ordre de 1,5 , responsable de la teinte ocre du ciel martien,. Cette poussière est continuellement injectée dans l'atmosphère par des tourbillons de poussière (couramment désignés par le terme anglais dust devils), comme celui observé ci-dessous par le rover Spirit le ; les prises de vue durent en tout 575 s (ce qu'indique le compteur de l'angle inférieur gauche), et trois autres tourbillons sont brièvement visibles au loin dans la moitié droite de la vue, au début de la séquence, puis près du tourbillon principal, puis tout à la fin :

Traînées laissées par des tourbillons de poussière vues par l'instrument HiRISE de Mars Reconnaissance Orbiter le au nord du cratère Antoniadi par 26,7° N et 62,8° E . La bande blanchâtre qui traverse l'image est une pente givrée sous un banc de brouillard et traversée de traînées noires.

De tels tourbillons sont loin d'être anecdotiques ; tant leur permanence que leur accumulation conduisent à empoussiérer des volumes considérables d'atmosphère, comme l'illustre un cliché saisissant (ci-contre), où l'on voit une multitude de traînées noires laissées par des tourbillons qui ont emporté la couche de poussières superficielle, de couleur rouge orangé caractéristique de l' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃ ( hématite) amorphe, laissant apparaître les couches plus profondes de sable plus sombre, peut-être en rapport avec la région volcanique voisine de Syrtis Major Planum. La couche de poussières ainsi soulevée n'est jamais très massive ; l'étude de la grande tempête de 2001, au cours de laquelle la poussière a gagné toutes les couches atmosphériques jusqu'à 60 km d'altitude, a conduit à estimer que si toute la poussière alors soulevée se déposait uniformément entre 58° N et 58° S, elle ne formerait qu'une pellicule de 3 µm d'épaisseur. La dynamique de la poussière dans l'atmosphère martienne est conditionnée par la ténuité de cette atmosphère et par la faible gravité à la surface de la planète. Ainsi, alors que les grains de poussière martiens ont typiquement quelques micromètres de diamètre, on a calculé que des grains de 20 µm peuvent être soulevés par des vents d'à peine 2 m/s et maintenus indéfiniment en suspension par des turbulences de seulement 0,8 m/s.

Les grains de poussière en suspension dans l'atmosphère sont responsables de la couleur rouille de cette dernière, qui vire au bleu autour du soleil lors de son coucher, comme l'ont découvert les sondes et et que les sondes suivantes ont bien illustré par la suite :

Deux vues de Mars au télescope spatial Hubble avant et pendant la grande tempête de poussières martienne de l'été 2001.

L'observation de l'activité atmosphérique de Mars à l'aide du télescope spatial Hubble entre 1996 et 1997, alors que la planète exposait son pôle nord au début du printemps, a permis de mettre en évidence le rôle de la sublimation des calottes polaires dans la génération de masses d'air à l'origine de vents qui soulèvent d'importantes quantités de poussières et sont susceptibles de déclencher de véritables tempêtes de poussières, à l'échelle de la planète tout entière, comme celle qui a affecté l'ensemble de l'atmosphère martienne en été 2001.

Du fait de son éloignement plus grand par rapport au Soleil que celui de la Terre, Mars reçoit du Soleil une énergie variant de 492 à 715 W/ m ² selon sa position sur son orbite, contre de 1 321 à 1 413 W/m ² pour la Terre, c'est-à-dire de 37,2 % à 50,6 % entre les aphélies et les périhélies respectivement. L'atmosphère martienne étant de surcroît 150 fois moins dense que celle de la Terre, elle ne produit qu'un effet de serre négligeable, d'où une température moyenne d'environ (−63 °C) à la surface de Mars, avec des variations diurnes importantes en raison de la faible inertie thermique de cette atmosphère : Viking 1 Lander avait ainsi relevé des variations diurnes allant typiquement de 184 à 242 K, soit de −89 à −31 °C, tandis que les températures extrêmes - assez variables selon les sources - seraient d'environ 130 et 297 K, c'est-à-dire de l'ordre de −145 et 25 °C.

L' obliquité de Mars est proche de celle de la Terre (respectivement contre ) mais l' excentricité de l' orbite martienne est sensiblement plus élevée (0,09332 contre 0,01671 pour la Terre) de sorte que, si Mars possède des saisons similaires à celles de la Terre, celles-ci sont d'intensité et de durée très inégales au cours de l'année martienne (voir tableau ci-contre).

L'hémisphère nord connaît ainsi des saisons moins marquées que l'hémisphère sud, car Mars est à son aphélie à la fin du printemps et à son périhélie à la fin de l'automne, d'où des hivers courts et doux et des étés longs et frais ; le printemps dure ainsi 52 jours de plus que l'automne. À l'inverse, l'hémisphère sud connaît des saisons très marquées, avec des hivers longs et très froids tandis que les étés sont courts et plus chauds que ceux de l'hémisphère nord. C'est donc dans l'hémisphère sud qu'on observe les écarts de température les plus élevés.

Le simulateur Mars24 Sunclock de la NASA donne, pour l'hémisphère nord, les dates suivantes pour le début de chaque saison :

Vers la fin du printemps austral, lorsque Mars est au plus près du Soleil, des tempêtes locales et parfois régionales apparaissent. Exceptionnellement, ces tempêtes peuvent devenir planétaires et durer plusieurs mois comme ce fut le cas en 1971 et, dans une moindre mesure, en 2001. De minuscules grains de poussière sont alors soulevés, rendant la surface de Mars quasiment invisible. Ces tempêtes de poussière naissent en général au-dessus du Bassin d'Hellas. Les importantes différences thermiques observées entre le pôle et les régions avoisinantes provoquent des vents violents à l'origine du soulèvement de fines particules dans l'atmosphère. Lors de tempêtes globales, ce phénomène provoque d'importantes modifications climatiques : les poussières en suspension absorbent le rayonnement solaire, réchauffant ainsi l'atmosphère et réduisant dans le même temps l' insolation au sol. Ainsi, lors de la tempête de 2001, la température atmosphérique s'est élevée de 30 alors que la température au sol s'est abaissée de 10 K.

Il n'existe qu'une seule cellule de Hadley sur Mars mais beaucoup plus marquée en altitude et en amplitude, joignant les deux hémisphères et qui s'inverse deux fois par an.

Enfin, l' obliquité de la planète, qui n'est pas stabilisée par la présence d'un satellite massif comme c'est le cas pour la Terre, suit un régime chaotique selon une cyclicité d'environ 120 000 ans. Elle oscille entre 0° et 60° et connaît des phases relativement stabilisées entrecoupées de changements brusques, ce qui bouleverse complètement le climat martien.

L'une des caractéristiques propres à la planète Mars est qu'une fraction significative de son atmosphère se condense alternativement au pôle sud et au pôle nord lors de l'hiver austral et de l'hiver boréal respectivement. Les conditions hivernales aux pôles - pression et température - sont en effet favorables à la condensation du dioxyde de carbone : la pression de vapeur saturante du à 150 (−123 °C) se trouve être voisine de 800 , et tombe à seulement 400 Pa à 145 K (−128 °C), qui sont des températures courantes lors de l'hiver austral ; il y a condensation du CO ₂ dès que la pression partielle de ce gaz dépasse la pression de vapeur saturante correspondant à la température à laquelle il se trouve.

La sonde Viking 1 a mesuré la pression atmosphérique sur une année complète à son point d'atterrissage situé par 22,697° N et 312,778° E dans le bassin de Chryse Planitia, à une altitude d'environ −3 300 par rapport au niveau de référence. La pression atmosphérique moyenne s'est révélée évoluer tout au long de l'année selon les saisons, avec des valeurs approximatives, en chiffres ronds, de 850 Pa au printemps, 680 Pa en été, 900 Pa en automne et 800 Pa en hiver, : ces variations s'expliquent bien si l'on considère que la calotte hivernale australe condense une masse de glace carbonique supérieure à celle de la calotte hivernale boréale, tandis qu'à l'automne de l'hémisphère nord l'essentiel de la calotte australe s'est sublimée alors que la calotte boréale commence tout juste à se condenser.

Les calottes polaires de Mars ont été observées pour la première fois au milieu du siècle par Jean-Dominique Cassini et Christian Huygens. Leur taille varie considérablement au cours des saisons par échange de dioxyde de carbone et d'eau avec l'atmosphère. On distingue ainsi, dans les deux hémisphères, une calotte polaire dite " résiduelle " ou " estivale " qui se maintient tout l'été, et une calotte polaire dite " saisonnière " ou " hivernale " qui vient la recouvrir à partir de l'automne.

L'hiver austral étant plus long et plus froid que l'hiver boréal, la calotte saisonnière australe est plus vaste que la calotte saisonnière boréale. Au cours de l'hiver austral, le CO ₂ contenu dans l'atmosphère se condense en glace carbonique au-dessus de 55° S alors que c'est plutôt au-dessus de 65° N qu'il se condense pendant l'hiver boréal. Il s'agit d'une glace de dioxyde de carbone (CO ₂) très pure et presque transparente, d'une épaisseur ne dépassant pas quelques mètres, qui laisse voir le sol à l'aplomb sur les clichés pris par les sondes spatiales en orbite au-dessus des régions polaires.

Avec ses 300 km de diamètre, la calotte résiduelle australe est à l'inverse trois fois plus petite que la calotte résiduelle boréale (1 000 km de diamètre). Elles sont de nature très différente des calottes saisonnières, contenant une forte proportion de glace d'eau mêlée de terre avec une structure stratifiée révélée par l'instrument THEMIS de la sonde 2001 Mars Odyssey, avec une épaisseur atteignant localement plusieurs kilomètres. Leurs surfaces sont entaillées par de profondes vallées, appelées chasmata (pluriel du latin désignant des vallées encaissées), qui forment des spirales dont le sens de rotation est conditionné par la force de Coriolis. Ainsi, les vallées s'enroulent autour du pôle sud dans le sens des aiguilles d'une montre alors qu'elles s'enroulent autour du pôle nord dans le sens inverse.

La calotte résiduelle boréale ne contient pas de glace carbonique, mais la calotte résiduelle australe en est presque entièrement recouverte d'une croûte d'une dizaine de mètres d'épaisseur dont la surface alvéolée rappelle celle d'une tranche de gruyère ; des observations réalisées par la sonde Mars Global Surveyor ont montré que le diamètre moyen des alvéoles augmentait au fil des saisons, suggérant un réchauffement climatique dans l'hémisphère sud (voir paragraphe suivant).

Les calottes polaires ont un impact important sur la composition atmosphérique globale de la planète. Le cycle des condensations et sublimations du CO ₂ fait varier la pression atmosphérique de près d'un tiers, et, pendant l'été boréal, la glace d'eau qui compose la calotte polaire résiduelle nord se sublime, injectant de grandes quantités de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Si toute la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère venait à précipiter, elle formerait une couche de moins de 10 µm d'épaisseur durant l'hiver et de plus de 40 µm en plein été.

Élargissement des alvéoles dans la couche superficielle de glace carbonique de la calotte résiduelle australe observé par Mars Global Surveyor entre deux étés martiens, ici 1999 et 2001.

La comparaison des clichés de la calotte résiduelle australe pris par Mars Global Surveyor en 1999 et en 2001 a mis en évidence une tendance générale à la régression de la croûte de glace carbonique superficielle de cette région. Ceci résulterait de la sublimation progressive du CO ₂ constituant la croûte superficielle de la calotte résiduelle australe pour laisser apparaître les couches plus profondes, constituées essentiellement de glace d'eau mêlée de poussières. Ce phénomène semble avoir été assez rapide, le bord des cavités observées dans la croûte de glace carbonique progressant alors de 3 m par année martienne. Constatée sans ambiguïté sur trois années martiennes consécutives, cette tendance à la sublimation de la calotte résiduelle australe est venue s'ajouter à diverses observations ailleurs sur la planète, telles que l'apparition de ravines sur les bords de cratères ou de dépressions, indiquant que la surface martienne est sujette à davantage de transformations qu'on le pensait jusqu'alors.

Ces données, interprétées par les scientifiques comme le signe que Mars pourrait connaître actuellement une transition entre une période glaciaire et une période interglaciaire similaire à celle qu'a connue la Terre il y a près de 12 000 ans, ont parfois été comprises par le grand public comme révélatrices d'un " réchauffement climatique martien ", d'origine nécessairement non-humaine, et contredisant, par conséquent, les conclusions du Quatrième rapport du GIEC relatives à l'origine humaine du réchauffement climatique terrestre. Les débats sur la question ont été particulièrement aigus en automne 2007, dans la foulée de la publication de ce rapport.

Avec le recul, il apparaît cependant que les observations martiennes n'ont jamais indiqué autre chose qu'un réchauffement climatique localisé à la calotte résiduelle australe, et non un réchauffement climatique global. De plus, le climat martien est très largement conditionné par les tempêtes de poussières et les variations d' albédo qui en découlent, davantage que par le rayonnement solaire - contrairement au climat terrestre - ce qui limite la pertinence des raisonnements établissant des parallèles entre les deux planètes. Et, surtout, les observations les plus récentes, notamment celles de la sonde 2001 Mars Odyssey, qui est en 2018 toujours en fonctionnement, ne confirment pas la tendance à long terme à la sublimation des calottes polaires, mais indiqueraient au contraire des variations annuelles autour d'une valeur stable.

L'absence de magnétosphère autour de Mars a pour conséquence d'exposer directement la surface de la planète aux rayons cosmiques et aux bouffées de protons solaires, à l'origine d'une radioactivité ambiante très supérieure sur Mars à celle relevée à la surface de la Terre. L'instrument MARIE - Mars Radiation Environment - de la sonde 2001 Mars Odyssey a permis, dans les années 2002-2003, d'évaluer la dose efficace en orbite martienne entre 400 et 500 , soit au moins le quadruple de celle reçue dans la station spatiale internationale (50 à 100 mSv/an, tandis qu'au sol, au niveau de référence martien, les doses reçues seraient deux à trois fois plus faibles - un peu moins de 200 mSv/an - en raison de l'absorption d'une partie des radiations solaires et galactiques par l' atmosphère de Mars. À titre de comparaison, la radioactivité moyenne sur Terre s'élève, en France, à environ 3,5 mSv/an et la dose cumulée admise pour un astronaute sur toute sa carrière, quels que soient son sexe et son âge, n'excède pas 1 000 mSv pour plusieurs agences spatiales (européenne, russe et japonaise).

L'instrument MARIE a par ailleurs révélé que cette radioactivité est très inégalement répartie dans le temps, avec un bruit de fond d'environ 220 sur lequel s'inscrivent des pics parfois 150 fois plus intenses, correspondant aux bouffées de protons énergétiques - plusieurs dizaines de mégaélectron-volts - émis lors d'une éruption solaire ou par l'onde de choc d'une éjection de masse coronale.

À cela s'ajoutent les radiations dues aux neutrons émis par spallation des atomes à la surface de Mars sous l'impact du rayonnement cosmique. Cette contribution est estimée grâce aux données de Curiosity et de 2001 Mars Odyssey à jusqu'à 45 ± 7 µSv par jour, soit environ 7 % du total de radiations à la surface.

La géologie martienne est marquée par la dichotomie crustale entre les basses plaines peu cratérisées de l'hémisphère nord et les hautes terres très cratérisées de l'hémisphère sud, avec, entre ces deux domaines principaux, deux régions volcaniques bien différentiées. En vertu du principe empirique selon lequel l'âge d'une région est une fonction croissante de son taux de cratérisation, ces trois types majeurs de terrains martiens ont très tôt été rattachés à trois époques caractéristiques de l'histoire géologique de la planète, nommées d'après des régions typiques de ces périodes:

Le Noachien (du nom de Noachis Terra) correspond aux terrains les plus anciens, depuis la formation de la planète il y a 4,6 milliards d'années, jusqu'à 3,7 milliards d'années selon l' échelle de Hartmann & Neukum (mais 3,5 milliards d'années selon l'échelle de Hartmann standard), fortement cratérisés et situés majoritairement dans l'hémisphère sud. Mars avait sans doute une atmosphère épaisse à cette époque, dont la pression et l' effet de serre ont certainement permis l'existence d'une hydrosphère grâce à de grandes quantités d'eau liquide. La fin de cette époque aurait été marquée par les impacts d' astéroïdes du grand bombardement tardif, daté aux environs de 4,1 à 3,8 milliards d'années, ainsi que par le début d'une intense activité volcanique, notamment dans la région du renflement de Tharsis.

L' Hespérien (du nom d' Hesperia Planum) correspond aux terrains de 3,7 à 3,2 milliards d'années selon l' échelle de Hartmann & Neukum (mais de 3,5 à 1,8 milliard d'années selon l'échelle de Hartmann standard), marqués par un épisode d'activité volcanique majeur se traduisant par des coulées de lave et des dépôts soufrés. Le champ magnétique global aurait disparu dès la fin du Noachien, permettant au vent solaire d'éroder l' atmosphère de Mars, dont la température et la pression au sol auraient commencé à baisser significativement, de sorte que l'eau liquide aurait cessé d'exister de façon permanente à la surface de la planète.

L' Amazonien (du nom d' Amazonis Planitia) correspond aux terrains de moins de 3,2 milliards d'années selon l' échelle de Hartmann & Neukum (mais de seulement 1,8 milliard d'années selon l'échelle de Hartmann standard), très peu cratérisés et situés très majoritairement dans l'hémisphère nord, à une altitude inférieure au niveau de référence de la planète. L'activité volcanique se serait prolongée, en perdant de son intensité tout au long de cette époque, en quatre épisodes majeurs, le dernier survenant il y a environ cent millions d'années, certains terrains volcaniques semblant même ne dater que de quelques millions d'années. L'érosion de l'atmosphère par le vent solaire se serait prolongée pendant des milliards d'années jusqu'à ce que la pression se stabilise au voisinage du point triple de l'eau pure, dont la pression est de 611,73 . Les structures géologiques amazoniennes sont marquées par l'aridité extrême de l'environnement martien, alors totalement dépourvu d' hydrosphère - ce qui n'empêche pas l'existence discontinue et épisodique d'eau liquide en certains points de la surface.

Cette chronologie en trois époques est aujourd'hui bien acceptée - la datation de chacune de ces époques demeure, en revanche, très incertaine - et permet de rendre compte des phénomènes observés à la surface de Mars par les différentes sondes en activité autour de cette planète, notamment la présence simultanée de minéraux, formés à des époques différentes, supposant pour les uns un environnement très humide et pour les autres au contraire l'absence totale d'eau liquide. Les datations proposées pour ces trois époques - ou éons - géologiques, selon l'échelle de Hartmann standard et l'échelle de Hartmann & Neukum, sont les suivantes (âges en millions d'années) :

Entre les années 1970 et 2010 les modèles de la composition de Mars se sont fondés sur celle des chondrites carbonées de type CI, considérées comme représentatives de la partie condensable de la nébuleuse protosolaire, et sur les modèles de condensation de la nébuleuse, compte tenu de la distance de Mars au Soleil. Ils ont pour l'essentiel admis que les proportions relatives des éléments aussi ou plus réfractaires que le manganèse étaient celles des CI, et que celles des éléments moins réfractaires étaient données par leurs corrélations avec les éléments réfractaires, observées ou déduites des modèles de condensation.

Au début du siècle sont apparues des discordances entre les données spectroscopiques sur la composition de la photosphère solaire et d'autres approches de la composition du Soleil ( héliosismologie, flux de neutrinos solaires, composition du vent solaire et données expérimentales sur l'opacité des métaux dans les plasmas de haute température), qui ont remis en question la représentativité des CI. Les compositions isotopiques (notamment des éléments O, Ni, Cr, Ti, Mo et W) et les teneurs en éléments en traces ont par ailleurs conduit à considérer les chondrites carbonées séparément des autres chondrites (essentiellement les chondrites ordinaires et les chondrites à enstatite), les premières restant représentatives des corps accrétés loin du Soleil mais les secondes étant désormais considérées comme mieux représentatives de la matière condensée dans les zones internes du Système solaire (dont la Terre et Mars). Un nouveau modèle de composition, fondé sur l'analyse des météorites martiennes, sur les mesures des sondes martiennes et sur les corrélations observées dans les chondrites non carbonées, implique des teneurs en éléments réfractaires 2,26 fois supérieures à celles des CI, et des teneurs en éléments lithophiles modérément volatils systématiquement plus basses (le rapport dépendant de la température de condensation de chaque élément). L'une des conséquences de ce modèle est que le noyau martien comporterait moins de de soufre (contre plus de 10 % selon les modèles antérieurs) mais en revanche un peu d' oxygène et d' hydrogène.

Structure interne " standard " de Mars :
- croûte d'environ 50 km d'épaisseur ;
- manteau d'environ 1 860 km d'épaisseur ;
- noyau d'environ 1 480 km de rayon, essentiellement, voire entièrement, liquide.

Estimations antérieures à la mission Insight

En l'absence de données sismiques exploitables - les sismomètres des sondes Viking étaient trop sensibles au vent pour effectuer des mesures fiables -, il n'a longtemps pas été possible de déterminer directement la structure interne de la planète. Un modèle standard a donc été élaboré à partir des données indirectes recueillies par les différentes sondes qui ont exploré la planète, permettant de préciser notamment la structure de son champ gravitationnel, son moment d'inertie et la densité de ses différentes couches de matériaux.

Le résultat le plus frappant est que le noyau de Mars, dont la température serait de l'ordre de 2 000 , est très certainement liquide, au moins dans sa plus grande partie,, en raison d'une charge élevée - précisément une fraction pondérale d'au moins 14,2 % - en éléments légers, notamment en soufre, qui abaissent le point de fusion du mélange de fer et de nickel supposé constituer l'essentiel du noyau. Ce noyau aurait un rayon compris entre 1 300 et 2 000 km (soit entre 38 % et 59 % du rayon de la planète), peut-être plus précisément entre 1 520 et 1 840 km (soit entre 45 % et 54 % du rayon de Mars), incertitude due en partie à l'inconnue concernant la fraction de manteau qui pourrait être liquide et réduirait par conséquent la taille du noyau ; on trouve assez souvent citée la valeur 1 480 km comme rayon du noyau de Mars, soit 43,7 % du rayon moyen de la planète elle-même (3 389,5 km). Les caractéristiques physiques (taille, densité) du noyau peuvent être approchées qualitativement par le moment d'inertie de la planète, qui peut être évalué en analysant la précession de son axe de rotation ainsi que les variations de sa vitesse de rotation à travers les modulations par effet Doppler des signaux radio émis par les sondes posées à sa surface ; les données de Mars Pathfinder ont ainsi permis d'affiner celles précédemment recueillies avec les sondes Viking et d'établir que la masse de Mars est plutôt concentrée en son centre, ce qui plaide pour un noyau dense et pas trop gros.

