Comment ces rainures, à la surface de la lune Phobos, auraient-elles pu être produites par la planète Mars ?
Selon le calcul des astronomes, Phobos, le satellite en forme de pomme de terre de la planète Mars, s’en rapproche inexorablement. À terme, dans une centaine de millions d’années, l’interaction gravitationnelle entre les deux corps déchirera Phobos, donnant à la planète rouge un anneau de poussière temporaire.
Image d’entête : Phobos photographiée par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter. (NASA/ JPL-Caltech/ Université d’Arizona)
Selon une nouvelle étude (lien plus bas), ces interactions gravitationnelles pourraient déjà avoir un effet observable. Au moins certaines des mystérieuses rainures parallèles peu profondes qui couvrent toute la surface de la lune pourraient être le résultat de la fracturation de son orbite qui se désintègre lentement et des forces de marée qui tirent de plus en plus fort sur ses arêtes.
Selon une équipe d’astronomes dirigée par Bin Cheng de l’université Tsinghua en Chine et de l’université d’Arizona aux Etats-Unis :
Notre analyse confirme l’existence d’une structure hétérogène en couches pour Phobos, avec de possibles fractures sous-jacentes induites par des ruptures, comme précurseur de la disparition éventuelle du satellite en désorbitation.
Phobos et ses griffures (NASA/JPL-Caltech/université d’Arizona)
Les forces de marée qui tirent sur les corps d’un système sont le résultat de leur interaction gravitationnelle, étirant leurs structures le long d’un axe qui les sépare.
Habituellement, l’effet significatif que cette distorsion peut avoir sur une surface solide est assez faible. Si les forces de marée sont facilement observables dans les mouvements des océans liquides de notre planète, les effets visibles sur les masses terrestres sont moins évidents.
Cela ne signifie pas que les forces de marée entre d’autres corps solides ne peuvent pas avoir des conséquences plus évidentes. L’étirement causé par les forces de marée peut, dans certains cas, provoquer des fractures sous contrainte. C’est ce que montre Encelade, la lune de Saturne, dont l’enveloppe glacée présente des fissures profondes et parallèles à son pôle sud, causées par les forces de marée.
La surface fissurée de la lune Encelade. (NASA/ JPL-Caltech/Space Science Institute/Cassini imaging team)
Avec une orbite de seulement 7 heures et 39 minutes, Phobos est assez proche de Mars, se rapprochant à un rythme d’environ 1,8 centimètre par an. À cette proximité, il est tout à fait possible que les forces de marée puissent induire une fracture de la surface de son corps de 27 kilomètres de large. L’idée que les rayures de Phobos soient le résultat d’une telle interaction a également été envisagée et jugée plausible.
Cependant, il n’est pas certain que les caractéristiques et l’interaction actuelles de Phobos et de Mars puissent produire les rayures observées, et d’autres explications sont également en lice. Par exemple, une étude de 2018 a révélé que les rayures pourraient être le résultat de rochers roulants (lien ci-dessous).
Cheng et ses collègues ont donc effectué une modélisation mathématique en 3D examinant explicitement l’étirement et la compression par les marées d’un corps stratifié semblable à Phobos, avec un extérieur meuble et caillouteux reposant sur une couche cohésive en dessous.
Les chercheurs ont effectué des centaines de simulations à l’aide de leur modèle. Dans un nombre important de ces simulations, les forces de marée ont provoqué la fissuration et la fracture de la couche cohésive en sillons parallèles, entraînant le drainage du régolithe meuble supérieur dans les fractures inférieures. Le résultat est une surface striée et rayée très similaire aux régions observées sur Phobos.
Vidéo tirée de l’étude : Formation de rainures en réponse à la décroissance orbitale de Phobos. (Bin Cheng et col./ The Planetary Science Journal)
L’équipe a constaté que toutes les zones de Phobos ne correspondaient pas au modèle. En particulier, les rainures autour de l’équateur de la lune ne correspondaient pas aux prédictions. Mais les résultats montrent qu’au moins une partie des rayures pourrait être causée par la fracturation de la lune qui se dirige vers une mort par éviscération par les marées. Cela signifierait que nous assistons au début de la fin pour Phobos.
Ces résultats pourraient donc avoir des implications pour l’étude d’autres lunes qui connaissent une désintégration orbitale importante, comme Triton, la lune de Neptune. Les gravats qui se détachent pourraient également exposer des matériaux vierges sur Phobos, ce qui ferait des sillons une région d’étude très intéressante pour la prochaine mission MMX (Martian Moons eXploration) de l’Agence spatiale japonaise.
Plan de la trajectoire de la mission MMX de la JAXA. (MMX/ JAXA)
Cette mission devrait apporter des preuves concluantes de l’origine de ces mystérieuses rayures, mais la perturbation par les marées apparaît certainement comme une intrigante éventualité.
Selon les chercheurs dans leur étude :
En modélisant Phobos comme un intérieur de tas de gravats recouvert d’une couche cohésive, nous constatons que la contrainte de marée pourrait créer des fissures parallèles avec un espacement régulier.
Notre analyse suggère que certaines des rainures qui tapissent la surface de Phobos sont probablement des signes précoces de la disparition éventuelle du satellite en désorbitation.
L’étude publiée dans The Planetary Science Journal : Numerical Simulations of Drainage Grooves in Response to Extensional Fracturing: Testing the Phobos Groove Formation Model.