La lune Phobos n’est peut-être pas ce que nous pensions

Perseverance Phobos
La lune Phobos passe devant le soleil sur une image prise par le rover Perseverance de la NASA le 8 février 2024. Crédits : NASA/JPL-Caltech/ASU

Des chercheurs ont récemment découvert des indices surprenants sur la lune de Mars, Phobos, qui suggèrent qu’elle pourrait ne pas être ce que nous pensions. Cette découverte provient d’une analyse d’images inédites prises par le vaisseau spatial Mars Express de l’Agence spatiale européenne (ESA).

Deux lunes qui intriguent

Phobos et Deimos, les deux lunes de Mars, se distinguent par plusieurs caractéristiques uniques. D’une part, elles sont extrêmement petites. Phobos, la plus grande des deux, mesure seulement environ 22 kilomètres de diamètre, tandis que Deimos en fait environ douze. De plus, elles ont des surfaces criblées de cratères qui résultent d’innombrables impacts météoritiques au fil des éons.

Phobos est particulièrement intrigante en raison de son orbite en déclin qui la rapproche inexorablement d’une collision avec Mars dans environ 30 à 50 millions d’années. Par ailleurs, contrairement à de nombreuses autres lunes du système solaire, elle présente des rainures longues d’un kilomètre dont l’origine est encore débattue. Certaines théories suggèrent qu’elles résultent d’impacts ou de forces de marée exercées par Mars.

La surface de Phobos est aussi recouverte d’une couche de régolithe meuble, un mélange de roche et de poussière très différent des surfaces plus solides de nombreuses autres lunes. Elle pourrait être le résultat de millions d’années d’impacts météoritiques qui auraient broyé la surface de la lune en une fine poussière.

Ces caractéristiques (petite taille, surface criblée de cratères, rainures et régolithe meuble) ne ressemblent pas à celles observées sur la plupart des autres lunes du système solaire. Par exemple, les grandes lunes de Jupiter et Saturne, comme Ganymède et Titan, sont beaucoup plus grandes et possèdent des atmosphères ou des surfaces géologiquement actives. De même, notre Lune, bien que criblée de cratères, a une surface relativement solide et présente des signes d’activité volcanique passée.

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Phobos. Crédits : NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Une origine différente ?

L’origine de Phobos et de Deimos est ainsi débattue. Deux théories principales existent : l’une propose qu’elles se sont formées à partir de débris résultant d’une collision géante avec Mars, l’autre qu’il s’agit d’astéroïdes capturés. Chacune de ces théories a ses limites : l’hypothèse des astéroïdes ne rend pas bien compte de leur orbite presque circulaire, tandis que celle des débris ne correspond pas totalement à leur composition.

De nouvelles observations pourraient éclairer ce mystère.

Des chercheurs ont en effet récemment analysé de nouvelles photos de Phobos prises par la sonde Mars Express. Cette analyse a révélé des caractéristiques photométriques surprenantes suggérant que Phobos pourrait avoir une origine différente de celle envisagée jusqu’à présent.

Dans le détail, une analyse photométrique consiste à mesurer et à analyser la lumière réfléchie par un objet céleste. En examinant les images de Phobos, les chercheurs ont découvert que Phobos partage plusieurs propriétés avec la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Plus précisément, elle présente un spectre rouge typique de certains types de surfaces riches en matériaux organiques et en composés complexes.

En outre, Phobos possède une porosité de surface élevée. La porosité fait référence à la proportion de vides ou de trous dans le matériau de surface, ce qui peut indiquer une structure composée de grains de poussière lâchement agrégés, similaire à la surface des comètes.

Les chercheurs ont également observé des valeurs d’effet d’opposition similaires à celles de la comète 67P. L’effet d’opposition est un phénomène où un objet apparaît significativement plus brillant lorsqu’il est directement opposé au Soleil par rapport à un observateur. Cette augmentation de la luminosité se produit en raison de la réduction des ombres et de la diffusion cohérente de la lumière sur une surface rugueuse ou poreuse.

Comparaison avec d’autres corps sombres du système solaire

Pour approfondir leur analyse, les chercheurs ont comparé les propriétés photométriques de Phobos avec celles d’autres corps sombres du système solaire. Pour ce faire, ils ont examiné l’intégrale de phase et l’albédo géométrique de Phobos. L’intégrale de phase mesure la quantité totale de lumière réfléchie par un objet à différentes phases d’illumination, tandis que l’albédo géométrique est une mesure de la réflectivité de la surface d’un objet lorsque le Soleil est directement au-dessus.

Ces comparaisons ont révélé des similitudes frappantes entre Phobos et les comètes de la famille Jupiter. Ces comètes proviennent généralement de la ceinture de Kuiper, un vaste réservoir de corps glacés situés au-delà de l’orbite de Neptune. Elles ont des surfaces sombres et riches en matériaux organiques.

Les chercheurs ont également trouvé des parallèles avec Phoebe, une lune de Saturne. Phoebe est censée être un objet capturé de la ceinture de Kuiper. Comme Phobos, elle possède une surface sombre et des caractéristiques photométriques similaires.

Perspectives futures avec la mission MMX

Ces découvertes suggèrent que Phobos pourrait ne pas être simplement une lune formée par des débris issus de collisions martiennes ou un astéroïde capturé, comme on le pensait auparavant. Les similitudes avec les comètes ouvrent en effet la possibilité que cet objet provienne en réalité de la ceinture de Kuiper.

Cette hypothèse est révolutionnaire, car elle changerait notre compréhension de l’histoire et de l’évolution des lunes martiennes. Si Phobos est effectivement une comète capturée, cela pourrait fournir des indices précieux sur les processus dynamiques qui façonnent les orbites et les compositions des corps célestes dans le système solaire.

La mission Martian Moons eXploration (MMX) de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA), prévue pour 2026, pourrait fournir les données nécessaires pour tester cette hypothèse. La mission vise à ramener des échantillons de Phobos sur Terre après trois ans d’observations. En analysant ces échantillons, les scientifiques pourraient obtenir des informations cruciales sur la composition de Phobos et déterminer si cette lune martienne est en réalité une comète déguisée.

L’étude est acceptée pour publication dans Astronomy and Astrophysics.