Le manteau de Mars serait très semblable à celui de la Terre, constitué de phases solides où dominent les silicates riches en fer, ce dernier représentant une fraction pondérale de 11 à 15,5 % du manteau.

La croûte martienne semble, en cohérence avec la topographie, bien plus épaisse dans l'hémisphère sud que dans l'hémisphère nord : un modèle simple avec une masse volumique uniforme de 2 900 kg/m ³ conduit à une épaisseur moyenne d'environ 50 km, soit 4,4 % du volume de la planète, avec comme valeurs extrêmes 92 km dans la région de Syria Planum et à peine 3 km sous le bassin d'impact d' Isidis Planitia, tandis que la croûte aurait moins de 10 km sous toute la région d' Utopia Planitia.

Résultats de la mission Insight

L'atterrisseur InSight a été construit dans le but d'étudier la structure interne de Mars grâce au sismomètre SEIS. Il fournit le le premier enregistrement d'un séisme martien.

En 2021, les données sismiques recueillies permettent pour la première fois de déterminer avec certitude le rayon du noyau martien : entre 1 810 et 1 860 km, soit environ la moitié de celui du noyau terrestre. Ce résultat, nettement supérieur aux estimations basées sur la masse et le moment d'inertie, implique que le noyau martien contient des éléments légers, peut-être de l' oxygène, en plus du fer- nickel et du soufre.

En 2023, l'analyse des ondes sismiques résultant de l'impact d'une météorite permet d'établir la présence, au-dessus du noyau, d'une couche mantellique fondue,.

Mars ne possède pas de magnétosphère. Toutefois, le magnétomètre et réflectomètre à électrons MAG/ER de la sonde Mars Global Surveyor a mis en évidence dès 1997 un magnétisme rémanent, jusqu'à 30 fois supérieur à celui de l' écorce terrestre, au-dessus de certaines régions géologiquement anciennes de l'hémisphère sud, et notamment dans la région de Terra Cimmeria et Terra Sirenum. Les mesures font état d'un champ magnétique atteignant 1,5 à 100 km d'altitude, ce qui requiert la magnétisation d'un volume significatif d'écorce martienne, d'au moins 10 ⁶ . Pendant neuf ans, Mars Global Surveyor a mesuré les paramètres magnétiques au-dessus de la surface martienne, l'instrument MGS MAG ( MGS Magnetometer) recueillant des données vectorielles depuis une altitude typiquement de 400 km, s'approchant parfois à 90 km de la surface, et MGS ER ( MGS Electron Reflectometer) mesurant le magnétisme total depuis une altitude de 185 km en moyenne. Il n'existe donc pas à l'heure actuelle de carte magnétique de la surface martienne elle-même, de même que la nature exacte des minéraux magnétisés ne peut qu'être supposée dans l'état actuel de nos connaissances.

L'étude des météorites de Mars suggère que ce paléomagnétisme résulte, comme sur Terre, de la magnétisation de minéraux ferromagnétiques tels que la magnétite Fe ₃O ₄ et la pyrrhotite Fe 1-δS dont les atomes alignent leur moment magnétique sur le champ magnétique global et figent cette configuration en passant en dessous de la température de Curie du minéral, soit par exemple 858 K (585 °C) pour la magnétite, mais seulement 593 K (320 °C) pour la pyrrhotite. Les autres minéraux candidats en tant que vecteurs du paléomagnétisme de l'écorce martienne sont l' ilménite FeTiO ₃ en solution solide avec l' hématite Fe ₂O ₃, de même structure, pour former des titanohématites, et dans une moindre mesure la titanomagnétite Fe ₂TiO ₄, dont la magnétisation et la température de Curie sont cependant inférieures.

L'absence d'un tel paléomagnétisme au-dessus des bassins d'impacts de l'hémisphère sud tels qu' Hellas et Argyre est généralement interprétée comme l'indication que Mars ne possédait plus de champ magnétique global lors de ces impacts, bien qu'il soit également possible que le refroidissement des matériaux sur le lieu de l'impact ait été trop rapide pour permettre l'alignement de leur magnétisation éventuelle sur le champ magnétique global. A contrario, un paléomagnétisme significatif, et parfois même assez élevé, a été relevé au-dessus des 14 bassins les plus anciens identifiés sur la planète. De la même façon, aucun champ magnétique notable n'a été détecté au-dessus des régions volcaniques majeures d' Elysium Planitia et du renflement de Tharsis, en revanche un magnétisme faible mais de plus forte intensité a été relevé au-dessus des provinces volcaniques plus petites et plus anciennes des hautes terres australes.

L'analyse des composantes tridimensionnelles du champ magnétique relevé en quelques dizaines de points significatifs de la surface martienne a permis à plusieurs équipes d'extrapoler la position du pôle paléomagnétique de Mars. Ces simulations - qui doivent néanmoins être prises avec un certain recul - sont assez cohérentes entre elles et conduisent à localiser l'un des pôles paléomagnétiques martiens entre 150° E et 330° E d'une part et 30° S et 90° N d'autre part, c'est-à-dire approximativement dans un rayon de 3 600 km autour d'un point situé à mi-chemin entre Alba Mons et Olympus Mons.

Fait remarquable, la magnétisation mesurée par Mars Global Surveyor est structurée en bandes parallèles de polarité opposée, rappelant celles du plancher océanique sur Terre (voir schéma ci-contre) : celui-ci cristallise de part et d'autre des dorsales au fur et à mesure que les plaques s'écartent en " mémorisant " l'orientation du champ magnétique terrestre au moment de la solidification ; chaque inversion du champ magnétique terrestre est donc " enregistrée " dans les roches ainsi formées, dont la magnétisation est par conséquent symétrique de chaque côté de chaque dorsale. Une telle symétrie n'a en revanche jamais été relevée sur Mars, de sorte qu'aucun élément ne permet actuellement de supposer l'existence passée d'une quelconque tectonique des plaques sur la planète rouge. Seule une observation à de plus hautes résolutions permettrait de clore le débat.

Lorsqu'il est global, le champ magnétique d'une planète est principalement d'origine interne. On suppose qu'il est provoqué par la convection des fluides conducteurs (c'est-à-dire des métaux liquides) composant la partie externe du noyau. Ce processus est connu sous le nom d' effet dynamo. Ces mouvements de convection impliquent l'existence d'un gradient thermique suffisant du noyau vers le manteau ; en l'absence d'un tel gradient, l'effet dynamo ne pourrait pas se maintenir.

Ce fait serait à l'origine de la disparition du champ magnétique global de Mars, il y a sans doute au moins quatre milliards d'années : les impacts d' astéroïdes du grand bombardement tardif auraient injecté suffisamment d' énergie thermique dans le manteau de Mars en convertissant en chaleur l' énergie cinétique des impacteurs, ce qui aurait stoppé l'effet dynamo en annulant le gradient thermique nécessaire à son maintien.

L'attribution de la disparition du champ magnétique global martien à un impact cosmique a été reprise dans une théorie alternative impliquant cette fois une protoplanète résiduelle de la taille de la Lune percutant Mars bien avant le grand bombardement tardif, c'est-à-dire quelques dizaines de millions d'années seulement après la formation de la planète (de façon similaire à l' impact hypothétique de Théia avec la proto-Terre), au voisinage du pôle nord actuel et sous un angle d'incidence assez faible : cet impact serait à l'origine d'une part de la dichotomie crustale, (l'idée n'est pas nouvelle, recoupant la théorie, assez discutée, du bassin boréal) et d'autre part de l'absence de paléomagnétisme dans l'écorce de l'hémisphère nord, en raison de la disparition du gradient thermique entre le noyau et le manteau dans l'hémisphère nord uniquement, laissant subsister un effet dynamo concentré dans l'hémisphère sud. Mars aurait ainsi connu transitoirement un magnétisme non pas global, mais " hémisphérique " et décentré vers le pôle sud, ce qui expliquerait l'intensité exceptionnelle du magnétisme rémanent dans certaines parties de l'écorce de l'hémisphère sud, ainsi que l'absence de paléomagnétisme notable dans l'hémisphère nord.

Cette théorie n'est pas la seule proposée pour rendre compte de la superposition d'une " dichotomie magnétique " à la dichotomie crustale martienne : la différence d'épaisseur et de structure de l'écorce martienne entre les deux hémisphères, la fonte partielle de l'écorce de l'hémisphère nord à l'origine du remodelage de sa surface, et la serpentinisation de l'écorce martienne au Noachien, sont les explications les plus couramment avancées.

Le volcanisme martien aurait débuté il y a près de quatre milliards d'années, à la fin du Noachien après le grand bombardement tardif. Il aurait connu son intensité maximale à l' Hespérien - entre 3,7 et 3,2 selon l' échelle de Hartmann & Neukum - puis se serait progressivement affaibli tout au long de l' Amazonien. Il a produit d'énormes volcans boucliers qui sont les plus grands édifices volcaniques connus du Système solaire : le plus large d'entre eux, Alba Mons, a un diamètre d'environ 1 600 km à la base, tandis que le plus gros est Olympus Mons, sur la marge occidentale du renflement de Tharsis, qui atteint 22,5 km de haut de la base au sommet. Il a également produit de nombreux stratovolcans, bien plus petits, plusieurs centaines de petits volcans de quelques centaines de mètres de large (par exemple sur Syria Planum) ainsi que des plaines de lave, similaires aux étendues volcaniques identifiées sur la Lune, sur Vénus ou sur Mercure.

La plus ancienne forme de volcanisme martien, remontant à la fin du Noachien et perdurant jusqu'au début de l'Hespérien, serait celle des étendues basaltiques qui recouvrent le fond des bassins d'impact d' Argyre Planitia et d' Hellas Planitia, ainsi que certaines étendues planes et lisses localisées entre ces deux bassins et celui d' Isidis, de façon rappelant les terrains volcaniques lisses identifiés sur Mercure (par exemple Borealis Planitia), sur Vénus (typiquement Guinevere Planitia) et sur la Lune (les " mers " lunaires), la plupart du temps corrélées à des impacts cosmiques.

Sur Mars, ces plaines de lave noachiennes constituent les régions de Malea Planum, Hesperia Planum et Syrtis Major Planum, qui se présentent comme des plateaux basaltiques dont la surface, typique de l' Hespérien, est géologiquement plus récente. La dynamique sous-jacente à ce type de volcanisme, entre fissure et point chaud, n'est pas vraiment comprise ; en particulier, on n'explique pas complètement le fait que les volcans de Malea, d' Hesperia et d' Elysium sont plus ou moins alignés sur plus d'un tiers de circonférence martienne.

Cliché d'Olympus Mons obtenu par la sonde Mars Global Surveyor . Son sommet culmine à 21,2 km au-dessus du niveau de référence martien (22,5 km au-dessus des plaines alentour), et sa base atteint 624 km de large. Il s'agit du plus haut volcan connu du Système solaire.

Le volcanisme martien est surtout connu pour ses volcans boucliers, les plus grands du Système solaire. Ce type de volcan est caractérisé par la très faible pente de ses flancs. Sur Terre, un tel volcan résulte d'épanchements de laves pauvres en silice, très fluides, qui s'écoulent facilement sur de grandes distances, formant des structures aplaties s'étalant sur des surfaces très importantes, contrairement, par exemple, aux stratovolcans, dont le cône, bien formé, a une base bien plus restreinte. Le type même de volcan bouclier est, sur Terre, le Mauna Loa, à Hawaï ; le Piton de la Fournaise, à La Réunion, en est un autre, plus petit mais très actif.

Le plus emblématique des volcans boucliers martiens, Olympus Mons, mesure quelque 22,5 km de haut pour 648 km de large et possède une caldeira sommitale de 85 × 60 × 3 km résultant de la coalescence de six cratères distincts. Mars possède les cinq plus hauts volcans connus du Système solaire (altitudes données par rapport au niveau de référence martien) :

1. Olympus Mons (21 229 m), en marge occidentale du renflement de Tharsis ;

2. Ascraeus Mons (18 225 m), volcan septentrional de Tharsis Montes ;

3. Arsia Mons (17 761 m), volcan méridional de Tharsis Montes ;

4. Pavonis Mons (14 058 m), volcan central de Tharsis Montes ;

5. Elysium Mons (14 028 m), volcan principal d'Elysium Planitia.

À titre de comparaison, le plus haut volcan vénusien, Maat Mons, ne culmine qu'à 8 000 m environ au-dessus du rayon moyen de Vénus, qui sert de niveau de référence sur cette planète.

Sur Mars se trouve également le plus large des volcans du Système solaire, Alba Mons, dont l'altitude ne dépasse pas 6 600 m mais qui s'étend sur environ 1 600 km de large.

Les volcans boucliers martiens atteignent des tailles gigantesques par rapport à leurs équivalents terrestres en raison de l'absence de tectonique des plaques sur Mars : l'écorce martienne demeure immobile par rapport aux points chauds, qui peuvent ainsi la percer au même endroit pendant de très longues périodes de temps pour donner naissance à des édifices volcaniques résultant de l'accumulation de laves pendant parfois plusieurs milliards d'années, alors que, sur Terre, le déplacement des plaques lithosphériques au-dessus de ces points chauds conduit à la formation d'un chapelet de parfois plusieurs dizaines de volcans, chacun ne demeurant actif que pendant quelques millions d'années, ce qui est bien trop bref pour permettre la formation de structures aussi imposantes que sur Mars. L' archipel d'Hawaï est le meilleur exemple terrestre illustrant le déplacement d'une plaque tectonique au-dessus d'un point chaud, en l'occurrence de la plaque pacifique au-dessus du point chaud d'Hawaï ; de la même façon, l'archipel des Mascareignes résulte du déplacement de la plaque somalienne au-dessus du point chaud de la Réunion.

Les six volcans boucliers martiens se répartissent géographiquement en deux régions volcaniques voisines d'inégale importance :

la région d'Elysium Planitia, à l'ouest d'Amazonis Planitia, où se trouvent Elysium Mons, qui semble être de nature différente (moins " rouge " et plus " gris ") des autres volcans, et trois autres volcans plus petits ;

le renflement de Tharsis, immense soulèvement crustal de 5 500 km de diamètre au sud-est d'Amazonis, où se trouvent les cinq autres grands volcans boucliers martiens ainsi que d'innombrables volcans plus petits, dont cinq seulement ont reçu un nom.

Ces volcans plus petits sont souvent des volcans boucliers anonymes, comme ceux de Syria Planum,, mais certains de taille intermédiaire rappellent davantage les stratovolcans, qui résultent de l'accumulation de dépôts de laves mêlées de cendres volcaniques. Ce sont les tholi (pluriel latin de ), édifices de taille plus modeste que les volcans boucliers, aux pentes plus accusées, surtout près du cratère, ainsi que les paterae, qui se réduisent parfois à leur caldeira. Tous ces types de volcans sont présents dans les régions du renflement de Tharsis et d' Elysium Planitia, la tendance générale étant cependant d'observer les volcans boucliers plutôt dans la région de Tharsis tandis que les volcans d'Elysium s'apparentent davantage à des stratovolcans.

La discontinuité entre Phyllosien et Theiikien, qui coïnciderait plus ou moins avec les débuts de l'hypothétique " grand bombardement tardif " ( LHB en anglais), matérialiserait l'époque d'activité volcanique maximum, qui se prolongerait au Theiikien et au Sidérikien - et donc à l' Hespérien et à l' Amazonien - en disparaissant progressivement au fur et à mesure que la planète aurait perdu l'essentiel de son activité interne. Une corrélation entre le volcanisme de l'Hespérien et les impacts cosmiques du Noachien n'est d'ailleurs pas à exclure. Ce volcanisme aurait atteint son maximum à la suite des impacts cosmiques massifs à la fin de l' éon précédent, et chacune des cinq régions volcaniques de la planète jouxte directement un bassin d'impact :

le renflement de Tharsis, plus grande formation volcanique martienne, en bordure de l'hypothétique bassin boréal, plus grand bassin d'impact de la planète (et du Système solaire), le bouclier d'Alba Mons étant, de surcroît, situé exactement aux antipodes d'Hellas Planitia ;

la région d'Elysium Mons, en bordure d'Utopia Planitia et voisine des antipodes d'Argyre Planitia ;

Malea Planum, en bordure sud-ouest d'Hellas Planitia, et Hesperia Planum en bordure nord-est, cette dernière région étant également voisine des antipodes de Chryse Planitia ;

Syrtis Major Planum, en bordure d'Isidis Planitia.

La superficie et la masse de Mars étant respectivement 3,5 et 10 fois moindres que celles de la Terre, cette planète s'est refroidie plus rapidement que la nôtre et son activité interne s'est donc réduite également plus vite : alors que le volcanisme et, plus généralement, la tectonique ( orogenèse, séismes, tectonique des plaques, etc.) sont encore très actifs sur Terre, ils ne semblent plus être notables sur Mars, où aucune tectonique des plaques, même passée, n'a jamais pu être mise en évidence.

Le volcanisme martien paraît également avoir cessé d'être actif, bien que l'âge, semble-t-il très récent, de certaines coulées de lave suggère, pour certains volcans, une activité actuellement certes très réduite, mais peut-être pas rigoureusement nulle, d'autant que Mars, contrairement à la Lune, n'a pas fini de se refroidir, et que son intérieur, loin d'être entièrement figé, contient en réalité un noyau peut-être entièrement liquide,. D'une manière générale, l'analyse des données recueillies par Mars Express a conduit une équipe de planétologues de l' ESA dirigée par l'Allemand Gerhard Neukum à proposer une séquence en cinq épisodes volcaniques :

1 : épisode volcanique majeur de l'Hespérien il y a environ 3,5 milliards d'années ;

2 et 3 : regain de volcanisme il y a environ 1,5 milliard d'années, puis entre 800 et 400 millions d'années avant le présent ;

4 et 5 : épisodes volcaniques récents d'intensité rapidement décroissante il y a environ 200 et 100 millions d'années.

Ces datations reposent sur l'évaluation du taux de cratérisation des coulées de lave correspondantes, qui semble recoupée par les observations indirectes sur le moyen terme mais contredites par les observations directes à court terme déduites de la fréquence des impacts récents observés sur plus de dix ans par les sondes satellisées autour de Mars, la principale difficulté de ce type de datation étant d'évaluer les biais statistiques introduits par la différence notable d'ordres de grandeur entre les surfaces anciennes (âgées de plus 2 milliards d'années), qui représentent une fraction importante de la surface de Mars, et les surfaces les plus récentes (âgées de moins de 200 millions d'années), qui sont comparativement extrêmement réduites.

Par ailleurs, si la fréquence des impacts récents relevée par les sondes satellisées autour de Mars semble suggérer un taux de cratérisation plus élevé que celui habituellement retenu pour dater les formations martiennes (ce qui conduirait à devoir " rajeunir " toutes ces datations), il semblerait plutôt que, sur le long terme, ce taux de cratérisation ait au contraire été divisé par trois depuis 3 milliards d'années, ce qui tendrait à " vieillir " les datations martiennes, et ce d'autant plus qu'elles sont relatives à des phénomènes récents.

La minéralogie de la surface martienne n'a longtemps pu être approchée qu'à travers l'étude de quelques dizaines de météorites de Mars. Bien que peu nombreuses et restreintes à des époques géologiques limitées, ces météorites permettent d'évaluer l'importance des roches basaltiques sur Mars. Elles soulignent les différences de composition chimique entre Mars et la Terre et témoignent de la présence d'eau liquide à la surface de la planète il y a plus de quatre milliards d'années. Les " orbiteurs ", dont les spectromètres permettent de déterminer la nature des phases solides présentes en surface, et les atterrisseurs, qui peuvent analyser chimiquement la composition d'échantillons prélevés sur des rochers ou dans le sol, nous ont permis depuis d'affiner notre connaissance des minéraux martiens.

Sphérule d'hématite sur " El Capitan " vue par le rover Opportunity en dans Meridiani Planum.

Analyses in situ par les atterrisseurs

Dès les années 1970, les sondes et ont analysé le sol martien, révélant une nature qui pourrait correspondre à l'érosion de basaltes. Ces analyses ont montré une abondance élevée en silicium Si et en fer Fe, ainsi qu'en magnésium Mg, aluminium Al, soufre S, calcium Ca et titane Ti, avec des traces de strontium Sr, d' yttrium Y et peut-être de zirconium Zr. Le taux de soufre était près de deux fois supérieur, et celui de potassium cinq fois inférieur, à la moyenne de l' écorce terrestre. Le sol contenait également des composés de soufre et de chlore ressemblant aux dépôts d' évaporites, résultant sur Terre de l'évaporation de l' eau de mer. La concentration en soufre était plus élevée en surface qu'en profondeur. Les expériences destinées à déterminer la présence d'éventuels microorganismes dans le sol martien en mesurant la libération d' oxygène après adjonction de " nutriments " ont mesuré un dégagement de molécules O ₂ significatif, ce qui, en l'absence d'autres traces biologiques par ailleurs relevées, a été attribué à la présence d' ions superoxyde O ₂−,. Le spectromètre APXS de Mars Pathfinder a réalisé en automne 1997 un ensemble de mesures exprimées en pourcentage pondéral d'oxydes qui sont venues compléter ces résultats avec ceux d'une région différente de la surface de Mars.

La teinte rougeâtre de la planète provient avant tout de l' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃, omniprésent à sa surface. Cette hématite amorphe (l'hématite cristallisée, quant à elle, est de couleur grise) est très présente à la surface des roches ainsi que des grains de poussière transportés par les vents qui balayent continuellement la surface de la planète, mais ne semble pas pénétrer très profondément dans le sol, à en juger par les traces laissées depuis l'hiver 2004 par les roues des roots de Mars Exploration Rover, qui montrent que la couleur rouille est celle des couches de poussières, plus épaisses et recouvertes de poussières sombres pour Opportunity, tandis que les roches elles-mêmes sont nettement plus sombres.

Par ailleurs, le sol de Mars analysé in situ par la sonde Phoenix en automne 2008 s'est révélé être alcalin () et contenir de nombreux sels, avec une abondance élevée de potassium K⁺, de chlorures Cl −, de perchlorates ClO ₄− et de magnésium Mg ²⁺,. La présence de perchlorates, notamment, a été abondamment commentée, car a priori assez peu compatible avec la possibilité d'une vie martienne. Ces sels ont la particularité d'abaisser sensiblement la température de fusion de la glace d'eau et pourraient expliquer les " ravines " - gullies en anglais - régulièrement observées par les sondes en orbite autour de la planète, qui seraient ainsi les traces d'écoulements de saumures sur des terrains en pente.

En 2018, le mini-laboratoire SAM à bord du rover Curiosity détecte des composés organiques ( thiophéniques, aromatiques et aliphatiques) dans les sols du cratère Mojave et de Confidence Hills.

Nature des terrains martiens d'après le spectroscope TES de Mars Global Surveyor . L'hématite grise (cristallisée) apparaît en rouge ; cela a permis de sélectionner le site d'atterrissage du rover Opportunity dans Meridiani Planum.

Taux d'hématite grise dans le cratère Eagle vu par l'instrument Mini-TES du lander du rover Opportunity superposés à une vue panoramique du cratère. Les taches bleues au premier plan indiquent que les rebonds des airbags protecteurs sur le sol ont enlevé la poussière riche en hématite.

Des sondes américaines (notamment 2001 Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter) et européenne (Mars Express) étudient globalement la planète depuis plusieurs années (respectivement 2002, 2006 et 2003), permettant d'élargir et d'affiner notre compréhension de sa nature et de son histoire. Si elles ont confirmé la prédominance des basaltes à la surface de la planète, ces sondes ont également recueilli quelques résultats inattendus.

Ainsi, la sonde Mars Express, de l' ESA, possède un instrument appelé OMEGA - " Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité " - de réalisation essentiellement française, sous la responsabilité de Jean-Pierre Bibring, de l' IAS à Orsay, qui mesure le spectre infrarouge (dans les longueurs d'onde comprises entre 0,35 et 5,2 ) de la lumière solaire réfléchie par la surface martienne dans le but d'y déceler le spectre d'absorption des différents minéraux qui la composent. Cette expérience a pu confirmer l'abondance des roches ignées sur la surface de Mars, notamment des olivines et des pyroxènes, ces derniers ayant un taux de calcium plus bas dans les hautes terres cratérisées de l'hémisphère sud que dans le reste de la planète, où on le rencontre avec de l' olivine ; ainsi, les matériaux les plus anciens de l'écorce martienne se seraient formés à partir d'un manteau appauvri en aluminium et en calcium.

Olivines et pyroxènes sont les constituants principaux des péridotites, des roches plutoniques bien connues sur Terre pour être le principal constituant du manteau.

Une découverte déterminante dans la compréhension de l'histoire de Mars a été l'identification par OMEGA de phyllosilicates largement répandus dans les régions les plus anciennes de la planète, révélant l'interaction prolongée des roches ignées avec l'eau liquide. L'instrument CRISM - Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars - de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter a permis de préciser la nature de ces minéraux.

OMEGA a également permis de détecter, en de nombreux endroits de la planète, des sulfates hydratés, tels que, par exemple, de la kiesérite MgSO ₄*H ₂O dans la région de Meridiani Planum, voire, dans la région de Valles Marineris, des sulfates encore davantage hydratés dont il n'a pas été possible d'identifier la nature minéralogique, ainsi que des dépôts de gypse CaSO ₄*2H ₂O sur de la kiesérite au fond d'un lac asséché, indiquant un changement de nature saline de ce plan d'eau au cours de son assèchement, passant du sulfate de magnésium au sulfate de calcium.

De vastes étendues de sulfate de calcium hydraté, vraisemblablement du gypse, ont également été détectées en bordure de la calotte polaire boréale. La présence de ces minéraux hydratés est une indication forte de la présence passée d'étendues d'eau liquide à la surface de Mars, une eau contenant notamment des sulfates de magnésium et de calcium dissous.

La sonde 2001 Mars Odyssey a détecté également la présence de chlorures dans les hautes terres de l'hémisphère sud, résultant de l'évaporation de plans d'eau salée ne dépassant pas 25 en divers endroits de ces terrains anciens remontant au Noachien voire, pour certains, au début de l' Hespérien.

L'un des résultats les plus étonnants de Mars Reconnaissance Orbiter provient de l'étude détaillée en 2008 de la région de Nili Fossae, identifiée début 2009 comme source d'importants dégagements de méthane. Le méthane a été détecté dès 2003 dans l' atmosphère de Mars, aussi bien par des sondes telles que Mars Express que depuis la Terre ; ces émissions de se concentreraient notamment en trois zones particulières de la région de Syrtis Major Planum. Or le méthane est instable dans l'atmosphère martienne, des études récentes suggérant même qu'il soit six cents fois moins stable qu'estimé initialement (on évaluait sa durée de vie moyenne à 300 ans) car le taux de méthane n'a pas le temps de s'uniformiser dans l'atmosphère et demeure concentré autour de ses zones d'émission, ce qui correspondrait à une durée de vie de quelques centaines de jours ; la source de méthane correspondante serait par ailleurs 600 fois plus puissante qu'estimé initialement, émettant ce gaz une soixantaine de jours par année martienne, à la fin de l'été de l'hémisphère nord.

Visualisation d'un dégagement de méthane dans l'atmosphère de Mars début 2009, pendant l'été de l'hémisphère nord martien.

Les analyses géologiques menées en 2008 par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter dans la région de Nili Fossae ont révélé la présence d' argiles ferromagnésiennes (smectites), d' olivine (silicate ferromagnésien (Mg,Fe) ₂SiO ₄, détectée dès 2003) et de magnésite (carbonate de magnésium MgCO ₃), révélant la présence d'argiles riches en fer, en magnésium, en olivine et en carbonate de magnésium ainsi qu'en serpentine. La présence simultanée de ces minéraux permet d'expliquer assez simplement la formation de méthane, car, sur Terre, du méthane CH ₄ se forme en présence de carbonates - tels que le MgCO ₃ détecté en 2008 - et d'eau liquide lors du métamorphisme hydrothermal d' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃ ou d'olivine (Mg,Fe) ₂SiO ₄ en serpentine (Mg,Fe) ₃Si ₂O ₅(OH) ₄, particulièrement lorsque le taux de magnésium dans l'olivine n'est pas trop élevé et lorsque la pression partielle de dioxyde de carbone CO ₂ est insuffisante pour conduire à la formation de talc Mg ₃Si ₄O ₁₀(OH) ₂ mais aboutit au contraire à la formation de serpentine et de magnétite Fe ₃O ₄, comme dans la réaction :

L' olivine, découverte dans la région de Nili Fossae ainsi qu'en d'autres régions martiennes par le Thermal Emission Spectrometer (TES) de Mars Global Surveyor, est un minéral instable en milieu aqueux, donnant facilement d'autres minéraux tels que de l' iddingsite, de la goethite, de la serpentine, des chlorites, des smectites, de la maghémite et de l' hématite ; la présence d'olivine sur Mars indique donc des surfaces qui n'ont pas été exposées à l'eau liquide depuis la formation de ces minéraux, laquelle remonte à plusieurs milliards d'années, jusqu'au Noachien pour les terrains les plus anciens. Il s'agit donc d'une indication forte de l'aridité extrême du climat martien au cours de l' Amazonien, aridité qui avait, semble-t-il, déjà commencé, au moins localement, à la fin de l' Hespérien.

Par ailleurs, la découverte, par le rover martien Opportunity sur Meridiani Planum en 2004, de jarosite, un sulfate ferrique hydraté de sodium (sur Terre, le sodium y est remplacé par le potassium) de formule NaFe(III)₃(OH) ₆(SO ₄) ₂, a permis de préciser encore davantage l'enchainement des épisodes climatiques sur Mars. Ce minéral se forme en effet, sur Terre, par l'altération de roches volcaniques en milieu aqueux oxydant acide, de sorte que sa détection sur Mars implique l'existence d'une période de climat humide permettant l'existence d'eau liquide acide. Mais ce minéral est également assez rapidement dégradé par l'humidité, pour former des oxyhydroxydes ferriques tels que la goethite α-FeO(OH), qui a par ailleurs été retrouvée en d'autres endroits de la planète (notamment par le rover Spirit dans le cratère Gusev). Par conséquent, la formation de la jarosite en climat humide a dû être rapidement suivie jusqu'à nos jours d'un climat aride afin de préserver ce minéral, nouvelle indication que l'eau liquide avait cessé d'exister à l' Amazonien mais avait été présente aux époques antérieures de l'histoire de Mars.

Le , la Nasa annonce y avoir détecté des écoulements de " saumures de différentes compositions, faites de chlorate et perchlorate de magnésium et de perchlorate de sodium, mêlés à un peu d'eau. ". D'après les analyses, il y aurait de l'eau liquide ou glacée dans le sous-sol martien.

Le scénario qui suit se veut une synthèse plausible déduite des connaissances actuelles issues des différentes campagnes d'exploration de Mars depuis une quarantaine d'années et dont les résultats sont résumés dans l'article Géologie de Mars.

Comme les autres planètes du Système solaire, Mars se serait formée il y a environ 4,6 milliards d'années par accrétion gravitationnelle de planétésimaux résultant de la condensation de la nébuleuse solaire. Étant située en deçà de la limite des 4 du Soleil, au-delà de laquelle peuvent se condenser les composés volatils tels que l' eau H ₂O, le méthane CH ₄ ou encore l' ammoniac NH ₃, Mars s'est formée à partir de planétésimaux de nature essentiellement sidérophile (riches en fer) et lithophile (constitués de silicates), mais avec une teneur accrue en éléments chalcophiles, à commencer par le soufre qui semble bien plus abondant sur Mars que sur Terre, comme l'ont révélé des mesures réalisées par Mars Global Surveyor.

Cette teneur élevée en soufre aurait eu pour effet de favoriser la différenciation du globe martien, d'une part en abaissant la température de fusion des matériaux qui le constituent, et d'autre part en formant des sulfures de fer qui ont séparé chimiquement le fer des silicates et ont accéléré sa concentration au centre de la planète pour y former un noyau d'éléments sidérophiles, plus riche en éléments chalcophiles que le noyau terrestre ; l'étude des isotopes radiogéniques des météorites de Mars, et notamment du système /, a ainsi révélé que le noyau de Mars se serait formé en à peine 30 millions d'années, contre plus de 50 millions d'années pour la Terre. Ce taux d'éléments légers expliquerait à la fois pourquoi le noyau de Mars est encore liquide, et pourquoi les épanchements de lave les plus anciens identifiés à la surface de la planète semblent avoir été particulièrement fluides, jusqu'à s'écouler sur près d'un millier de kilomètres autour d' Alba Patera par exemple.

La nature des planétésimaux qui ont conduit à la formation de la planète a déterminé la nature de l' atmosphère primordiale de Mars, par dégazage progressif des matériaux en fusion dans la masse de la planète en cours de différenciation. En l'état actuel des connaissance, cette atmosphère devait être bien plus dense qu'aujourd'hui, essentiellement constituée de vapeur d'eau H ₂O ainsi que de dioxyde de carbone CO ₂, d' azote N ₂, de dioxyde de soufre SO ₂, et peut-être d'assez grandes quantités de méthane CH ₄.

Au début de son existence, Mars a certainement dû perdre, plus rapidement que la Terre, une fraction importante de la chaleur issue de l'énergie cinétique des planétésimaux qui se sont écrasés les uns sur les autres pour conduire à sa formation : sa masse est en effet 10 fois moindre que celle de la Terre, alors que sa surface est seulement 3,5 fois plus réduite, ce qui signifie que le rapport surface/masse de la planète rouge est près de trois fois plus élevé que celui de notre planète. Une croûte a donc certainement dû se solidifier à sa surface en une centaine de millions d'années, et il est possible que la dichotomie crustale observée aujourd'hui entre les hémisphères nord et sud remonte aux quelques centaines de millions d'années qui ont suivi la formation de la planète.

Une fois suffisamment refroidie, il y a environ 4,5 à 4,4 milliards d'années, la surface solide de la planète dut recevoir en pluie la vapeur d'eau atmosphérique condensée, qui réagit avec le fer contenu dans les minéraux chauffés pour l' oxyder en libérant de l' hydrogène H ₂, lequel, trop léger pour s'accumuler dans l'atmosphère, s'échappa dans l'espace. Ceci aurait conduit à une atmosphère primitive où ne subsistèrent plus que le , le et le comme constituants majoritaires de l'atmosphère martienne primitive, avec une pression atmosphérique totale alors plusieurs centaines de fois supérieure à ce qu'elle est aujourd'hui ; la pression standard actuelle au niveau de référence martien est, par définition, de 610 Pa.

Pendant l' époque géologique appelée qui prit fin il y a environ 3,7 à 3,5 milliards d'années, Mars semble avoir offert des conditions très différentes de celles d'aujourd'hui et assez similaires à celles de la Terre à cette époque, avec un champ magnétique global protégeant une atmosphère épaisse et peut-être tempérée permettant l'existence d'une hydrosphère centrée autour d'un océan boréal occupant l'actuelle étendue de Vastitas Borealis.

L'existence passée d'un champ magnétique global autour de Mars a été découverte à travers l'observation, réalisée dès 1998 par Mars Global Surveyor, d'un paléomagnétisme au-dessus des terrains les plus anciens de l'hémisphère sud, notamment dans la région de Terra Cimmeria et Terra Sirenum. La magnétosphère produite par ce champ magnétique global devait agir, comme la magnétosphère terrestre de nos jours, en protégeant l' atmosphère de Mars de l' érosion par le vent solaire, qui tend à éjecter dans l'espace les atomes de la haute atmosphère en leur transférant l'énergie nécessaire pour atteindre la vitesse de libération.

Un effet de serre aurait été à l'œuvre pour tempérer l'atmosphère martienne, qui sinon aurait été plus froide qu'aujourd'hui en raison du plus faible rayonnement émis par le Soleil, alors encore jeune et en voie de stabilisation. Les simulations montrent qu'une pression partielle de 150 kPa de CO ₂ aurait permis d'avoir une température moyenne au sol égale à celle d'aujourd'hui, soit 210 (un peu moins de −60 °C). Un renforcement de cet effet de serre au-delà de cette température aurait pu provenir de plusieurs facteurs complémentaires :

la condensation du CO₂ en nuages réfléchissants dans le domaine de l'infrarouge aurait contribué à renvoyer au sol le rayonnement thermique qu'il émet, de façon encore plus efficace que ne le font les nuages terrestres, constitués d'eau,

la présence en haute altitude de SO₂ très absorbant dans le domaine de l'ultraviolet aurait contribué à réchauffer la haute atmosphère, comme le fait la couche d'ozone sur Terre par un mécanisme similaire,

le rôle de l'eau et du méthane (le CH₄ engendre un effet de serre vingt fois plus puissant que celui du CO₂) n'est peut-être pas non plus à négliger.

Évolution proposée de l'hydrosphère martienne.

Nous savons que l' eau liquide était alors abondante sur Mars car l'étude minéralogique de la surface de la planète a révélé la présence significative de phyllosilicates dans les terrains remontant à cette époque,,. Or les phyllosilicates sont de bons indicateurs de l'altération de roches ignées en milieu humide. L'abondance de ces minéraux dans les sols antérieurs à environ 4,2 milliards d'années a conduit l'équipe de planétologues de l' ESA responsable de l'instrument OMEGA et dirigée par Jean-Pierre Bibring à proposer la dénomination de Phyllosien pour l' éon stratigraphique correspondant : c'est l'époque semble-t-il la plus humide qu'ait connu la planète Mars.

Des études plus fines réalisées in situ par les deux Mars Exploration Rovers, Spirit et Opportunity, respectivement dans le cratère Gusev, au sud d' Apollinaris Patera, et sur Meridiani Planum, suggèrent même l'existence passée d'une hydrosphère suffisamment importante pour avoir pu homogénéiser le taux de phosphore des minéraux analysés sur ces deux sites situés de part et d'autre de la planète. Une approche différente, fondée sur la cartographie de l'abondance du thorium, du potassium et du chlore à la surface de Mars par le spectromètre gamma (GRS) de la sonde Mars Odyssey, aboutit au même résultat.

Par ailleurs, l'étude détaillée des traces laissées dans le paysage martien par de supposés cours d'eau et étendues liquides a conduit à proposer l'existence d'un véritable océan couvrant près du tiers de la surface de la planète au niveau de l'actuel Vastitas Borealis. Dans un article de 1991 devenu classique, Baker et al. allaient jusqu'à identifier certaines structures aux traces d'un ancien rivage. Les lignes côtières ainsi identifiées se trouvaient de surcroît correspondre aux courbes d'altitude constante corrigées des déformations ultérieures déduites du volcanisme et d'estimations quant au changement d'axe de rotation de la planète. Ces projections, parfois assez hardies, n'ont cependant pas convaincu tout le monde, et d'autres théories ont également été proposées pour rendre compte de ces observations, notamment en se fondant sur la possible origine volcanique des structures ainsi interprétées.

L'idée d'un océan boréal au cœur d'une hydrosphère étendue demeure néanmoins toujours aussi séduisante, et de nombreuses équipes travaillent à analyser, avec des outils toujours plus performants, les données topographiques continuellement enrichies des informations recueillies par les sondes actuellement en fonctionnement autour de Mars, dans l'espoir d'établir la distribution géographique de l'hydrosphère martienne au Noachien.

Dans le même ordre d'idées, l'existence du lac Eridania au cœur des hautes terres de Terra Cimmeria a été suggérée pour expliquer notamment la genèse de Ma'adim Vallis à partir de l'observation de certaines formations topographiques interprétées comme d'anciens rivages fossilisés,.

Les conditions martiennes du Noachien auraient peut-être pu permettre l'émergence de formes de vie sur Mars comme cela s'est passé sur Terre : outre la présence d'eau liquide et l' effet de serre qui aurait pu maintenir une température suffisamment élevée, l'abondance des argiles permet d'envisager des scénarios d'apparition de la vie élaborés dans le cadre de certaines des (nombreuses) théories d' abiogenèse, tandis que d'autres théories (par exemple celle conçue à la fin du par Günter Wächtershäuser,,,) envisagent l'abiogenèse terrestre dans des sources hydrothermales riches en sulfure de fer(II) FeS, un environnement également susceptible d'avoir existé sur Mars au Noachien. Ces conditions seraient cependant rapidement devenues nettement moins favorables à l'éon suivant, l' Hespérien, qui aurait débuté au plus tard il y a 3,5 milliards d'années : dominé par la chimie du soufre, il s'est certainement traduit par un abaissement significatif du pH de l' eau martienne sous l'effet de pluies d' acide sulfurique H ₂SO ₄, qui auraient eu accessoirement pour conséquence de permettre l'existence d'eau liquide à des températures sensiblement inférieures à 0 °C.

Or les plus anciennes traces de " vie " détectées sur notre planète ne remontent pas au-delà de 3,85 milliards d'années pour la plus reculée de toutes les dates publiées (autour de la limite conventionnelle entre l' Hadéen et l' Archéen), soit 700 millions d'années après la formation de la Terre, c'est-à-dire presque autant que la durée totale du premier éon martien dans l'hypothèse la plus favorable, comme le rappelle la chronologie ci-dessous des éons terrestres comparée à l'échelle de Hartmann standard et à l' échelle de Hartmann & Neukum :

Dans ces conditions, si un processus d' abiogenèse avait pu aboutir sur Mars au Noachien, il aurait conduit à des formes de vie qui auraient eu très peu de temps pour évoluer avant les bouleversements de l' Hespérien, à une époque - autour de 4 à 3,8 milliards d'années avant le présent - marquée par les impacts d' astéroïdes du grand bombardement tardif.

À titre de comparaison, la photosynthèse ne serait pas apparue sur Terre avant 3 milliards d'années, voire seulement 2,8 milliards d'années,, tandis que les plus anciennes cellules eucaryotes ne remonteraient pas au-delà de 2,1 milliards d'années, et la reproduction sexuée ne daterait pas de plus de 1,2 milliard d'années.

Alors que le Phyllosien semble avoir été plutôt dépourvu d'activité volcanique, l'analyse détaillée des données recueillies par l'instrument OMEGA de Mars Express, conçu pour l'analyse minéralogique de la surface martienne, a conduit à identifier, à la fin de cet éon, une période de transition, s'étendant d'environ 4,2 à 4,0 milliards d'années avant le présent, marquée par l'apparition d'une activité volcanique significative alors que la planète connaissait vraisemblablement encore des conditions tempérées et humides sous une atmosphère plutôt épaisse.

De surcroît, l'exploration par des sondes de la surface des planètes telluriques - à commencer par la Lune - à la fin du a conduit à postuler un épisode dit de " grand bombardement tardif " (appelé Late Heavy Bombardment par les Anglo-saxons) s'étendant sur une période datée approximativement de 4,0 à 3,8 milliards d'années avant le présent, à plus ou moins 50 millions d'années près. C'est au cours de cet épisode que se seraient formés les grands bassins d'impact aujourd'hui visibles sur Mars, tels qu' Hellas, Argyre ou encore Utopia.

Survenu à la fois sur Terre et sur Mars, ce cataclysme serait peut-être également à l'origine de la différence de concentration en oxyde de fer (plus du simple au double) observée entre le manteau de la Terre et celui de Mars. Les impacts cosmiques auraient en effet liquéfié le manteau terrestre sur peut-être 1 200 à 2 000 km d'épaisseur, portant la température de ce matériau jusqu'à 3 200 °C, température suffisante pour réduire le FeO en fer et en oxygène. Le noyau terrestre aurait ainsi connu un apport supplémentaire en fer issu de la réduction du manteau à l'issue de ce bombardement météoritique, ce qui expliquerait la teneur pondérale résiduelle d'environ 8 % de FeO dans le manteau terrestre. Sur Mars, au contraire, la température du manteau fondu n'aurait jamais dépassé 2 200 °C, température insuffisante pour réduire l' oxyde de fer(II) et laissant donc inchangée la teneur en FeO du manteau martien à environ 18 %. Cela expliquerait pourquoi Mars est aujourd'hui extérieurement plus de deux fois plus riche en oxydes de fer que la Terre alors que ces deux planètes sont supposées avoir été originellement similaires.

À l'issue de ces impacts géants, les conditions à la surface de la planète ont vraisemblablement été sensiblement altérées. En premier lieu, Mars aurait perdu une fraction importante de son atmosphère, dispersée dans l'espace sous l'effet de ces collisions. Le climat général de la planète aurait été bouleversé par les poussières et les gaz injectés dans l'atmosphère lors de ces collisions, ainsi que par un possible changement d' obliquité lors de tels impacts. Mais il est également possible que l' énergie cinétique des impacteurs, en injectant de l'énergie thermique dans le manteau martien, ait modifié le gradient thermique dont on suppose qu'il entretient, dans le noyau planétaire, les mouvements de convection à l'origine de l' effet dynamo engendrant le champ magnétique global, ce qui aurait fait disparaître la magnétosphère martienne dès la fin du Noachien.

Les impacts à l'origine des grands bassins martiens ont peut-être initié le plus grand épisode volcanique de l'histoire de la planète, définissant l'époque qu'on appelle l' Hespérien. Celle-ci est caractérisée, d'un point de vue pétrologique, par l'abondance des minéraux contenant du soufre, et notamment de sulfates hydratés tels que la kiesérite MgSO ₄*H ₂O et le gypse CaSO ₄*2H ₂ O.

Les principales formations volcaniques martiennes seraient apparues à l'Hespérien, peut-être même, pour certaines, dès la fin du Noachien ; c'est notamment le cas des plaines de laves telles que Malea Planum, Hesperia Planum et Syrtis Major Planum. Alba Mons aurait peut-être également commencé son activité à ce moment, à la suite de l'impact à l'origine du bassin d' Hellas Planitia situé aux antipodes. Le renflement de Tharsis et les volcans d' Elysium Planitia, en revanche, remonteraient au milieu de l' Hespérien, aux alentours de 3,5 milliards d'années avant le présent, date qui correspondrait à la période d'activité volcanique maximum sur la planète rouge ; Alba Mons aurait ainsi connu sa plus grande activité dans la seconde moitié de l'Hespérien jusqu'au début de l' Amazonien.

Ce volcanisme aurait libéré dans l' atmosphère de Mars de grandes quantités de dioxyde de soufre SO ₂ qui, en réagissant avec l'eau dans les nuages, aurait formé du trioxyde de soufre SO ₃ donnant, en solution dans l'eau, de l' acide sulfurique H ₂SO ₄. Cette réaction aurait sans doute été favorisée sur Mars par la photolyse à haute altitude des molécules d' eau, sous l'action du rayonnement ultraviolet du Soleil, qui libère notamment des radicaux hydroxyle HO * et produit du peroxyde d'hydrogène H ₂O ₂, un oxydant. La comparaison avec l' atmosphère de Vénus, qui possède des nuages d' acide sulfurique dans une atmosphère de dioxyde de carbone, souligne également le rôle de la dissociation photochimique du dioxyde de carbone (CO ₂) par les ultraviolets de moins de 169 pour initier l' oxydation du dioxyde de soufre :

L'eau martienne aurait donc été chargée d'acide sulfurique à l' Hespérien, ce qui aurait à la fois pour conséquence d'abaisser sensiblement son point de congélation - l' eutectique du mélange H ₂SO ₄*2H ₂O - H ₂SO ₄*3H ₂O gèle ainsi un peu en dessous de −20 °C, et celui du mélange H ₂SO ₄*6,5H ₂O - H ₂O gèle autour de 210 , température légèrement inférieure à −60 °C, qui est la température moyenne actuelle sur Mars - et de conduire à la formation de sulfates plutôt que de carbonates. Ainsi s'expliquerait pourquoi, alors que Mars possédait a priori une atmosphère de CO ₂ et de grandes étendues d'eau liquide, on n'y trouve quasiment pas de carbonates, alors que les sulfates semblent, au contraire, particulièrement abondants, : la formations des carbonates est inhibée par l' acidité - que la présence de sulfates laisse supposer (la sidérite FeCO ₃, a priori le carbonate le moins soluble, ne précipite qu'à pH supérieur à 5) - et la libération continue de par l'activité volcanique à l' Hespérien aurait déplacé le des carbonates qui auraient pu s'être formés au Noachien pour les remplacer par des sulfates, comme cela se produit par exemple à pH faible avec le magnésium :

La chronostratigraphie minéralogique proposée par l'équipe de planétologues responsable de l'instrument OMEGA de la sonde Mars Express fait correspondre, à l'Hespérien, l' éon stratigraphique appelé " Theiikien ", terme forgé via l'anglais à partir du grec ancien τὸ θεΐον signifiant " soufre " - la racine exacte serait plutôt l'adjectif *θειικον dans le sens de " sulfurique ". Cet éon serait cependant daté de 4,0 à 3,6 milliards d'années avant le présent, c'est-à-dire avec un décalage de 300 à 400 millions d'années vers le passé par rapport à l' échelle de Hartmann & Neukum.

Une fois passé l'épisode volcanique majeur de l' Hespérien, Mars aurait progressivement vu son activité interne se réduire jusqu'à nos jours, où elle semble être devenue imperceptible, voire peut-être nulle. En effet, plusieurs épisodes volcaniques, d'intensité décroissante, auraient eu lieu au cours de l' Amazonien, notamment au niveau d' Olympus Mons, et certaines éruptions se seraient même produites il y a seulement 2 millions d'années, mais cette activité demeure épisodique et, en tout état de cause, insignifiante comparée par exemple au volcanisme existant actuellement sur Terre.

Parallèlement, l' atmosphère de Mars aurait subi une érosion continue depuis le début de l'Hespérien sous l'effet du vent solaire à la suite de la disparition de la magnétosphère, sans doute dès la fin du Noachien. Une telle érosion, même modérée, mais continue sur plusieurs milliards d'années, aurait sans difficulté dispersé dans l'espace l'essentiel de ce qu'il restait d'enveloppe gazeuse à la surface de Mars après le grand bombardement tardif. Il s'est ensuivi la disparition progressive de l' effet de serre dû au Dioxyde de carbone CO ₂ martien, d'où la baisse continue de la température et de la pression atmosphérique de la planète à partir de l'Hespérien et tout au long de l'Amazonien.

La présence d'eau liquide sur Mars a donc progressivement cessé d'être continue pour ne plus être qu'éparse et épisodique. Les conditions martiennes actuelles permettent en effet l'existence d'eau liquide dans les régions les plus basses de la planète dans la mesure où cette eau est chargée de chlorures et/ou d' acide sulfurique, ce qui semble précisément être le cas sur Mars compte tenu du résultat des analyses effectuées in situ par les sondes qui ont étudié chimiquement le sol de la planète rouge. Des précipitations significatives semblent également avoir eu lieu jusqu'au milieu de l'Amazonien, à en juger par les arêtes sinueuses identifiées par exemple à l'est d' Aeolis Mensae. Mais, au cours de l'Hespérien et de l'Amazonien, les conditions martiennes globales sont passées d'une atmosphère épaisse, humide et tempérée à une atmosphère ténue, aride et froide.

Ces conditions particulières, exposant, pendant des milliards d'années, les minéraux de la surface martienne à une atmosphère sèche chargée d' ions oxydants, ont favorisé l'oxydation anhydre du fer sous forme d' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃ (hématite) amorphe, à l'origine de la couleur rouille caractéristique de la planète. Cette oxydation demeure néanmoins limitée à la surface, les matériaux situés immédiatement en dessous étant la plupart du temps demeurés dans leur état antérieur, avec une couleur plus sombre. Cette prédominance des oxydes ferriques est à l'origine du terme sidérikien désignant l' éon stratigraphique correspondant, forgé par les planétologues responsables de l'instrument OMEGA de la sonde Mars Express à l' ESA, à partir du grec ancien ὁ σίδηρος signifiant " fer " - la racine exacte serait plutôt l'adjectif *σιδηρικος dans le sens de " ferrique " - et qui débuterait dès 3,6 milliards d'années avant le présent.

La transition entre Hespérien et Amazonien aurait été assez progressive, ce qui explique l'extrême variabilité des dates définissant la limite entre ces deux époques : 3,2 milliards d'années avant le présent selon l' échelle de Hartmann & Neukum, mais seulement 1,8 milliard d'années selon l'échelle standard de Hartmann.

Eau sur Mars

De l'abondance d'eau liquide du Noachien, il ne reste plus, aujourd'hui, que des traces dans l'atmosphère de Mars et, sans doute, d'importantes quantités d'eau gelée dans le sol et les calottes polaires de Mars, sous forme de pergélisol, voire de mollisol. En 2005, la sonde Mars Express a détecté, à proximité du pôle nord, un lac de glace d'eau dans un cratère. En 2007, le radar MARSIS de Mars Express a mis en évidence de grandes quantités de glace d'eau enfouies dans les terrains qui bordent la calotte résiduelle australe. Ainsi, le volume de glace d'eau contenue dans le pôle sud est estimé à 1,6 million de kilomètres cubes, soit approximativement le volume de glace d'eau de la calotte résiduelle boréale.

La présence d'eau dans le sous-sol a également été détectée à mi-distance entre l'équateur et le pôle nord. Ainsi, en 2009, la sonde Mars Reconnaissance Orbiter a révélé que des cratères d'impact récemment formés contenaient de la glace pure à 99 %.

La présence durable d'eau liquide à la surface de Mars est considérée comme improbable. En effet, compte tenu de la pression et de la température à la surface de Mars, l'eau ne peut exister à l'état liquide et passe directement de l'état solide à l'état gazeux par sublimation. Cependant, de récents éléments suggèreraient la présence temporaire d'eau liquide dans des conditions particulières. Expérimentalement, des écoulements d'eau et de saumure à basse pression ont été réalisés pour étudier leurs répercussions sur la surface,.

En 2004, l'équipe scientifique de THEMIS, l'instrument de Mars Odyssey prévu pour détecter la présence d'eau passée sur Mars, a découvert sur une des images de la sonde une " structure qui ressemble à un lac située au centre du cratère ".

De très brèves coulées pourraient encore avoir lieu. Ainsi, Michael Malin et Kenneth Edgett (et coauteurs), chercheurs de la Nasa, ont annoncé en avoir désormais la preuve d'écoulements granulaires épisodiques actifs. L'analyse d'images haute résolution MOC prises par la sonde Mars Global Surveyor a révélé la présence de nouvelles ravines (gullies ) dont la mise en place pourrait être liée à des écoulements de boue ou de débris,. Mais des analyses ultérieures ont montré que ces observations pouvaient tout aussi bien être expliquées par des écoulements secs. L'analyse de ces écoulements avec les données HiRISE montrent qu'ils sont saisonniers et qu'ils se produisent à la fin de l'hiver ainsi qu'au début du printemps.

Au niveau du bassin d'impact d'Hellas Planitia, la différence d'altitude entre le rebord et le fond est d'environ 9 km. La profondeur du cratère (7 152 mètres sous le niveau topographique de référence) explique la pression atmosphérique en contrebas : 1 155 Pa (soit 11,55 mbar ou encore 0,01 atm). C'est 89 % plus élevé que la pression au niveau zéro (610 Pa, soit 6,1 mbar) et au-dessus du point triple de l'eau, suggérant que la phase liquide serait éphémère (évaporation à mesure de la fusion de la glace) si la température dépasse 273,16 K (0,01 °C) dans le cas de l'eau pure. Une température inférieure serait néanmoins suffisante pour de l'eau salée, ce qui serait justement le cas de l'eau martienne - de l'eau liquide existe sur Terre jusqu'à des températures très basses, par exemple dans le très salé lac Don Juan, en Antarctique, et certaines saumures demeurent liquides à des températures encore plus basses, de même que certaines solutions d'acide sulfurique.

Traces d'écoulements observées par l'instrument HiRISE de la sonde MRO le par 41,6° S et 202,3° E sur les bords du cratère Newton.

Des traces saisonnières d'écoulements ont également été identifiées au printemps 2011 par l'instrument HiRISE de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter en plusieurs points de la surface martienne sous forme de traces sombres qui s'allongent et s'élargissent sur des pentes exposées au soleil, notamment sur les bords du cratère Newton. Ces formations assez sombres, larges de 0,5 à 5 mètres, se forment préférentiellement face à l'équateur sur des pentes inclinées de 25° à 40° entre 48° S et 32° S, avec une longueur maximale à la fin de l'été et au début de l'automne local, alors que la température de surface se situe entre 250 et 300 K.

Les variations d'éclat, la distribution en latitude et la saisonnalité de ces manifestations suggèrent qu'elles soient provoquées par une substance volatile, mais celle-ci n'a pas été directement détectée. Elles se trouvent en des points trop chauds de la surface martienne pour qu'il puisse s'agir de dioxyde de carbone gelé, et généralement trop froids pour qu'il puisse également s'agir d'eau pure gelée. Ces observations plaident donc également en faveur de saumures, qui semblent se former ponctuellement de temps en temps à la surface de la planète,. Le la NASA annonce que des analyses des images en provenance de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter confirmeraient la présence de liquide sur Mars sous forme de sels hydratés,.

En , à la suite de l'exploration menée par le robot Curiosity , la NASA annonce qu'un grand lac aurait rempli le cratère Gale alimenté par des rivières pendant des millions d'années,.

Une étude publiée en a montré que les écoulements seraient finalement secs. En effet, les quantités d'eau nécessaires pour expliquer ces sources d'eau chaque année ne sont pas suffisantes dans l'atmosphère. La source souterraine est aussi très improbable car les écoulements sombres ( Recurring Slope Lineae , RSL) se forment parfois sur des sommets. La nouvelle hypothèse propose l'effet de pompe de Knudsen comme déclencheur des écoulements, qui seraient donc totalement secs.

Le , la sonde spatiale Mars Express lancée par l' Agence spatiale européenne détecte au niveau de la calotte polaire australe la présence d'un lac souterrain d'eau liquide de 20 km de large, à 1,5 km sous la surface de Mars. Bien qu'à une température inférieure au point de congélation de l'eau pure, ce lac serait liquide en raison de sa forte concentration en sels et minéraux martiens.

Satellites naturels

Cratère Stickney, de 9 km de diamètre, vu par l'instrument HiRISE de Mars Reconnaissance Orbiter à 6 000 km de Phobos le , le cratère Limtoc étant visible à l'intérieur et les sillons parallèles au premier plan ; agrandissement de l'image ci-dessous.

Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Déimos, ressemblant à des astéroïdes de type chondrite carbonée ou de type D, dont l'origine demeure incertaine avec plusieurs hypothèses soulevées :

Il pourrait s'agir d'astéroïdes incidents capturés par Mars, mais la difficulté de ce scénario est d'expliquer comment, dans ce cas, ces deux satellites ont pu acquérir leurs orbites actuelles, circulaires et peu inclinées - à peine 1° - par rapport à l'équateur martien : ceci impliquerait des mécanismes de freinage atmosphérique et de régularisation par effets de marée, scénarios qui présentent des difficultés par rapport à l'insuffisance de l'atmosphère de Mars pour réaliser un tel freinage dans le cas de Phobos, et à l'insuffisance du temps requis pour circulariser l'orbite de Déimos. Néanmoins, ce mécanisme de capture aurait pu être grandement facilité dans le cas d'astéroïdes doubles dont l'une des composantes aurait été éjectée tandis que l'autre se satellisait autour de la planète rouge.

Les deux satellites de Mars pourraient également s'être formés en même temps que leur planète mère, la difficulté étant dans ce cas d'expliquer la différence de composition entre Mars d'une part et ses deux satellites d'autre part.

Enfin, une troisième hypothèse propose que Phobos et Deimos soient deux corps agglomérés à partir des résidus satellisés à la suite d'un ou plusieurs impacts majeurs de planétésimaux peu après la formation de Mars, scénario rejoignant l'hypothèse " Théia " expliquant la formation de la Lune par un mécanisme similaire intervenu sur la proto-Terre.

Le satellite Phobos de Mars vu le à 6 800 km de distance par l'instrument HiRISE de la sonde MRO. Les sillons sont bien visibles. La résolution de cette image permet d'y percevoir des détails de 20 m.

Phobos, le satellite naturel de Mars le plus proche de sa planète, est une masse irrégulière de 27 × 22 × 18 km qui orbite à moins de 6 000 km d'altitude, au point de n'être pas visible depuis les régions polaires de la surface martienne, au-delà de 70,4° de latitude nord ou sud, où il est masqué par la courbure de la planète. La sonde Mars Global Surveyor a révélé que sa surface, très cratérisée, est recouverte d'un régolithe épais d'une centaine de mètres provenant sans doute des myriades d'impacts survenus à la surface de cet objet. Sa masse volumique moyenne est moitié moindre que celle de Mars, à un peu moins de 1 890 kg/m ³, suggérant une nature poreuse résultant d'une structure en blocs agglomérés dont la cohésion globale serait assez faible. Il s'agirait d'un astéroïde de type D, c'est-à-dire constitué de matériaux où dominent les silicates anhydres avec une proportion notable de carbone, de composés organiques ainsi que, peut-être, de glace d'eau. Il aurait une composition proche d'une chondrite carbonée, expliquant son albédo d'à peine 0,071. La nature minéralogique de la surface examinée par le spectromètre infrarouge ISM de la sonde Phobos 2 semble correspondre à de l' olivine avec localement des concentrations d' orthopyroxène. La présence d'eau en surface du satellite a clairement été écartée par plusieurs études, mais ne demeure pas exclue en profondeur.

L'un des traits caractéristiques de Phobos est la présence de sillons parallèles d'au plus 30 m de profondeur, 200 m de large et 20 km de long, qui semblent envelopper le satellite radialement autour du cratère Stickney, et qui pourraient être les traces de débris projetés dans l'espace lors d' impacts sur Mars qui auraient été balayés en orbite par Phobos : les sillons semblent en réalité " s'écouler " sur la surface du satellite à partir de son point " avant " - dans le sens de sa révolution synchrone autour de Mars - davantage qu'à partir du cratère Stickney lui-même, situé à proximité du point avant. Ces sillons sont plus précisément des catenae, qui résultent de chaînes de cratères alignés.

Orbitant à l'intérieur de l' orbite synchrone de Mars, située à 17 000 km d'altitude, Phobos est ralenti par les forces de marée exercées par le globe martien, ce qui lui fait perdre de l'altitude à raison d'environ 18 cm par an : à cette vitesse, il atteindra sa limite de Roche dans environ 11 millions d'années et se désagrégera à environ 4 000 km d'altitude au-dessus de la surface martienne où il devrait progressivement former un anneau.

Vue de Déimos par l'instrument HiRISE de la sonde MRO le montrant des détails de 60 m.

Le second satellite de Mars, Déimos, est encore plus petit que le premier, avec des dimensions de 15 × 12,2 × 10,4 km. Il orbite à un peu plus de 23 000 km d'altitude, sur une orbite quasiment circulaire inclinée de moins d'un degré par rapport à l'équateur martien. Il semble être de même nature que Phobos - astéroïde de type D de composition proche d'une chondrite carbonée - mais sa surface, a priori tout aussi cratérisée que celle de Phobos, serait nettement plus adoucie par une couche de régolithe suffisamment épaisse pour combler la plupart des cratères. La masse volumique de ce régolithe a été estimée au radar à environ 1 100 kg/m ³, celle du satellite dans son ensemble étant de l'ordre de 1 470 kg/m ³.

Les vues prises par Mars Reconnaissance Orbiter ont montré une surface de couleur variable selon les régions, le régolithe ayant une teinte rouge sombre plus prononcée que les surfaces semble-t-il plus récentes, situées autour de certains cratères et sur le bord des arêtes. Les catenae formant les sillons caractéristiques de la surface de Phobos n'ont pas été observées sur Déimos.

Les deux satellites ont été découverts lors de l' opposition d' par Asaph Hall à l'aide d'un télescope de 26 pouces depuis l' observatoire naval des États-Unis de Washington,.

Ils ont été originellement nommés Phobus et Deimus d'après une suggestion d'Henry Madan professeur au collège d'Eton d'après la ligne 119 du chant XV de l'Iliade :

" Il parla ainsi, et il ordonna à la Terreur et à la Crainte d'atteler ses chevaux, et il se couvrit de son armure splendide. "

Dans la mythologie grecque, Phobos et Déimos sont les fils du dieu Arès, en grec ancien Φόϐος / Phóbos signifie " peur " et Δεῖμος / Deĩmos " terreur ". Cette dénomination est un jeu de mots sur la polysémie du mot satellite qui peut désigner à la fois un astre (les satellites de la planète) ou bien une personne, un garde du corps (les satellites du dieu).

Actuellement sont connus quatre troyens dans le sillage de Mars. Le premier, découvert en 1990, et le plus connu d'entre eux, est (5261) Eurêka, situé au point de Lagrange L ₅. Les trois autres sont 1998 VF31 (au point L ₄), 1999 UJ7 (au point L ₅), et 2007 NS2 (au point L ₅).

Mars possède aussi un astéroïde coorbital : (26677) 2001 EJ18.

Six autres astéroïdes sont également étroitement liés à Mars, mais ne semblent pas en être des troyens : 2001 FR127, 2001 FG24, 2001 DH47, 1999 ND43, 1998 QH56 et 1998 SD4.

est un astéroïde géocroiseur et aréocroiseur de 50 m de long découvert le par Andrea Boattini, du Catalina Sky Survey. Selon le Near Earth Object Program de la NASA, il avait une chance sur 10 000 (soit 0,01 %) d'impacter Mars le , impact qui ne s'est finalement pas produit.

Mars faisant partie des cinq planètes visibles à l'œil nu (avec Mercure, Vénus, Jupiter, et Saturne), elle est observée depuis que les hommes regardent le ciel nocturne. Lors de ses oppositions, elle est la planète la plus brillante après Vénus (sa magnitude apparente peut alors atteindre -2,9, le reste du temps, la deuxième planète la plus brillante est Jupiter).

La couleur rouge caractéristique de Mars lui valut dans l' Antiquité le rapprochement avec le dieu grec de la guerre puis avec son équivalent romain , le rouge évoquant le sang des champs de bataille.

Les Babyloniens la nommaient Nirgal ou , le dieu de la mort, des destructions et du feu.

Les Égyptiens la nommaient " Horus rouge " ( ḥr Dšr, Hor-desher) et connaissaient son " déplacement à reculons " (actuellement connu sous le nom de mouvement rétrograde).

Dans la mythologie hindoue, Mars est nommée (मंगल) du nom du dieu de la guerre. Dans le quadrangle de Memnonia, Mangala Valles est nommé en son honneur.

En hébreu, elle est nommée Ma'adim (מאדים) : " Celui qui rougit "). Ma'adim Vallis reprend ce vocable.

Mars est encore connue de nos jours sous le nom de " Planète rouge ".

Des observations de l' astronomie pré-télescopique, il reste peu de documents, et ceux-ci sont teintés de religion ou d'astrologie (comme le zodiaque de Dendérah en Haute-Égypte). De plus, les observations à l'œil nu ne permettent pas d'observer la planète elle-même mais plutôt sa trajectoire dans le ciel.

Description de Johannes Kepler des mouvements géocentriques de Mars, Astronomia nova (1609).

En 1600 à Prague, Johannes Kepler devient l'assistant de Tycho Brahe (mort en 1601) pour lequel il doit calculer l'orbite précise de Mars. Il met six ans à faire le calcul et découvre que les orbites des planètes sont des ellipses et non des cercles. C'est la première loi de Kepler qu'il publie en 1609 dans son ouvrage Astronomia nova.

La croyance en l'existence des canaux martiens dura de la fin du siècle au début du siècle et marqua l'imagination populaire, contribuant au mythe de l'existence d'une vie intelligente sur la quatrième planète du Système solaire. Leur observation, qui n'a jamais fait l'unanimité, provenait d'une illusion d'optique, phénomène fréquent dans les conditions d'observation de l'époque ( paréidolie).

Au siècle, l'utilisation de grands télescopes permit d'obtenir les cartes les plus précises avant l'envoi des sondes. À l' observatoire de Meudon, les observations d' Eugène Antoniadi en 1909 aboutirent à la publication de La planète Mars en 1930. À l' Observatoire du Pic du Midi, des observations furent effectuées par Bernard Lyot, Henri Camichel, Audouin Dollfus, et Jean-Henri Focas.

L'exploration de Mars se fait à l'aide de sondes spatiales, notamment de satellites artificiels et d' astromobiles, ou .

Elle tient une place importante dans les programmes d'exploration spatiale de la Russie (et avant elle par l' URSS), des États-Unis, de l' Union européenne, et du Japon, et commence à se matérialiser dans le programme spatial de la république populaire de Chine. Une quarantaine de sondes orbitales et d'atterrisseurs ont été lancés vers Mars depuis les années 1960.

N.B. : les dates ci-dessous sont celles du lancement et de la fin des missions ; la date intermédiaire est celle de l'insertion d'un satellite en orbite martienne () ou de l'atterrissage d'un atterrisseur ().

Sondes russes :

Mars 96

Phobos-Grunt était une mission portée par la Russie dont le lancement a eu lieu le mais sans pouvoir placer la sonde sur son orbite de transit vers Mars, de sorte que l'engin s'est écrasé sur Terre le dans le Pacifique sud. L'objectif était de rapporter des échantillons du sol de Phobos.

était une mission chinoise consistant en un petit module devant être placé en orbite martienne par le vaisseau russe Phobos-Grunt pour y étudier l'environnement immédiat de la planète rouge ; l'échec de la mission Phobos-Grunt entraîna celle de Yinghuo 1.

La sonde européenne ( - ). L'atterrissage semble s'être déroulé convenablement mais le contact avec la sonde a été perdu. En janvier 2015, elle a été retrouvée sur des photos de la surface de Mars prises par l'orbiteur Mars Reconnaissance Orbiter.

La sonde japonaise Nozomi (のぞみ) ( - ) demeurée depuis lors en orbite héliocentrique.

La sonde européenne Schiaparelli ( - ) perdue à cause d'une éjection prématurée du parachute lors de la descente atmosphérique, ayant donc débouché sur un crash.

Sondes américaines (simples survols) :

Mariner 6 ( - survol le )

Mariner 7 ( - survol le )

Satellites américains :

Mariner 4 .

Orbiteurs soviétiques :

Atterrisseurs soviétiques :

Programme Viking, avec atterrisseur et orbiteur :

Viking 1 ( - )

Viking 2 ( - )

atterrisseur et rover Mars Pathfinder ( - - )

atterrisseur Phoenix ( - - )

Mars Exploration Rover :

Spirit ( - - , date du dernier contact avec ce rover à présent enlisé.)

Opportunity ( - - , date du dernier contact)

Opportunity dans le cratère Endurance (vue simulée).

2001 Mars Odyssey ( - - Fin prévue ?)

Mars Express ( - - prolongée à de nombreuses reprises, arrêt prévue fin 2022)

Mars Reconnaissance Orbiter ( - - Fin prévue ?)

Mars Orbiter Mission ( - - est la fin prévue de la mission mais le satellite est toujours en activité en 2022.)

MAVEN ( - - fin prévue ?)

Trace Gas Orbiter ( - - fin prévue en 2022)

La mission martienne des Émirats (appelée aussi Hop)) est une sonde de l'agence spatiale émiratie qui décolle le . Hope consiste en un orbiteur équipé de trois instruments scientifiques destinés à l'étude de l'atmosphère de Mars. C'est la première sonde spatiale des EAU et la première sonde spatiale du monde arabe. Elle s'est placée en orbite autour de Mars le .

Mars Science Laboratory est une mission développée par la NASA et lancée le . Elle est équipée d'un rover nommé Curiosity nettement plus performant que Spirit et Opportunity en vue de rechercher des traces de vie passée à travers diverses analyses géologiques. Curiosity s'est posé dans la zone d'atterrissage Bradbury dans le cratère Gale, le .

InSight, embarque des instruments scientifiques européens (sismomètre, capteur de flux de chaleur et station météorologique). atterrissage réussi le à une latitude de 4,5°N et à la longitude de 135,9°E. La fin de mission est prévue pour 2020.

Mars 2020 est une mission de la NASA qui a décollé le avec à son bord l'astromobile (rover) Perseverance (sa construction est largement basée sur Curiosity, tout en comportant des instruments plus perfectionnés), ainsi qu'un mini hélicoptère (de type drone), le Mars Helicopter Scout Ingenuity. L'astromobile a atterri le dans le cratère Jezero.

Tianwen-1 est une sonde de l'agence spatiale chinoise (CNSA) qui décolle le . Elle comprend un orbiteur et un atterrisseur qui doit déposer une astromobile (rover) à la surface de la planète. Il s'agit de la première mission martienne menée de façon indépendante par la Chine. Elle s'est placée en orbite autour de Mars le , tandis que l'atterrisseur et le rover doivent se poser à sa surface en mai ou .

Le programme Constellation de la NASA proposait de renvoyer des hommes sur la lune d'ici 2020 pour préparer de futures missions habitées vers Mars. Jugé trop coûteux pour des options technologiques dépassées, ce programme initié par l'administration Bush, qui accusait déjà d'importants retards, a été abandonné le par l'administration Obama.

Les différentes missions martiennes ont mis en place des satellites artificiels autour de la planète. Ils servent de relais pour les télécommunications avec les modules posés au sol, et réalisent des mesures globales sur l'environnement et la surface de Mars.

Dix satellites artificiels orbitent actuellement autour de Mars, dont huit sont encore en fonctionnement, soit davantage d'engins que pour tout autre objet du Système solaire hormis la Terre.

Symbole astronomique de Mars.

Le symbole astronomique de Mars est un cercle portant une flèche pointant vers le nord-est ( Unicode 0x2642 ♂). En alchimie, ce symbole est associé au fer (dont l'oxyde est rouge) et indique parfois une mine de fer sur les cartes.

Mars mettant un peu moins de deux ans pour faire le tour du Soleil, son symbole a été utilisé par Carl von Linné afin de représenter les plantes bisannuelles dans son ouvrage Species plantarum.

Ce symbole est une représentation stylisée du bouclier et de la lance du dieu Mars. En biologie, le même symbole est utilisé comme signet pour le sexe mâle. Les hommes viennent de Mars, les femmes viennent de Vénus est un best-seller de John Gray paru en 1992.

La couleur rouge est associée à Mars. On lui associe aussi la violence, la colère, la guerre : tous les attributs habituels du dieu Mars.

L'hypothétique corrélation entre la position de la planète Mars par rapport à l'horizon au moment de la naissance et la destinée de certains sportifs est nommée effet Mars.

Sur les photos prises par , le , au cours de sa orbite, on distingue dans Cydonia Mensae des structures semblant artificielles dont un visage gigantesque et des pyramides. Cette légende est reprise dans le film de science-fiction américain , réalisé en 2000 par Brian De Palma.

" Mars, celui qui apporte la guerre " est le premier mouvement de l'œuvre pour grand orchestre Les Planètes, composée et écrite par Gustav Holst entre 1914 et 1916.

Une chanson de l'auteur-compositeur-interprète britannique David Bowie, , parue en 1971, pose dans son refrain la question : " Is there life on Mars? " (" Y a-t-il de la vie sur Mars ? ")

Mission : Red Planet de Bruno Cathala et Bruno Faidutti (Asmodée, 2005)

Terraforming Mars de Jacob Fryxelius (FryxGames, 2016)

First Martians : Adventures on the Red Planet d'Ignacy Trzewiczek (Portal Games, 2017)

On Mars de Vital Lacerda (Eagle-Gryphon Games, 2019)

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# data[].attributes.attachment_link.description
Mars Mosaïque assemblée à partir d'images prises par l' orbiteur Viking 1 le .

# data[].attributes.body
Mercure est étonnamment dense, et cela est apparemment dû au fait qu’elle ait un noyau ferreux particulièrement important. L’atmosphère ténue de Mercure laisse à sa surface le témoignage de bombardements d’astéroïdes ayant eu lieu dans sa jeunesse.

Taille : 4878 km de diamètre
Masse : 330,2×10^21 kg
Distance au soleil : de 46 Millions de km (Périhélie) à 70 Millions de km (Aphélie)
Distance depuis la Terre : 90 Millions de km à 210 Millions de km
Température : Entre -175°C et 427°C
Temps pour l’atteindre : 6 ans
1 jour mercurien : 176 jours terrestres
1 année mercurienne : 88 jours terrestres
Missions vers Mercure : Mariner 10, Messenger, Bepicolombo
Surface : Paysage désolé fait de cratères et de fissures

# data[].attributes.body
Elle est la dernière géante gazeuse de notre système solaire. Il n’est possible de l’observer qu’à l’aide d’un télescope. Les scientifiques pensent que sa composition interne est similaire à celle d’Uranus, de même que sa couleur bleue est due à la présence de méthane.

Place dans le système solaire : 8e planète
Taille : 49 244 km de diamètre
Masse : 1,024 × 10^26 kg
Distance au soleil : 4,498 milliards km
Distance maximale depuis la Terre : 4 687 millions de km
Température : −218 °C
1 jour sur Neptune : 16 heures.
Une année sur Neptune : 164,79 ans
Surface : gaz, roches en fusion et glaces

# data[].attributes.body
La Terre est à ce jour la seule planète connue pour abriter en abondance de l’eau à l’état liquide et de la vie. C’est également la planète la plus connue de l’homme. Depuis des siècles elle est étudiée dans ses coins les plus reculés.

Taille : 12742 km de diamètre
Masse : 5,972E24 kg (5,97200 × 10^21 tonnes)
Distance au Soleil : 150 millions de km
Distance à la Lune : 384 400 km
Caractéristique : seule planète connue abritant la vie
Âge : 4,54 milliards d’années
Population humaine : 7 milliards

# data[].attributes.body
Saturne, la rivale de Jupiter, possède un système d’anneaux bien plus complexe et un nombre équivalent de satellites. Titan, l’un des satellites de Saturne, possède l’atmosphère la plus épaisse de tous les autres satellites du système solaire. Une autre lune de Saturne, Encelade, possède des geysers d’eau liquide. Quant à Uranus et Neptune, elles possèdent peu d’hydrogène en proportion de Jupiter et Saturne ; Uranus, qui possède également des anneaux, a la particularité d’avoir une rotation à 98° sur le plan de son orbite.

Place dans le système solaire : 6e planète
Taille : 116464 km de diamètre (2e plus grosse planète, 750 fois la taille de la Terre)
Masse : 5,683 × 10^26 kg
Distance au soleil : 1,429 milliard de km
Distance maximale depuis la Terre : 1 658 millions de km
Température : -180°C
1 jour sur Saturne : 10,6 heures.
Une année saturnienne : 29,5 ans
Surface : Gaz d’hydrogène et d’hélium

# data[].attributes.attachment_link.title
Périls de l'espace: la Lune glacée de Saturne

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Septième planète du système solaire, Uranus est une géante gazeuse bleue. On ne connait pas très bien la composition interne de cette planète, mais on est certain qu’elle est différente de celle de Jupiter et Saturne. Sa couleur bleue est due à une forte présence de méthane.

Place dans le système solaire : 7e planète
Taille : 50724 km de diamètre (3e plus grosse planète)
Masse : 8,681 0×1025 kg
Distance au soleil : 3 milliards de km
Distance maximale depuis la Terre : 3 157 millions de km
Température : −225 °C
1 jour sur Uranus : 17 heures.
Une année sur Uranus : 84 ans
Surface : gaz, roches en fusion et glaces

# data[].attributes.body
Vénus possède une atmosphère de dioxyde de carbone 90 fois plus épaisse que sur la Terre, ce qui provoque un remarquable effet de serre. Il en résulte une température extrême, la plus brûlante de toutes les planètes : il y règne une température d’environ 477°C !

Autre nom :  étoile du berger
Taille :  12104 km de diamètre
Masse :  4,867E24 kg (0,815 Masse terrestre)
Distance au Soleil :  de 107 Millions de km (Périhélie) à 109 Millions de km (Aphélie)
Caractéristique : Tourne sur elle-même dans le sens opposé des autres planètes
Température : 480°C au sol, de jour comme de nuit
Observation : Objet le plus lumineux après le Soleil et la Lune
1 jour vénusien : 243 jours terrestres
1 année vénusienne : 224 jours terrestres
Rotation de la couche nuageuse : 4 jours seulement

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Vénus

Vénus en vraies couleurs vue par Mariner 10.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

108 209 500 km
(0,723 336 au)

Aphélie

108 943 000 km
(0,728 24 au)

Périhélie

107 476 000 km
(0,718 43 au)

Circonférence orbitale

679 892 000 km
(4,544 8 au)

Période de révolution

224,667 d

Période synodique

583,92 d

Vitesse orbitale moyenne

35,025 71 km/s

Vitesse orbitale maximale

35,264 3 km/s

Vitesse orbitale minimale

34,789 5 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

3,394 71 °

Nœud ascendant

76,68 °

Argument du périhélie

54,9 °

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

6 051,8 ± 1,0 km
(0,949 Terre)

Rayon polaire

6 051,8 ± 1,0 km
(0,952 Terre)

Rayon moyen
volumétrique

6 051,8 ± 1,0 km
(0,950 Terre)

Périmètre équatorial

38 025 km
(0,949 Terre)

Superficie

4,60 × 10 ⁸ km²
(0,902 Terre)

Volume

9,284 3 × 10 ¹¹ km³
(0,857 Terre)

Masse

4,867 5 × 10 ²⁴ kg
(0,815 Terre)

Masse volumique globale

5,204 × 10 ³ kg/m³

Gravité de surface

8,87 m/s²
(0,905 g)

Période de rotation
(jour sidéral)

−243,023 d

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

6,52 km/h

Irradiance solaire

2 601,3 W/m²
(1,902 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

* Maximum

* Moyenne

* Minimum

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

9,3 × 10 ⁶ Pa

Masse volumique au sol

~ 65 kg/m³

Masse totale

4,80 × 10 ²⁰ kg

Hauteur d'échelle

15,9 km

Masse molaire moyenne

43,45 g/ mol

Histoire

Nom chinois
(élément associé)

Jīnxīng 金星 (métal)

Vénus est la deuxième planète du Système solaire par ordre d'éloignement au Soleil, et la sixième plus grosse aussi bien par la masse que le diamètre.

Vénus orbite autour du Soleil tous les 224,7 terrestres. Avec une période de rotation de 243 jours terrestres, il lui faut plus de temps pour tourner autour de son axe que toute autre planète du Système solaire. Comme Uranus, elle possède une rotation rétrograde et tourne dans le sens opposé à celui des autres planètes : le soleil s'y lève à l' ouest et se couche à l' est. Vénus possède l'orbite la plus circulaire des planètes du Système solaire avec une excentricité orbitale presque nulle et, du fait de sa lente rotation, est quasiment sphérique ( aplatissement considéré comme nul). Elle ne possède pas de satellite naturel.

Vénus est l'une des quatre planètes telluriques du Système solaire. Elle est parfois appelée la " planète sœur " de la Terre en raison des similitudes relatives de leurs diamètres, masses, proximités au Soleil et compositions. Par d'autres aspects, elle est radicalement différente de la Terre : son champ magnétique est bien plus faible et elle possède une atmosphère beaucoup plus dense, composée de dioxyde de carbone à plus de 96 %. La pression atmosphérique à la surface de la planète est ainsi 92 fois supérieure à celle de la Terre, soit environ la pression ressentie, sur Terre, à 900 mètres sous l'eau. Elle est de loin la planète la plus chaude du Système solaire - même si Mercure est plus proche du Soleil - avec une température de surface moyenne de 462 (735 ). La planète est enveloppée d'une couche opaque de nuages d' acide sulfurique, hautement réfléchissants pour la lumière visible, empêchant sa surface d'être vue depuis l'espace. Bien que la présence d'océans d' eau liquide à sa surface par le passé soit supposée, la surface de Vénus est un paysage désertique sec et rocheux où se déroule toujours un volcanisme. La topographie de Vénus présente peu de reliefs élevés et consiste essentiellement en de vastes plaines géologiquement très jeunes : quelques centaines de millions d'années.

En tant que deuxième objet naturel le plus brillant du ciel nocturne après la Lune, Vénus peut projeter des ombres et peut quelquefois être visible à l' œil nu en plein jour. Vénus étant une planète inférieure, elle reste proche du soleil dans le ciel, apparaissant soit à l'ouest juste après le crépuscule, soit à l'est peu avant l' aube. Du fait de son importante magnitude apparente, Vénus a fait l'objet des premières observations astronomiques et a été la première planète dont l'Homme ait tracé les mouvements, dès le deuxième millénaire avant notre ère. Elle a aussi été intégrée à de nombreuses mythologies en tant qu' étoile du matin et qu'étoile du soir puis, par la suite, a été source d'inspiration pour les écrivains et les poètes. Elle doit ainsi son nom à la déesse romaine de l'amour. Elle est également connue dans la culture occidentale sous le nom d'" étoile du berger ".

Vénus a été un objectif privilégié pour les premières explorations interplanétaires du fait de son faible éloignement de la Terre. C'est la première planète visitée par un véhicule spatial ( en 1962) et la première où une sonde spatiale se soit posée avec succès ( en 1970). Les épais nuages de Vénus rendant impossible l'observation de sa surface en lumière visible, les premières cartes détaillées ont été réalisées à partir des images de l' orbiteur Magellan en 1991. Des projets d' astromobiles ( rovers) et de missions plus complexes ont également été envisagés.

Caractéristiques physiques

Vénus est l'une des quatre planètes telluriques du Système solaire, ce qui signifie qu'elle possède un corps rocheux comme la Terre. Elle est comparable à la Terre en taille et en masse, et souvent décrite comme la " sœur " ou " jumelle " de la Terre,. Son diamètre vaut 95 % de celui de la Terre, et sa masse un peu plus de 80 %. Néanmoins, si sa géologie est sans doute proche de celle de la Terre, les conditions qui règnent à sa surface diffèrent radicalement des conditions terrestres.

Vénus est notamment la planète la plus chaude du Système solaire du fait de son atmosphère beaucoup plus dense que l' atmosphère terrestre. Les phénomènes géologiques affectant la croûte vénusienne semblent également spécifiques à cette planète et sont à l'origine de formations géologiques parfois uniques dans le Système solaire telles que coronae, arachnoïdes et farra, attribuées à des manifestations atypiques de volcanisme.

Vénus possède une atmosphère extrêmement dense. Elle se compose majoritairement de dioxyde de carbone (CO ₂) à 96,5 % et d'une faible quantité de diazote à 3,5 %. Cette atmosphère est occupée par d'épais nuages de dioxyde de soufre. La masse de son atmosphère est 93 fois supérieure à celle de la Terre, tandis que la pression à sa surface est environ 92 fois supérieure à celle de la Terre, soit une pression équivalente à celle ressentie sur Terre à une profondeur de près de 900 mètres sous le niveau de la mer. La densité en surface est de 65 kg/m ³, ce qui représente 50 fois la densité de l'atmosphère terrestre à 293 K (20 °C) au niveau de la mer.

Cette atmosphère, riche en dioxyde de carbone, est à l'origine du plus fort effet de serre du Système solaire, créant des températures de surface d'environ 735 K (462 °C),. Ainsi, la surface de Vénus est plus chaude que celle de Mercure, qui a une température de surface minimale de 53 K (−220 °C) et maximale de 700 K (427 °C) (pour la face exposée au Soleil le plus longtemps),, bien que Vénus soit environ deux fois plus éloignée du Soleil et ne reçoive donc qu'environ 25 % de l' irradiance solaire de Mercure d'après la loi en carré inverse.

Des études publiées dans les années 2000 suggèrent d'abord que l'atmosphère de Vénus aurait auparavant ressemblé à celle entourant la Terre et qu'il pouvait y avoir eu des quantités importantes d'eau liquide à sa surface,. Puis, après une période pouvant s'étendre de 600 millions à plusieurs milliards d'années, un effet de serre grandissant est apparu du fait de l'évaporation de cette eau originellement présente et aboutissant finalement au niveau critique actuel de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Toutefois, en 2021, une nouvelle étude indique que les conditions climatiques de Vénus n'auraient jamais permis la formation d'océans d'eau liquide à sa surface,.

L'existence de la foudre dans l'atmosphère de Vénus est controversée depuis les premières suspicions lors du programme Venera soviétique,,.

En 2006 et 2007, Venus Express détecte des ondes de plasma, signature de la foudre. Leur apparition intermittente suggère une association avec l'activité météorologique et, d'après ces mesures, le taux de foudre serait d'au moins la moitié de celui de la Terre. Cependant, d'autres instruments de la mission ne détectent pas de foudre. Par ailleurs, l'origine de cette foudre reste incertaine,.

En , et dans une moindre mesure en et des chercheurs travaillant sur la sonde spatiale observent des formes d'arc dans l'atmosphère de Vénus. Cela est considéré comme une preuve de l'existence des plus grandes ondes de gravité stationnaires du Système solaire découvertes à ce jour,,.

Couches de l'atmosphère

L' atmosphère vénusienne peut se diviser sommairement en trois parties : la basse atmosphère, la couche nuageuse et la haute atmosphère,.

Basse atmosphère

Image en proche infrarouge (2,3 µm) des profondeurs de l'atmosphère de Vénus obtenue par la sonde Galileo. Les régions sombres sont la silhouette des nuages apparaissant en négatif sur la basse atmosphère, très chaude et donc très lumineuse dans l'infrarouge.

La basse atmosphère se situe entre d'altitude et est relativement transparente.

La composition de la basse atmosphère est décrite dans le tableau ci-dessous. Le dioxyde de carbone y domine largement, le gaz secondaire étant l'azote et tous les autres étant des constituants mineurs (~300 en tout). À cette pression (9,3 MPa) et à cette température (740 K), le n'est plus un gaz, mais un fluide supercritique (intermédiaire entre gaz et liquide), d'une masse volumique voisine de 65 .

L' effusivité thermique et le transfert de chaleur par les vents dans la basse atmosphère signifient que la température de la surface de Vénus ne varie pas de manière significative entre les hémisphères éclairé et obscur malgré la rotation très lente de la planète. Les vents de surface sont lents, se déplaçant à quelques kilomètres par heure, mais en raison de la forte densité de l'atmosphère en surface, ils exercent une force importante contre les obstacles. Cette force rendrait à elle seule difficile le déplacement d'un être humain.

Couche nuageuse

Au-dessus des couches denses de CO ₂ se trouvent, à entre 45 km et 70 km de la surface, des couches de nuages épais d' acide sulfurique sous forme de gouttelettes, formé de dioxyde de soufre et d'eau (état solide et gazeux) par une réaction chimique entraînant l'hydrate d'acide sulfurique. Les gouttelettes d'acide sulfurique sont en solution aqueuse, constituées à 75 % d'acide sulfurique et à 25 % d'eau. L'atmosphère contient aussi environ 1 % de chlorure ferrique et d'autres constituants possibles pour la composition de ces nuages sont le sulfate de fer, le chlorure d'aluminium et le pentoxyde de phosphore.

Ces nuages réfléchissent environ 90 % de la lumière solaire dans l'espace, empêchant l'observation visuelle de la surface de Vénus. Ceux-ci sont également la cause de sa brillance dans le ciel terrestre, lui conférant un albédo de Bond de 0,77. Cette couverture nuageuse permanente signifie que bien que Vénus soit plus proche que la Terre du Soleil, elle reçoit moins de lumière solaire au sol car seulement 5 % des rayons y parviennent.

Les vents violents de plus de 300 km/h qui entraînent les plus hauts nuages font le tour de Vénus en quatre à cinq jours terrestres. Ces vents se déplacent jusqu'à soixante fois la vitesse de la rotation de la planète ; par comparaison, les vents les plus rapides de la Terre n'ont qu'une vitesse de 10 à 20 % de la vitesse de rotation terrestre.

Bien que les conditions de surface sur Vénus n'y soient pas propices, certains spéculent sur la possibilité de vie dans les couches supérieures des nuages de Vénus (où les températures varient entre 30 et 80 °C), malgré un environnement acide,,.

Si Vénus n'a pas de saisons en tant que telles, les astronomes identifient en 2019 une variation cyclique de l'absorption du rayonnement solaire par l'atmosphère, probablement causée par des particules opaques en suspension dans les nuages supérieurs. La variation provoque des changements observés dans la vitesse des vents de Vénus et semble augmenter et diminuer avec le cycle de taches solaires du Soleil s'écoulant sur onze ans.

Haute atmosphère

La mésosphère de Vénus s'étend de 65 km à 120 km d'altitude et la thermosphère débute à environ 120 km, atteignant probablement la limite supérieure de l'atmosphère ( exosphère) entre 220 et 350 km.

En 2007, la sonde Venus Express découvre l'existence d'un vortex atmosphérique double au pôle sud, puis, en 2011, découvre également l'existence d'une couche d' ozone dans les hautes couches de l'atmosphère de Vénus. Cependant, cette couche étant très faible, on considère que Vénus ne possède aucune stratosphère.

En , l' ESA rapporte que l' ionosphère de Vénus ruisselle vers l'extérieur d'une manière similaire à celle de la queue d'une comète,.

Profil topographique de Vénus : au nord-ouest, les plateaux d'Ishtar Terra et de Lakshmi Planum (en ocre clair), où culmine le mont Maxwell (en rouge et blanc) ; au sud de l'équateur, le plateau d'Aphrodite Terra, avec le volcan Maat Mons tout à fait à l'est (en ocre et rouge) ; au sud-est, Alpha Regio en vert très foncé, et, plus à l'ouest, en ocre, Beta Regio ; en vert et bleu foncé, les vastes plaines de Vénus ; en bleu plus clair, les dépressions vénusiennes.

La surface vénusienne a fait l'objet de spéculations, du fait de ses épais nuages renvoyant la lumière visible, jusqu'à ce que l'envoi de sondes spatiales ne permette de l'étudier. Les missions Venera en 1975 et 1982 ont renvoyé des images d'une surface couverte de sédiments et de roches relativement anguleuses. La surface a été cartographiée en détail par Magellan en 1990-91,. Le sol montre alors des signes de volcanisme important, et le soufre relevé dans l'atmosphère semble indiquer des éruptions récentes,.

Vénus ayant un aplatissement nul, les altitudes y sont définies par rapport au rayon moyen volumétrique de la planète, qui vaut 6 051,8 km. C'est une planète au relief assez peu accidenté : les quatre cinquièmes de sa surface sont recouverts de plaines volcaniques à faible pente. La surface vénusienne est principalement occupée à hauteur de 70 % par de vastes plaines sans grand relief. Baptisées planitiae en géomorphologie planétaire, les principales d'entre elles sont Atalanta Planitia, Guinevere Planitia ou encore Lavinia Planitia. Elles sont parsemées de cratères. Ces plaines, de nature a priori volcanique, se creusent par endroits jusqu'à 2 900 m sous le niveau moyen de la surface, au niveau de dépressions couvrant environ un cinquième de la surface de la planète. Les 10 % de plaines restantes sont lisses ou lobées.

Les plateaux (aussi appelés Hautes Terres ou ), reliefs élevés parfois comparés aux continents terrestres, représentent ainsi moins de 15 % de la surface de la planète (contrairement aux 29 % de surface occupées par des continents sur Terre). Deux sont particulièrement remarquables par leurs dimensions, l'un se trouvant dans l'hémisphère nord de la planète et l'autre juste au sud de l'équateur.

Le continent nord, près des régions polaires, est appelé Ishtar Terra d'après Ishtar la déesse babylonienne de l'amour. Ses dimensions de 3 700 × 1 500 km sont un peu supérieures à celles de l' Australie. Il s'agit d'un ensemble géologique essentiellement volcanique à l'ouest, avec notamment la formation Lakshmi Planum, et orogénique à l'est, où se trouve Skadi Mons, point culminant de la planète à 10 700 m, dans la chaîne des Maxwell Montes, puis l'immense Fortuna Tessera qui est une région de terrains typiquement vénusiens.

Le continent sud est appelé Aphrodite Terra, après la déesse grecque de l'amour. Il est trois fois plus étendu que le précédent, ayant une superficie similaire à celle de l' Amérique du Sud. Ses reliefs y sont cependant moins élevés, présentant un réseau de fragments de plateaux dans un ensemble de tesserae prolongé au sud-est et surtout au nord-est par des coronae et des volcans, parmi lesquels Maat Mons, le plus haut volcan vénusien,.

D'autres régions élevées, de moindre importance, existent également. C'est le cas d' Alpha Regio, une série de cuvettes, d' arêtes, et de plis qui s'agencent dans toutes les directions avec une altitude moyenne de ; ou encore de Beta Regio, remarquable puisqu'on y aurait trouvé de hautes formations volcaniques dont certains sommets, récents, dépasseraient 5 000 m d'altitude. Avec l' Ovda Regio et les Maxwell Montes, du nom de James Clerk Maxwell, ce sont les seules caractéristiques de la surface vénusienne à être nommées d'après un nom masculin, avant l'adoption du système actuel par l' Union astronomique internationale. La nomenclature planétaire actuelle est de nommer les caractéristiques vénusiennes d'après des femmes historiques et mythologiques.

La planète montre peu de cratères d'impact, ce qui indique que la surface est relativement jeune, avec environ 300 à 600 millions d'années,. Vénus possède des caractéristiques de surface uniques en plus des cratères d'impact, des montagnes et des vallées que l'on trouve couramment sur les planètes telluriques. Parmi ceux-ci se trouvent des éléments volcaniques à sommet plat appelés " farra ", ressemblants à des pancakes, et dont le diamètre varie de 20 à 50 km et la hauteur de 100 à 1 000 mètres. On y trouve aussi des fractures concentriques ressemblant à des toiles d'araignées appelées " arachnoïdes " et des anneaux de fractures parfois entourés d'une dépression, nommées " coronae ". Ces caractéristiques sont d'origine volcanique.

La longitude des caractéristiques physiques de Vénus est exprimée par rapport à son méridien principal. Celui-ci était à l'origine défini comme traversant une tache lumineuse appelée Eve, située au sud d'Alpha Regio. Une fois les missions Venera terminées, le méridien principal a été redéfini pour passer par le pic central du cratère Ariadne,. Par ailleurs, la surface de la planète est répartie entre 62 quadrangles cartographiés au 1:5 000 000.

Fotla Corona, une corona de 200 km de diamètre (Magellan, 1991).

La température de surface de Vénus varie peu selon les latitudes et longitudes (elle est isotherme). La température est constante non seulement entre les deux hémisphères mais aussi entre l'équateur et les pôles,. L' inclinaison de l'axe très faible de Vénus - moins de 3°, contre 23° sur Terre - minimise également les variations saisonnières de température. Ainsi, l'altitude est donc l'un des rares facteurs qui puisse affecter la température vénusienne. Le point culminant de Vénus, Maxwell Montes, est donc le point le plus froid avec une température d'environ 655 K (380 °C) et une pression atmosphérique de 4,5 MPa (45 bar),.

En 1995, la sonde spatiale Magellan prend en image une substance très réfléchissante au sommet des plus hauts sommet montagneux, ressemblant à la neige qu'on trouve aux sommets des montages terrestres. Cette substance s'est probablement formée à partir d'un processus similaire à la neige, bien que celui-ci se déroule à une température beaucoup plus élevée. Trop volatile pour se condenser à la surface de la planète, elle se serait ainsi élevée sous forme gazeuse à des altitudes plus élevées pour finalement y précipiter du fait des températures plus faibles. La composition de cette substance n'est pas connue avec certitude, mais il est supposé qu'elle puisse être du tellure ou du galène (sulfure de plomb).

Par ailleurs, des mesures d' émissivité à 1,18 réalisées en suggèrent une relative abondance des granites et autres roches felsiques sur les terrains les plus élevés - qui sont généralement les plus anciens - de la planète. Cela impliquerait l'existence passée d'un océan global assorti d'un mécanisme de recyclage de l'eau dans le manteau susceptible d'avoir produit de telles roches. À l'instar de Mars, Vénus aurait ainsi peut-être connu, il y a plusieurs milliards d'années, des conditions tempérées permettant l'existence d'eau liquide en surface, eau aujourd'hui disparue - par évaporation puis dissociation photochimique dans la haute atmosphère,.

Une grande partie de la surface vénusienne semble avoir été façonnée par l'activité volcanique. Vénus compte beaucoup plus de volcans que la Terre, dont 167 grands volcans de plus de 100 km de diamètre ; le seul complexe volcanique terrestre ayant au moins ce diamètre est la grande île d'Hawaï. Ceci n'est pas la conséquence d'une plus grande activité volcanique sur Vénus, mais surtout de l'ancienneté de sa croûte. La croûte océanique, sur Terre, est continuellement recyclée par subduction aux limites des plaques tectoniques et a une moyenne d'âge d'environ 100 millions d'années tandis que la surface vénusienne est estimée à 300-600 millions d'années.

Plusieurs éléments indiquent une activité volcanique en cours sur Vénus. Les concentrations de dioxyde de soufre dans l'atmosphère ont diminué d'un facteur dix entre 1978 et 1986, puis ont bondi en 2006, avant à nouveau de diminuer d'un facteur dix entre 2006 et 2012. Cela peut signifier que les niveaux avaient augmenté à la suite de grandes éruptions volcaniques,. Il reste ainsi sur Vénus un volcanisme résiduel, entraînant parfois la présence de lave en fusion au sol. Il est également suggéré que la foudre vénusienne pourrait provenir de l'activité volcanique, et donc être de la foudre volcanique. En , des astronomes rapportent des preuves suggérant que Vénus était actuellement volcaniquement active,.

Vénus en 1975 vue par Venera 9.

En 2008 et 2009, la première preuve directe d'un volcanisme en cours est observée par Venus Express, sous la forme de quatre points chauds infrarouges localisés dans la zone de rift Ganis Chasma, près du volcan bouclier Maat Mons culminant à 8 km. Trois des taches ont été observées lors de plusieurs orbites successives. Les géologues pensent ainsi que ces taches représentent de la lave fraîchement libérée par des éruptions volcaniques,. Les températures réelles ne sont pas connues, car la taille des points chauds n'a pas pu être mesurée, mais devait être contenue dans un intervalle de 800 K (527 °C) à 1 100 K (827 °C) tandis que la température normale est évaluée à 740 K (467 °C).

D'autres Montes sont remarquables, avec par exemple le volcan bouclier Gula Mons atteignant une altitude de 3 000 m dans l'ouest d' Eistla Regio ou encore Theia Mons et Rhea Mons dans la Beta Regio. Séparés de 800 km, ces deux derniers ont été formés par le panache du manteau lors de l'apparition de Devana Chasma. Les sondes soviétiques Venera 15 et Venera 16 ont répertorié des cratères d'impact à la surface de Vénus. Il en existe près d'un millier, ceux-ci étant répartis uniformément sur la planète. Sur d'autres corps cratérisés, comme la Terre et la Lune, les cratères montrent une gamme d'états de dégradation. Sur la Lune la dégradation est causée par des impacts ultérieurs, tandis que sur Terre elle est causée par l'érosion éolienne et pluviale. Cependant, sur Vénus, environ 85 % des cratères sont en parfait état. Le nombre de cratères, ainsi que leur état préservé, indique que la planète a subi un événement de resurfaçage global (c'est-à-dire le renouvellement quasi complet de sa surface) il y a environ 300 à 600 millions d'années, suivi d'une décroissance du volcanisme. Aussi, alors que la croûte terrestre est en mouvement continu, Vénus serait incapable de soutenir un tel processus. Sans tectonique des plaques pour dissiper la chaleur de son manteau, Vénus subit plutôt un processus cyclique dans lequel les températures du manteau augmentent jusqu'à atteindre un niveau critique qui affaiblit la croûte. Puis, sur une période d'environ 100 millions d'années, la subduction se produit à grande échelle, recyclant complètement la croûte.

Les cratères vénusiens ont un diamètre pouvant aller de 3 à 280 km. Aucun cratère n'est plus petit que 3 km, en raison de l'atmosphère dense de la planète : les objets n'ayant pas suffisamment d' énergie cinétique sont tellement ralentis par l'atmosphère qu'ils ne créent pas de cratère d'impact. Ainsi les projectiles entrants ayant un diamètre inférieur à 50 mètres se fragmenteront avant d'atteindre le sol.

Sans données sismiques, peu d'informations directes sont disponibles sur la structure interne et la géochimie de Vénus. Sur la base de quinze années d'observation en ondes radio, il est toutefois estimé en 2021 que son moment d'inertie normalisé vaudrait 0,337 ± 0,024. Vénus ressemblant à la Terre par sa taille (6 051 km de rayon contre 6 378 km pour la Terre) et par sa densité (5,26 contre 5,52), plusieurs auteurs supposent cependant que les deux planètes ont une structure interne comparable : un noyau, un manteau et une croûte,,,.

La croûte silicatée, d'une épaisseur supposée allant de 20 à 50 km environ, serait plus épaisse que la croûte océanique terrestre (moyenne de 6 km) et dans l'ordre de grandeur de la croûte continentale terrestre (moyenne de 30 km). La taille de la croûte vénusienne a été déduite des nombreux épanchements de lave constatés autour des cratères d'impact. Cette croûte ne représenterait que 0,34 % du rayon de la planète et les analyses faites par les différentes sondes Venera ont prouvé que le matériau extérieur de Vénus est semblable au granite et au basalte terrestre (roches riches en silice et ferromagnésiennes). Le système de plaques continentales y serait moins complexe que sur Terre : les roches plus plastiques absorbent fortement les effets de la dérive des continents. Ainsi, Vénus n'a pas de plaques tectoniques comme celles de la Terre.

Cette différence fondamentale entre la géologie des deux planètes telluriques les plus ressemblantes peut être attribuée à leur évolution climatique divergente. En effet, le climat vénusien empêche l'eau de se conserver à la surface, desséchant irréversiblement les roches de la croûte. Or, l'eau interstitielle des roches joue un grand rôle dans la subduction sur Terre où elle est conservée dans ses océans. Les roches terrestres contiennent toutes un minimum d'eau résiduelle, ce qui n'est pas le cas dans les conditions du climat à hautes températures de Vénus.

Vénus posséderait un manteau rocheux représentant environ 52,5 % du rayon de la planète, composé essentiellement de silicates et d'oxydes de métaux. Ce manteau pourrait comporter encore aujourd'hui (comme la Terre pendant 2 ou 3 Ga) un océan magmatique, d'une épaisseur de 200 à 400 km.

Comme celui de la Terre, le noyau vénusien est au moins partiellement liquide car les deux planètes se sont refroidies à peu près au même rythme. La taille légèrement plus petite de Vénus signifie que les pressions sont inférieures d'environ 24 % dans son noyau par rapport à celles régnant dans le noyau terrestre. La principale différence entre les deux planètes est le manque de preuves d'une tectonique des plaques sur Vénus, peut-être parce que sa croûte est trop dure pour qu'il y ait une subduction sans eau pour la rendre moins visqueuse. Il en résulte que la perte de chaleur est réduite sur la planète, l'empêchant de se refroidir. Cela fournit une explication à son absence de champ magnétique interne. À la place, Vénus pourrait surtout réduire sa chaleur interne lors d'événements de resurfaçage majeurs.

Le noyau de Vénus serait constitué de deux parties : un noyau externe constitué de fer et de nickel liquides qui représenterait environ 30 % du rayon de la planète ; un noyau interne composé de fer et de nickel solides qui représenterait environ 17 % du rayon de Vénus. Mais cela reste spéculatif car, contrairement à la Terre, il n'y a pas eu de mesures sismiques. Il n'est pas impossible que le noyau de Vénus soit entièrement liquide.

En 1967, la sonde découvre que le champ magnétique de Vénus est beaucoup plus faible que celui de la Terre,. Ce champ magnétique est créé par une interaction entre la ionosphère et le vent solaire plutôt que par un effet dynamo interne comme dans le noyau terrestre,. La magnétosphère presque inexistante de Vénus offre une protection négligeable de l'atmosphère contre le rayonnement cosmique.

L'absence d'un champ magnétique intrinsèque à Vénus fut une surprise au moment de cette découverte, la grande similarité de la planète avec la Terre laissant présager un effet dynamo dans son noyau. Pour qu'il y ait une dynamo, il est nécessaire qu'il y ait présence d'un liquide conducteur, d'une rotation et d'une convection. On pense que le noyau est électriquement conducteur et, bien qu'elle soit très lente, les simulations montrent que la rotation de Vénus est suffisante pour produire une dynamo,. Cela implique qu'il manque une convection dans le noyau de Vénus pour faire apparaître la dynamo.

Sur Terre, la convection se produit dans la couche externe liquide du noyau car le bas de la couche liquide est beaucoup plus élevé en température que le haut. Sur Vénus, un des événements de resurfaçage global peut avoir arrêté la tectonique des plaques et conduit à une baisse du flux de chaleur à travers la croûte. Ce plus faible gradient thermique entraînerait une augmentation de la température du manteau, réduisant ainsi le flux de chaleur hors du noyau. En conséquence, aucune convection n'est réalisée pour entraîner un champ magnétique. Au lieu de cela, la chaleur du noyau est utilisée pour réchauffer la croûte.

D'autres hypothèses seraient que Vénus n'ait pas de noyau interne solide, limitant grandement la séparation des divers constituants et impuretés, et de là les mouvements internes du fluide métallique du noyau qui génèrent le champ magnétique, ou que son noyau ne se refroidisse pas, de sorte que toute la partie liquide du noyau est à peu près à la même température, empêchant une nouvelle fois toute convection. Une autre possibilité est que son noyau s'est déjà complètement solidifié. L'état du noyau dépend fortement de sa concentration de soufre, qui est actuellement inconnue et empêche donc de lever les incertitudes. Malgré son faible champ magnétique, des aurores auraient été observées,.

La faible magnétosphère autour de Vénus signifie que le vent solaire interagit directement avec les couches supérieures de son atmosphère. À cet endroit, des ions hydrogène et oxygène sont créés par la dissociation de molécules neutres par le rayonnement ultraviolet. Le vent solaire fournit alors une énergie suffisante pour que certains de ces ions atteignent une vitesse permettant d'échapper au champ de gravité de Vénus. Ce processus d'érosion entraîne une perte constante d'ions de faible masse (hydrogène, hélium et oxygène) dans l'atmosphère, tandis que les molécules de masse plus élevée, telles que le dioxyde de carbone, sont plus susceptibles d'être retenues. L'érosion atmosphérique par le vent solaire a probablement entraîné la perte de la plupart de l'eau de Vénus au cours du premier milliard d'années après sa formation. L'érosion a également augmenté la proportion de l'isotope deutérium par rapport à l' hydrogène protium sans neutron (donc de masse inférieure et plus facilement emporté), aboutissant à un ratio de deutérium sur protium dans l'atmosphère supérieur à 100 fois à ceux trouvés dans le reste du Système solaire.

Par sa taille et sa masse, Vénus est très similaire à la Terre et a souvent été décrite comme la " sœur jumelle " de cette dernière,. Les deux planètes sont semblables par leurs aspects physiques, possédant notamment peu de cratères - signe d'une surface relativement jeune et d'une atmosphère dense - et ayant des compositions chimiques proches. Le tableau suivant récapitule d'autres propriétés physiques relativement proches par rapport à la Terre :

Une partie des astronomes pensaient, avant l'envoi de sondes spatiales à sa surface, que Vénus pouvait être très similaire à la Terre sous ses épais nuages et peut-être même abriter la vie. Certaines études émettent l'hypothèse qu'il y a quelques milliards d'années, Vénus aurait été bien plus semblable à la Terre qu'elle ne l'est actuellement. Il y aurait ainsi eu des quantités importantes d'eau à sa surface et cette eau se serait évaporée à la suite d'un important effet de serre.

Vénus orbite autour du Soleil à une distance moyenne d'environ 108 millions de kilomètres (entre ) et complète une orbite tous les 224,7 jours terrestres, soit environ 1,6 fois plus vite que la Terre. Bien que toutes les orbites planétaires soient elliptiques, l'orbite de Vénus est celle qui est la plus proche d'une orbite circulaire, avec une excentricité inférieure à 0,01,. Lorsqu'elle se situe entre la Terre et le Soleil en conjonction inférieure, Vénus est la planète se rapprochant le plus de la Terre, à une distance moyenne de 42 millions de kilomètres environ. Cependant, elle passe la majorité de son temps éloignée de la Terre. Mercure est donc en moyenne la planète la plus proche de la Terre, du fait de sa plus faible distance au Soleil,. La planète atteint en moyenne sa conjonction inférieure tous les 584 jours, ce qu'on appelle sa période synodique.

Toutes les planètes du Système solaire tournent autour du Soleil dans le sens antihoraire vu depuis le pôle nord de la Terre. Aussi, la plupart des planètes tournent également sur leurs axes dans le sens antihoraire/direct. Ce n'est pas le cas de Vénus (on peut également citer Uranus), qui tourne dans le sens horaire : on parlera de rotation rétrograde. Sa période de rotation est de 243 jours terrestres - la rotation la plus lente de toutes les planètes du Système solaire. Celle-ci n'est connue que depuis , date à laquelle des observations radar menées par le Jet Propulsion Laboratory ont permis d'observer la surface de la planète au travers de l'épaisse atmosphère.

Un jour sidéral vénusien dure donc plus longtemps qu'une année vénusienne (243 contre 224,7 jours terrestres). Du fait de cette rotation rétrograde, un observateur à la surface de Vénus verrait le Soleil se lever à l'ouest et se coucher à l'est. En pratique, les nuages opaques de Vénus empêchent d'observer le Soleil depuis la surface de la planète.

En raison de la rotation rétrograde, la durée d'un jour solaire sur Vénus est significativement plus courte que le jour sidéral, durant 116,75 jours terrestres, alors qu'ils sont plus longs pour les planètes avec une rotation dans le sens direct. Une année vénusienne représente donc environ 1,92 jour solaire vénusien et les journées et les nuits vénusiennes s'étendent chacune sur près de deux mois terrestres : 58 j 9 h.

Parce que sa rotation est si lente, Vénus est très proche d'une sphère avec un aplatissement presque nul. Aussi, l'équateur de Vénus tourne à 6,52 km/h tandis que celui de la Terre tourne à 1 674 km/h. La rotation de Vénus a ralenti pendant les 16 ans s'étant écoulés entre les visites des véhicules spatiaux Magellan et Venus Express : le jour sidéral vénusien a augmenté de 6,5 minutes dans ce laps de temps,.

Les causes de la rotation rétrograde de Vénus sont encore mal comprises et la planète s'est peut-être formée à partir de la nébuleuse solaire avec une période de rotation et une obliquité différentes de celles qu'elle connaît actuellement. L'explication la plus souvent avancée est une collision gigantesque avec un autre corps de grande taille, pendant la phase de formation des planètes du Système solaire,,.

Une autre explication met en jeu l' atmosphère vénusienne qui, du fait de sa forte densité, a pu influencer la rotation de la planète. Des travaux de Jacques Laskar et Alexandre C. M. Correia prenant en compte les effets de marée thermique atmosphérique montrent le comportement chaotique de l' obliquité et de la période de rotation de Vénus,. Vénus aurait donc pu évoluer naturellement sur plusieurs milliards d'années vers une rotation rétrograde sans avoir à faire intervenir de collision avec un corps massif. La période de rotation observée aujourd'hui pourrait ainsi être un état d'équilibre entre un verrouillage par effet de marée dû à la gravitation du Soleil, qui a tendance à ralentir la rotation, et une marée atmosphérique créée par le chauffage solaire de l'atmosphère vénusienne épaisse qui l'accélérerait,. Il n'est cependant pas possible de savoir si l'obliquité de Vénus est passée brusquement de 0° à 180° au cours de son histoire ou si sa vitesse de rotation s'est ralentie jusqu'à une vitesse nulle pour ensuite devenir négative. Les deux scénarios sont possibles et aboutissent au même état d'équilibre actuel.

Vénus est quasiment en rotation synchrone avec la Terre, de sorte que toutes les fois où Vénus est en conjonction inférieure, Vénus présente presque exactement la même face à la Terre. Cela est dû au fait que l'intervalle moyen de 583,92 jours terrestres entre les approches rapprochées successives de la Terre ( période synodique) est presque égal à 5 jours solaires vénusiens (car 583,92/116,75 ≈ 5,0015),.

Ainsi, il a été discuté d'une hypothétique synchronisation Terre-Vénus. Cependant, ce ratio n'est pas exactement égal à 5, tandis que le verrouillage gravitationnel de la Lune sur la Terre (1:1) ou de celui de la rotation de Mercure sur sa révolution (3:2) sont exacts et stabilisés. Aussi, les forces de marée impliquées dans la synchronisation Vénus-Terre sont extrêmement faibles. L'hypothèse d'une résonance spin-orbite avec la Terre a donc été écartée, la synchronisation observée pouvant être une coïncidence uniquement observable à notre époque astronomique.

Vénus ne possède pas de satellites naturels. Elle possède cependant plusieurs astéroïdes troyens : le quasi-satellite avec une orbite en fer à cheval,, et deux troyens temporaires, et .

En 1645, Francesco Fontana puis Giovanni Cassini rapportent la présence d'une lune en orbite autour de Vénus, qui est ensuite nommée Neith,. De nombreuses observations sont rapportées au cours des deux siècles suivants, dont d'astronomes réputés tels que Joseph-Louis Lagrange en 1761, et Johann Heinrich Lambert calcule son orbite en 1773. Cependant, la plupart de ces observations sont ensuite correctement attribuées à des étoiles voisines ou à des illusions d'optique à la fin du siècle et la quête de Neith s'arrête,.

Une étude de modélisation réalisée en 2006 au California Institute of Technology par Alex Alemi et David Stevenson sur l'origine du Système solaire montre que Vénus a probablement eu au moins une lune créée par un grand impact cosmique il y a plusieurs milliards d'années,. Puis, environ 10 millions d'années plus tard, selon l'étude, un autre impact aurait inversé la direction de rotation de la planète et a provoqué une accélération par effet de marée de la lune vénusienne vers Vénus jusqu'à ce qu'elle entre en collision avec elle. Si des impacts ultérieurs créaient des lunes, celles-ci étaient également supprimées de la même manière. Une autre explication du manque de satellites est l'effet de fortes marées solaires, qui peuvent déstabiliser les gros satellites en orbite autour des planètes terrestres intérieures, comme c'est également le cas pour Mercure,.

À l' œil nu, Vénus est le troisième objet naturel le plus brillant du ciel (après le Soleil et la Lune),. Elle apparaît comme un point blanc brillant avec une magnitude apparente variant entre -4,6 et -3,7 (moyenne de -4,14 et écart-type de 0,31),, et un diamètre apparent compris entre 9,7 et 66 secondes d'arc. La magnitude la plus brillante se produit pendant la phase de croissant environ un mois avant ou après la conjonction inférieure. La planète est suffisamment brillante pour être vue dans un ciel clair en journée, mais est plus facilement visible lorsque le soleil est bas à l'horizon ou en train de se coucher. Du fait de sa luminosité elle est le seul objet céleste du ciel nocturne, mis à part la lune, à pouvoir projeter une ombre sur le sol terrestre,. En tant que planète inférieure de la Terre, son élongation (c'est-à-dire l'angle marqué entre la planète et le soleil dans le ciel terrestre) connaît une valeur maximale de 47°.

Vénus dépasse la Terre tous les 584 jours en ce qui concerne leur orbite autour du Soleil. Ce faisant, elle passe de " l'étoile du soir ", visible après le coucher du soleil, à " l'étoile du matin ", visible avant le lever du soleil. À l'inverse de Mercure, l'autre planète inférieure qui possède elle une élongation maximale de 28° et qui est souvent difficile à discerner au crépuscule, Vénus est très facilement visible, surtout lorsqu'elle est à son plus fort. Le crépuscule astronomique (moment où le soleil est suffisamment sous l' horizon pour qu'il y ait un ciel totalement sombre) étant d'environ 18°, elle peut atteindre jusqu'à un angle de 47-18 = 29° dans un ciel noir et rester visible jusqu'à plusieurs heures après le coucher du soleil.

Ces caractéristiques ont contribué à son surnom dans la culture populaire occidentale d'" étoile du berger " (bien que le terme " étoile " soit impropre puisqu'il s'agit d'une planète) car elle peut être facilement visible dans le ciel, ce qui historiquement permettait de guider les gardiens de troupeaux pour aller aux pâturages ou en revenir. En tant qu'objet ponctuel le plus brillant du ciel, Vénus est également communément prise pour un objet volant non identifié,,.

Au cours de son orbite autour du Soleil, Vénus affiche des phases comme celles de la Lune lorsque vue au télescope. La planète apparaît comme un petit disque dit " plein " lorsqu'elle est située de l'autre côté du Soleil par rapport à la Terre (à une conjonction supérieure). Vénus montre un disque plus grand et une " phase quart" à ses allongements maximaux par rapport au Soleil, et apparaît alors à son plus brillant dans le ciel nocturne. La planète présente un croissant mince beaucoup plus grand en vue télescopique lorsqu'elle passe le long du côté proche entre la Terre et le Soleil. Enfin, Vénus affiche sa plus grande taille et sa " nouvelle phase " lorsqu'elle se situe entre la Terre et le Soleil (à conjonction inférieure). Son atmosphère est visible au télescope du fait du halo de lumière solaire réfractée autour d'elle.

Leur observation a été faite pour la première fois au début du par Galilée à l'aide de sa lunette astronomique. Elles ont été un argument utilisé par ce dernier pour se rallier à la théorie héliocentrique de Copernic.

Transit de Vénus de 2012, observable au coucher de soleil à Tiki Island, États-Unis.

On appelle " transit de Vénus " le passage de la planète Vénus entre la Terre et le Soleil, où l'ombre de Vénus apparaît devant le disque solaire. L'orbite vénusienne étant légèrement inclinée par rapport à l'orbite terrestre, lorsque la planète passe entre la Terre et le Soleil elle ne traverse généralement pas la face du Soleil. Ainsi, les transits de Vénus se produisent alors lorsque la conjonction inférieure la planète coïncide avec sa présence dans le plan de l' orbite terrestre, plus précisément quand elles croisent la ligne d'intersection de leurs plans orbitaux. Cet événement est rare à l'échelle de temps humaine du fait des critères nécessaires à cette observation : les transits de Vénus se produisent par cycles de 243 ans, le schéma actuel étant des paires de transit séparée de huit ans et se produisant à des intervalles d'environ 105,5 ans ou 121,5 ans. Ce modèle fut découvert pour la première fois en 1639 par l'astronome anglais Jeremiah Horrocks.

Au cours du transit de Vénus, il apparaît un effet d'optique appelé " phénomène de la goutte noire ". Lors du deuxième contact et juste avant le troisième contact, une petite larme noire semble connecter le disque de la planète avec la frontière du limbe solaire, rendant difficile de dater précisément les contacts.

Historiquement, l'observation des transits de Vénus est importante car ils permettaient aux astronomes de déterminer la valeur de la distance Terre-Soleil (l' unité astronomique) par la méthode de la parallaxe, comme l'a fait Horroks en premier lors du transit de 1639. Le siècle a ainsi vu de grandes expéditions de la part des astronomes européens pour mesurer les deux transits de et ,, auxquels le nom de l'astronome français Guillaume Le Gentil est resté attaché en raison de la malchance qui l'empêcha d'effectuer les observations auxquelles il avait consacré des années de préparation,. Aussi, l'exploration du capitaine Cook de la côte est de l' Australie intervient après qu'il a navigué jusqu'à Tahiti en 1768 pour observer le transit de Vénus de 1769,.

La paire de transits suivante s'est produite en décembre 1874 et décembre 1882. Le transit de 1874 fait l'objet de la plus ancienne expérimentation de chronophotographie connue afin d'en mesurer la durée précise, le Passage de Vénus par l'astronome français Jules Janssen,,.

La dernière paire de transits s'est produite les 8 juin 2004 et 5- 6 juin 2012. Le transit pouvait à cette occasion être regardé en direct sur Internet à partir de nombreux streaming ou observé localement avec le bon équipement et les bonnes conditions,. Le prochain transit aura lieu le 11 décembre 2117,.

Des observations à l'œil nu de Vénus en journée sont notées dans plusieurs anecdotes et enregistrements.

L'astronome Edmond Halley calcule sa luminosité maximale à l'œil nu en 1716, lorsque de nombreux Londoniens sont alarmés par son apparition en plein jour. L'empereur français Napoléon Bonaparte est témoin d'une apparition diurne de la planète lors d'une réception au Luxembourg. Une autre observation historique diurne célèbre de la planète a lieu lors de la cérémonie d'investiture du second mandat du président américain Abraham Lincoln à Washington, DC, le ,,. Pendant la Seconde Guerre mondiale, le navire de guerre américain USS Langley (CV-1) tire vers le ciel le (cinq jours après l' attaque de Pearl Harbor) pour tenter d'abattre Vénus, la prenant pour un avion ennemi,,,.

Bien que la visibilité à l'œil nu des phases de Vénus soit contestée, il existe des enregistrements d'observations de son croissant.

Le pentagramme de Vénus est le chemin que Vénus trace comme observé depuis la Terre. Il résulte du fait que les conjonctions inférieures successives de Vénus se répètent très près d'un rapport de 13:8 (la Terre faisant 8 révolutions quand Vénus en fait 13), donnant ainsi un angle constant de 144° sur les conjonctions inférieures séquentielles, c'est-à-dire à chaque période synodique,. Ce rapport est une approximation : en réalité 8/13 vaut 0,615 38 tandis que Vénus orbite autour du Soleil en 0,615 19 année terrestre. Comme il faut 5 périodes synodiques de Vénus pour former le pentagramme, cela se produit toutes les 8 années terrestres.

Un mystère de longue date des observations de Vénus est sa lumière cendrée. Il s'agit d'un phénomène lumineux évanescent qui se présenterait sous la forme d'une lueur diffuse à peine discernable éclairant la partie sombre du disque de Vénus lorsque la planète est en phase de croissant,. La première observation revendiquée de la lumière cendrée est faite en 1643, mais l'existence de l'illumination n'a jamais été confirmée de manière fiable. Les observateurs émettent l'hypothèse que cela pourrait résulter d'une activité électrique dans l'atmosphère vénusienne, mais cela pourrait également être une illusion d'optique résultant de l' effet physiologique de l'observation d'un objet brillant en forme de croissant,.

Phosphoros et Hespéros par Evelyn De Morgan. Phosphoros symbolise le matin avec la torche levée tandis qu'Hespéros symbolise le soir avec la torche baissée.

Vénus étant le troisième astre du ciel en termes de magnitude apparente, après le Soleil et la Lune, elle a attiré l'attention des premiers astronomes. Aussi, Vénus est la première planète à avoir ses mouvements tracés dans le ciel, dès le deuxième millénaire avant J.-C. Cependant, parce que les mouvements de la planète semblent être discontinus (elle peut disparaître du ciel pendant plusieurs jours en raison de sa proximité avec le soleil) et qu'elle apparaît tantôt le matin ( Astre du matin) et tantôt le soir ( Astre du soir), de nombreuses cultures et civilisations ont d'abord pensé que Vénus correspondait à deux astres différents. Ainsi, pour les anciens Égyptiens, l'étoile du matin était appelée Tioumoutiri et l'étoile du soir Ouaiti. De même, les Chinois ont historiquement appelé la Vénus du matin " la Grande Blanche " ( Tài-bái 太白) ou " l'Ouvreuse de la Luminosité " ( Qǐ-míng 啟明), et la Vénus du soir comme " l'Excellente Ouest " ( Cháng-gēng 長庚).

Néanmoins, un sceau-cylindre de la période de Djemdet Nasr et la tablette d'Ammisaduqa de la première dynastie de Babylone indiquent que les Babyloniens semblent avoir compris assez tôt que les " étoiles du matin et du soir " étaient le même objet céleste,. Vénus est alors connue sous le nom de Ninsi'anna (" dame divine, illumination du ciel " du fait de sa brillance) et plus tard sous le nom de Dilbat. Les premières orthographes du nom sont écrites avec le signe cunéiforme si4 (= SU, signifiant " être rouge ") dont la signification première pourrait être " dame divine de la rougeur du ciel ", en référence à la couleur de l'aube et du crépuscule.

Les anciens Grecs pensèrent également que Vénus était deux corps distincts, une étoile du matin et une étoile du soir. Ils les appelèrent respectivement Phōsphoros (Φωσϕόρος), signifiant " apporteur de lumière " (d'où l'élément phosphore ; alternativement Ēōsphoros (Ἠωςϕόρος), signifiant " aurore ") pour l'étoile du matin, et (Ἕσπερος), signifiant " occidental ", pour l'étoile du soir. Pline l'Ancien attribue la découverte qu'ils étaient un seul objet céleste à Pythagore au sixième siècle avant notre ère, tandis que Diogène Laërtius soutient que Parménide fut probablement responsable de cette redécouverte. Plus tard, bien que les anciens Romains aient reconnu Vénus comme un seul objet céleste, les deux noms grecs traditionnels ont continué à être utilisés et aussi traduits en latin par (signifiant " porteur de lumière ") pour l'apparition du matin et pour celle du soir,,.

Au deuxième siècle de notre ère, Ptolémée émet l'hypothèse dans son traité d'astronomie que Mercure et Vénus sont situées entre le Soleil et la Terre, au sein d'un système géocentrique,.

Parallèlement, les Mayas considèrent Vénus comme le corps céleste le plus important après le Soleil et la Lune. Ils l'appellent Chac ek ou Noh Ek, signifiant " la grande étoile " et savent qu'il ne s'agit que d'un seul astre,. Les cycles de Vénus font l'objet d'un calendrier retrouvé dans le Codex de Dresde et les Mayas suivent les apparitions et conjonctions de Vénus à l' aube et au crépuscule,. Ce calendrier repose notamment sur leur observation que cinq périodes synodiques de la planète correspondent à huit années terrestres, cause du " pentagramme de Vénus ". De nombreux événements de ce cycle étaient associés au mal et les guerres ont parfois été coordonnées pour coïncider avec les phases du cycle.

Al-Khwârizmî, dit Algorismus, mathématicien, géographe et astronome d'origine perse, établit au siècle des tables astronomiques basées sur l'astronomie hindoue et grecque. Il étudie ainsi la position et la visibilité de la Lune et ses éclipses, du Soleil et des cinq planètes visibles à l' œil nu. Il est le premier d'une longue série de scientifiques arabes.

Au siècle, l' astronome perse Avicenne affirme avoir observé un transit de Vénus, ce qui constituera une confirmation de la théorie de Ptolémée pour les astronomes ultérieurs. Au siècle, l'astronome andalou Ibn Bajjah observe " deux planètes comme des taches noires sur la face du Soleil " et Averroès déclare que le neveu de Sa'd ibn Mu'adh avait assisté à un transit simultané de Vénus et de Mercure, annonçant avoir calculé leurs trajectoires et qu'elles étaient en conjonction à ce moment pour soutenir sa thèse, ; cette observation sera ensuite citée par Nicolas Copernic dans Des révolutions des sphères célestes'. Qotb al-Din Chirazi, astronome de l'école de Maragha, considére également au siècle ces observations comme des transits de Vénus et de Mercure.

En réalité, il n'y a pas eu de transit de Vénus du vivant d'Ibn Bajjah, et les transits de deux planètes n'ont pas pu être simultanés comme le décrit Averroès. Aussi, si Avicenne n'a pas noté le jour où il aurait observé un transit et s'il y a bien eu un transit de son vivant (le , cinq ans avant sa mort), celui-ci ne pouvait être visible pour lui du fait de sa position géographique,.

D'une façon générale, des doutes ont été soulevés par des astronomes plus récents sur l'observation des transits par les astronomes médiévaux arabes, ceux-ci ayant été potentiellement confondus avec des taches solaires,. Ainsi, toute observation d'un transit de Vénus avant les télescopes reste spéculative.

Recherches au télescope à partir du siècle

La découverte par Galilée que Vénus montre des phases (bien qu'elle reste près du Soleil dans le ciel terrestre) prouve qu'elle orbite autour du Soleil et non de la Terre.

Le physicien italien Galilée invente la lunette astronomique en 1609. En , il l'utilise pour observer Vénus et constate que la planète présente des phases, comme la Lune,. Il note qu'elle montre une phase semi-éclairée lorsqu'elle est au plus fort de son élongation et qu'elle apparaît comme un croissant ou une phase complète lorsqu'elle est au plus proche du Soleil dans le ciel. Galilée en déduit que Vénus est en orbite autour du Soleil, ce qui est l'une des premières observations contredisant clairement le modèle géocentrique de Claude Ptolémée selon lequel le Système solaire serait concentrique et centré sur la Terre,.

Le transit de Vénus de 1639 est prédit avec précision par Jeremiah Horrocks puis observé par lui et son ami, William Crabtree, dans leurs maisons respectives, le (soit le selon le calendrier julien utilisé à cette époque),,. Si l'on considère les observations des astronomes arabes comme contestées, il s'agit donc des premiers Hommes à avoir observé un transit de Vénus,.

En 1645, une première observation d'un supposé satellite de Vénus est faite par Francesco Fontana, ultérieurement dénommé Neith,. D'autres observations seront faites pendant les deux siècles suivants (dont celles de Giovanni Cassini ou de Joseph-Louis Lagrange), mais l'existence de Neith est finalement réfutée à la fin du siècle et les observations attribuées à des erreurs ou des illusions d'optique.

Le phénomène de la goutte noire tel que mis en évidence par James Cook lors du transit de Vénus de 1769.

Vers 1666, Cassini estime à un peu plus de 23 heures la période de rotation de Vénus, sans parvenir à identifier s'il s'agit vraiment d'une rotation ou bien d'une libration,,. Cette erreur par rapport à la valeur réelle maintenant connue est notamment due aux marques de mouvement sur la surface de la planète créées par son atmosphère dense, dont l'existence n'était alors pas connue.

Vers 1726, Francesco Bianchini observe, ou croit observer, grâce à une lunette particulièrement puissante des taches sur la surface de la planète indiquant des étendues similaires aux mers lunaires. Il réalise ainsi le premier planisphère de Vénus.

Pour les transits de Vénus de 1761 et de 1769, de grandes expéditions sont organisées à travers le monde afin de réaliser des observations permettant de mesurer l' unité astronomique à l'aide de la méthode de la parallaxe,. Des noms telles que ceux de James Cook et de Guillaume Le Gentil restent associés à ces expéditions. Cependant, les résultats de la mesure de l'UA réalisés en 1771 par Jérôme de Lalande sont décevants en raison de la mauvaise qualité des observations.

L' atmosphère de Vénus est également découverte en 1761 par le polymathe russe Mikhail Lomonosov, puis observée en 1792 par l'astronome allemand Johann Schröter,. Schröter découvre en effet que lorsque la planète est un mince croissant, ses pointes s'étendent sur plus de 180° ; il suppose donc que cela est dû à l'effet de la dispersion de la lumière du soleil dans une atmosphère dense. Plus tard, l'astronome américain Chester Lyman observe un anneau complet autour de la planète alors qu'elle est en conjonction inférieure, fournissant des preuves supplémentaires d'une atmosphère.

De nouvelles expéditions sont organisées pour les transits de 1874 et de 1882, aboutissant à de meilleures approximation de l'UA, d'études de l'atmosphère vénusienne et de la plus ancienne expérimentation de film connue : le Passage de Vénus par l'astronome français Jules Janssen,.

L'atmosphère, qui avait auparavant compliqué les efforts pour déterminer une période de rotation d'observateurs tels que Cassini et Schröter, est prise en compte en 1890 par Giovanni Schiaparelli et d'autres qui optent alors pour une période de rotation de 225 jours environ, ce qui aurait alors correspondu à une rotation synchrone avec le Soleil.

Utilisation de nouveaux outils à partir du siècle

Peu de choses ont été découvertes sur la planète jusqu'au siècle. Son disque presque sans relief ne donnant aucune indication sur sa surface du fait de l'épaisse atmosphère, ce n'est qu'avec le développement d'observations spectroscopiques, radar et ultraviolettes que plus d'informations ont été obtenues.

Les observations spectroscopiques des années 1900 ont donné les premiers indices plus précis sur la rotation vénusienne. Vesto Slipher essaie de mesurer le décalage Doppler de la lumière de Vénus, mais constate qu'il ne peut détecter aucune rotation. Il en déduit que la planète doit avoir une période de rotation beaucoup plus longue qu'on ne le pensait auparavant.

Les premières observations ultraviolettes sont effectuées dans les années 1920, lorsque Frank E. Ross constate que les photographies ultraviolettes révèlent des détails absents dans le rayonnement visible et infrarouge. Il suggère que cela est dû à une atmosphère inférieure dense et jaune avec de hauts nuages de cirrus.

Des travaux ultérieurs dans les années 1950 montrent que la rotation est rétrograde. Aussi, des observations radar de Vénus sont effectuées pour la première fois dans les années 1960 et fournissent les premières mesures de la période de rotation, qui sont alors déjà proches de la valeur exacte connue soixante ans plus tard. C'est aussi l'observation radio qui indique en 1958, soit bien avant l'atterrissage de la sonde Venera 7 en 1970, que la température du sol de la planète est de l'ordre de 500 °C.

Dans les années 1970, les observations radar révèlent pour la première fois des détails de la surface vénusienne. Des impulsions d'ondes radio sont diffusées sur la planète en utilisant le radio-télescope de 300 mètres à l' Observatoire Arecibo et les échos révèlent deux régions hautement réfléchissantes, désignées Alpha Regio et Beta Regio. Les observations révèlent également une région brillante attribuée à une montagne, qui est appelée Maxwell Montes. Ces trois caractéristiques sont désormais les seules sur Vénus à ne pas avoir de prénom féminin car nommées avant la normalisation de l' Union astronomique internationale.

L'exploration de Vénus à l'aide de sondes spatiales commence au début des années , peu après l'envoi du premier satellite artificiel en orbite, Spoutnik 1. Une vingtaine d'entre elles ont depuis visité la planète, que ce soit pour de simples survols, pour des séjours plus longs en orbite autour de Vénus, ou encore pour larguer des modules d'observation dans l'atmosphère et à la surface de Vénus. Jusque dans les années 2000, l'exploration de cette planète était uniquement réalisée par l' Union Soviétique et les États-Unis.

La première mission d'envoi de sonde spatiale sur Vénus, et d'une façon générale sur une autre planète que la Terre, commence avec le programme soviétique Venera (" Vénus " en français) en 1961. Cependant, ce sont les États-Unis qui connaissent le premier succès avec la mission Mariner 2 le , devenant la première mission interplanétaire réussie de l'histoire, passant à 34,833 km au-dessus de la surface de Vénus et collectant des données sur l'atmosphère de la planète et sa température de surface évaluée à près de 700 (427 °C),. La sonde ne détecte pas de champ magnétique au voisinage de la planète et met en évidence la quasi-absence d'eau dans l'atmosphère vénusienne,. Les informations envoyées par Mariner 2 complètent les observations radar réalisées depuis le sol terrestre la même année, notamment à l'observatoire Goldstone en Californie, qui ont permis d'estimer la période de rotation de la planète, inconnue jusqu'alors.

En , la sonde soviétique Venera 4 entre avec succès dans l'atmosphère vénusienne et réalise des expériences. La sonde montre que la température de surface est plus chaude que ce que Mariner 2 avait calculé (près de 500 °C), détermine que l'atmosphère est composée à 95 % de dioxyde de carbone et découvre que l'atmosphère de Vénus est considérablement plus dense que ce que les concepteurs de la sonde n'avaient prévu. La sonde Venera 4 parvient à lancer une capsule vers le sol vénusien, et celle-ci transmet des données sur la composition de l'atmosphère vénusienne jusqu'à une altitude de 24 km. En parallèle, les américains lancent Mariner 5 dont les données seront analysées conjointement avec celles de Venera 4 par une équipe scientifique soviéto-américaine dans une série de colloques au cours de l'année suivante, ce qui constitue un premier exemple de coopération spatiale en pleine Guerre froide.

En 1974, Mariner 10 transite par Vénus lors d'une manœuvre d' assistance gravitationnelle lui permettant de se diriger vers Mercure. La sonde prend des photographies ultraviolettes des nuages pendant le survol, révélant des vitesses de vent très élevées dans l'atmosphère vénusienne.

En 1975, les atterrisseurs soviétiques Venera 9 et 10 transmettent les premières images de la surface de Vénus, qui étaient alors en noir et blanc. Venera 9 devient alors la première sonde de l'humanité à se poser sur une autre planète que la Terre, et la première à retransmettre des clichés de sa surface. En , les premières images couleur de la surface sont obtenues par les atterrisseurs soviétiques Venera 13 et 14, lancés à quelques jours d'intervalle.

La NASA obtient des données supplémentaires en 1978 avec le projet Pioneer Venus qui comprend deux missions distinctes : Pioneer Venus Orbiter et Pioneer Venus Multiprobe,. Le programme soviétique Venera réalise en , lorsque les sondes Venera 15 et 16 sont placées en orbite, une cartographie détaillée de 25 % du terrain de Vénus (du pôle nord à 30° de latitude nord).

Vénus est par la suite régulièrement survolée afin de réaliser des manœuvres d' assistance gravitationnelle, notamment par les sondes soviétiques Vega 1 et Vega 2 ( 1985), qui profitent de leur passage autour de la planète pour y larguer chacune un ballon atmosphérique et un atterrisseur, avant de se diriger vers la Comète de Halley. Toutefois, aucun atterrisseur ne parvient à la surface, leur parachute ayant été arraché par les vents violents de l'atmosphère vénusienne.

Images de Vénus prise dans le proche infrarouge par Galileo (1990).

Par la suite, Galileo (1990) effectue le même type de manœuvre avant d'aller vers Jupiter, tout comme Cassini - Huygens (1998) avant d'aller vers Saturne et MESSENGER (2006) avant d'aller vers Mercure. Lors de son survol, la sonde Galileo fait des observations en proche infrarouge.

En orbite pendant quatre ans autour de Vénus, entre et , la sonde Magellan réalise une cartographie complète et très précise (avec une résolution horizontale inférieure à 100 m) de la surface de la planète. La sonde spatiale utilise pour cela un radar, seul instrument capable de percer l'épaisse atmosphère de Vénus. Un relevé altimétrique est également effectué. Cette cartographie détaillée montre un sol remarquablement jeune géologiquement parlant (de l'ordre de 500 millions d'années), la présence de milliers de volcans, et une absence de tectonique des plaques telle qu'on la connait sur Terre mais de nouvelles analyses suggèrent que la surface est divisée en blocs rocheux, " ramollis " par la chaleur intense de l'environnement et semblent se déplacer entre eux à la manière des blocs de glace de la banquise terrestre.

La sonde Vénus Express de l' Agence spatiale européenne (réalisée en coopération avec Roscosmos) est lancée en et observe Vénus depuis jusqu'au . Elle permet de réaliser plusieurs découvertes importantes dont une possible activité volcanique récente, le ralentissement de sa vitesse de rotation ou encore la présence d'une " queue magnétique ".

En 2007, une mission européenne Venus Entry Probe est prévue pour permettre l'exploration in situ de l'atmosphère vénusienne grâce entre autres à un ballon naviguant à une altitude de 55 km, mais elle n'aboutit finalement pas.

Modèle d'Akatsuki, seule sonde en orbite autour de Vénus en 2020.

En , des chercheurs de la NASA présentent le projet High Altitude Venus Operational Concept qui vise à établir une colonie humaine installée dans des dirigeables à 50 kilomètres d'altitude où la température n'est que de 75 °C et la pression proche de celle de la Terre,. À la fin des années , la NASA avait déjà étudié la possibilité d'utiliser des éléments du programme Apollo afin de réaliser un survol habité de Vénus avec un équipage de trois astronautes qui auraient effectué le voyage aller-retour en une année environ.

En 2016, le programme Institute for Advanced Concepts de la NASA commence à étudier un rover ( astromobile), l' Automaton Rover for Extreme Environments, conçu pour survivre longtemps dans les conditions environnementales de Vénus. Il serait contrôlé par un ordinateur mécanique et alimenté par l' énergie éolienne.

Depuis 2016, une sonde de la JAXA, Akatsuki, est sur une orbite très elliptique autour de Vénus,. Lancée en mais arrivée avec cinq ans de retard à cause d'une panne de propulseur lors de son insertion initiale, il s'agit de la seule sonde en orbite autour de Vénus en 2020. Elle a pour objectif de mieux comprendre ce qui a mené la planète à son état actuel, notamment son effet de serre. L'engin a permis de découvrir la présence, à 64 km d'altitude, d'une onde de gravité longue de 10 000 km et 65 km de large, stationnaire par rapport au sol et pouvant perdurer plusieurs jours (contrairement aux ondes de gravité sur Terre qui disparaissent très vite). Akatsuki a également pris des clichés dans l'infrarouge de la face nocturne de Vénus.

Le , la sonde européenne BepiColombo, réalisée en partenariat avec la JAXA nippone, décolle vers la planète Mercure. Durant son trajet, elle réalisera deux survols de la planète Vénus, durant lesquels elle effectuera plusieurs expériences, servant notamment à tester les instruments de la sonde avant son arrivée autour de Mercure en 2025.

Panorama à 180 degrés de la surface de Vénus capturé par la sonde Venera 9 en 1975.

Habitabilité

La spéculation sur l'existence de la vie sur Vénus a considérablement diminué depuis le début des années 1960, lorsque les véhicules spatiaux ont commencé à étudier la planète et qu'il est devenu clair que les conditions sur Vénus sont bien plus hostiles que celles sur Terre.

Vénus possédant des températures de surface de près de 462 °C avec une pression atmosphérique 90 fois supérieure à celle de la Terre, l'impact extrême de l'effet de serre rend improbable la vie à base d' eau comme elle est actuellement connue,.

Quelques scientifiques ont émis l'hypothèse de l'existence de microorganismes extrémophiles thermoacidophiles dans les couches supérieures acides à basse température de l'atmosphère vénusienne,. Aussi, en , les astronomes ont signalé que le nouveau modèle à long terme d'absorbance et de changement d' albédo dans l'atmosphère de la planète Vénus est causé par des " absorbeurs inconnus ", qui peuvent être des produits chimiques ou même de grandes colonies de micro-organismes haut dans l'atmosphère de la planète,.

En septembre 2020, le grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama et le James Clerk Maxwell Telescope observent la signature de phosphine gazeuse dans le spectre de l'atmosphère de Vénus, et ce en l'absence de mécanismes naturels abiotiques connus de production en quantité suffisante de cette molécule sur une planète tellurique,. Toutefois, l'article paru dans reste prudent : " Questions of why hypothetical organisms on Venus might make PH3 are also highly speculative ". La NASA ainsi que différents journaux scientifiques appellent à la prudence sur les résultats de détection de la phosphine ainsi que sur ses potentielles origines. En novembre, l'observation elle-même est contestée, notamment en raison d'erreurs de calibration du télescope.

Une présence permanente sur Vénus, au même titre que sur Mars, serait un nouveau pas dans le cadre de la conquête spatiale. Aussi, différentes méthodes de colonisation sont envisagées ou l'ont été.

La pression atmosphérique et la température à cinquante kilomètres au-dessus de la surface sont similaires à celles de la surface de la Terre. Cela a conduit à des propositions d'utilisation d' aérostats (ballons plus légers que l'atmosphère) pour l'exploration initiale et, finalement, pour des " villes flottantes " permanentes dans l'atmosphère vénusienne. Parmi les nombreux défis d'ingénierie à relever figurent les quantités dangereuses d' acide sulfurique à ces hauteurs. Cette approche a notamment été proposée par la NASA dans le cadre de son projet High Altitude Venus Operational Concept,.

Une autre forme de colonisation sur Vénus serait sa terraformation. Une terraformation de Vénus consisterait à la rendre habitable pour l'homme, et donc rendre les conditions de surface moins hostiles. Ainsi, il faudrait abaisser sa température de surface, éliminer le dioxyde de carbone en excès dans l'atmosphère et accélérer sa période de rotation afin d'aboutir à un cycle jour/nuit plus proche de celui connu sur Terre,.

Vénus étant une caractéristique principale du ciel nocturne, elle a revêtu une importance dans la mythologie, l' astrologie et la fiction à travers l'histoire et dans différentes cultures. Ainsi, la planète doit son nom à la déesse Vénus, déesse de l'amour dans la mythologie romaine (assimilée à l' Aphrodite de la mythologie grecque). De là vient également le nom du cinquième jour de la semaine : vendredi (de veneris diem, en latin, pour " jour de Vénus "),.

Dans la mythologie mésopotamienne, Ishtar, la déesse de l'amour, est associée à la planète Vénus,. Un des symboles de la déesse, l'étoile à huit branches, la représente comme l'étoile du matin ou du soir. De plus, les mouvements d'Ishtar dans les mythes qui lui sont associés correspondent aux mouvements de la planète Vénus dans le ciel.

Les Chrétiens, reprenant le nom romain Lucifer (" porteur de lumière ") pour désigner " l'étoile du matin ", associent la " chute " de la planète dans le ciel à celle d'un ange. Cela aboutit finalement à la figure de l' ange déchu Lucifer.

En chinois, la planète est appelée Jīn-xīng (金星), la planète dorée de l' élément métallique. En Inde, elle appelée Shukra Graha (" la planète Shukra "), d'après la divinité Shukra et est utilisée en astrologie indienne. Ce nom signifie " clair, pur " ou " éclat, clarté " en sanskrit. Les cultures chinoises, japonaises et coréennes modernes se réfèrent littéralement à la planète comme " l'étoile de métal " (金星), sur la base des cinq éléments (Wuxing),,. L'ancien Japon désigne également la planète Vénus du nom de Taihaku,, ce nom ayant depuis été réattribué à un astéroïde par les astronomes : (4407) Taihaku.

Vénus est représentée en bas à droite du grand cyprès dans La Nuit étoilée de Vincent van Gogh (1889).

Dans la culture populaire occidentale, la planète Vénus est surnommée l'" étoile du berger " car elle peut être facilement visible dans le ciel du matin (à l'est), avant l'aurore, ou dans le ciel du soir (à l'ouest), après le crépuscule. À l'époque moderne, le terme " étoile " est impropre car il est connu qu'il s'agit d'une planète, mais pour les Anciens, elle faisait partie des cinq astres dits " errants ". On lui attribua ce nom car les gardiens de troupeaux dans les temps anciens en tenaient compte pour aller dans les pâturages ou en revenir. Chez les Dogons, peuple contemporain du Mali réputé pour sa cosmogonie, elle peut également être appelée enegirim tolo, pour " étoile du berger ". Par ailleurs, leur cosmogonie mentionne l'existence d'un satellite naturel autour de Vénus.

L'étoile du berger est parfois confondue avec l'étoile des Rois mages, ou Étoile de Bethléem, bien qu'il s'agisse d'astres différents. Cette dernière est parfois évoquée comme ayant été une nova, supernova ou encore la comète de Halley, ces hypothèses ayant été mises de côté car aucun de ces phénomènes ne s'est déroulé durant le règne d' Hérode. L'explication actuelle est que l'intense lumière ait été produite par une conjonction entre Jupiter et Saturne,.

Des poètes classiques comme Homère, Sappho, Ovide et Virgile ont parlé de l'étoile et de sa lumière, puis des poètes préromantiques et romantiques tels que William Blake, Robert Frost, Letitia Elizabeth Landon, Alfred Lord Tennyson et William Wordsworth ont écrit des odes au sujet de la planète.

Gustav Holst dédie le second mouvement de son poème symphonique Les Planètes (1918) à Vénus, où elle incarne la paix. Plus récemment, Alain Bashung, pour son album Bleu Pétrole, compose la chanson Vénus, consacrée à la planète et à son rôle de guide.

En peinture, la représentation la plus célèbre de Vénus reste celle de Vincent Van Gogh dans La Nuit étoilée, vue depuis la chambre de son asile du monastère Saint-Paul-de-Mausole à Saint-Rémy-de-Provence en ,. Une étude du ciel au printemps de 1889 permet de confirmer qu'il s'agit bien de Vénus, entourée de blanc en bas à droite du grand cyprès. Le peintre indique également explicitement la présence de l'objet céleste dans ses lettres. La planète est également visible dans ses peintures Route avec un cyprès et une étoile et La Maison blanche, la nuit, réalisées en 1890 et peu avant la mort de l'artiste.

Avec l'invention du télescope, l'idée que Vénus était un monde physique et une destination possible a commencé à prendre forme.

Aussi, elle est représentée dans la fiction depuis le siècle. La forte couverture nuageuse vénusienne laisse également aux écrivains de science-fiction toute latitude pour spéculer sur les conditions de vie à sa surface, d'autant plus que les premières observations ont montré que non seulement sa taille était similaire à celle de la Terre mais qu'elle possédait une atmosphère substantielle. Plus proche du Soleil que la Terre, la planète est souvent décrite comme plus chaude, mais toujours habitable par les humains ; les écrivains imaginent alors des extraterrestres qu'ils nomment les Vénusiens. Le genre a atteint son apogée entre les années 1930 et 1950, à une époque où la science avait révélé certains aspects de Vénus, mais pas encore la dure réalité de ses conditions de surface ; on peut notamment citer Dans les murs d'Eryx de H.P. Lovecraft en 1939, Parelandra de C. S. Lewis en 1943 et Les Océans de Vénus d' Isaac Asimov en 1954. Cependant, après les premières missions d'exploration robotisées, les résultats montrent qu'aucune forme de vie n'y est possible à la surface. Cela met un terme à ce genre particulier reposant sur l'espérance d'une Vénus habitée.

Aussi, à mesure que la connaissance scientifique de Vénus a progressé, les auteurs de science-fiction modifient les thèmes abordés. Ainsi, des ouvrages conjecturant des tentatives humaines de terraformer Vénus se sont développés, comme dans le diptyque de Pamela Sargent ( Vénus des rêves et Vénus des ombres en 1986 et 1988). Une approche de villes flottantes dans l'épaisse atmosphère de la planète afin de connaître des températures plus clémentes est également abordée dans Le Sultan des nuages (2010) de Geoffrey Landis. Quatre ans après, des chercheurs de la NASA proposent un projet similaire, High Altitude Venus Operational Concept, visant à établir une colonie humaine dans des dirigeables à 50 kilomètres d'altitude sur Vénus,.

Le symbole astronomique de Vénus est le même que celui utilisé en biologie pour le sexe féminin : un cercle avec une croix pointant vers le bas ( unicode 0x2640 : ♀),. Il correspond également au symbole alchimique ancien du cuivre. À l'époque moderne, il est toujours employé comme symbole astronomique pour Vénus, bien que son utilisation soit découragée par l' Union astronomique internationale.

L'idée, erronée, selon laquelle le symbole représente le miroir de la déesse est introduite par Joseph Juste Scaliger à la fin du siècle. Il invoque également le fait que le cuivre fut utilisé pour réaliser les miroirs antiques, faisant ainsi le lien avec le symbole alchimique. Au début du siècle, Claude Saumaise établit que le symbole dérive en réalité de la première lettre du nom grec de la planète Phōsphoros (Φωσϕόρος), comme les symboles des autres planètes,.

Cythère étant une épiclèse homérique d' Aphrodite, l'adjectif " cythérien " ou " cythéréen " est parfois utilisé en astronomie (notamment dans astéroïde cythérocroiseur) ou en science-fiction (les Cythériens, une race de Star Trek). Aussi, l'adjectif " vénusien " est communément employé pour définir les caractéristiques de Vénus en lieu de " vénérien ", qui a pris une connotation péjorative d'origine médicale en tant que synonyme d' infection sexuellement transmissible.

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