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Glace dans un cratère martien

Séquence pédagogique pour un niveau 2nde

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Glace dans un cratère martien © Esa/DLR/FU Berlin
Cette photo prise le 2 février 2005 par la sonde spatiale européenne Mars Express montre un cratère martien.Les astronomes estiment qu’il mesure 35 km de diamètre et 2 km de profondeur.

Sciences de la vie et de la Terre - Physique-chimie

  • Question 1 : Recherchez sur Internet une photo de la Terre vue de l’espace et dites si vous identifiez ce type de structure.
    • Réponse 1 : Ce type de structure n’est pas visible de la sorte à la surface de la Terre. Il s’agit d’un cratère d’impact météoritique. En réalité, il en existe environ 170 sur Terre, mais il y en a eu bien davantage dans le passé.
  • Question 2 : Expliquez pourquoi sur Terre, les cratères d’impact sont si peu nombreux ?
    • Réponse 2 : À la surface Terre, les traces d’impacts de météorites sont rares : elles ont été effacées par les écoulements de laves et par l’activité externe, c’est-à-dire l’érosion intense liée à la présence d’eau (état liquide) et aux vents (présence d’une atmosphère). Par ailleurs, la plupart des météorites sont détruites par le frottement de l’air lorsqu’elles traversent l’atmosphère terrestre.
  • Question 3 : Par analogie avec ce qui se passe à la surface de la Terre, dites quel renseignement apporte l’étude la présence de cratères à la surface d’une planète.
    • Réponse 3 : Le nombre de cratères à la surface d’une planète renseigne sur la présence ou non d’une activité interne de l’astre Une planète très « cratérisée » telle que Mercure met en évidence l’absence d’une activité interne. Par ailleurs, Mercure ne possédant pas d’atmosphère, sa surface est donc plus exposée aux impacts météoritiques que les trois autres planètes telluriques du Système solaire.
      On en conclut que moins une planète est « cratérisée », plus son activité interne est récente et importante.
  • Question 4 : Mars fait partie des planètes telluriques. Que signifie ce terme et quelles sont les autres planètes faisant parties de la même famille ?
    • Réponse 4 : Une planète tellurique est une planète semblable à la Terre, c’est-à-dire une planète composée d’éléments non volatils avec une surface solide silicatée. La densité de ces planètes est donc importante, de 3,9 pour Mars à 5,5 pour la Terre. Ces planètes sont situées entre le Soleil et la ceinture principale d’astéroïdes, ce sont donc les quatre planètes les plus proches du Soleil : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Par ailleurs, elles sont petites et ont une atmosphère peu importante ou inexistante (Mercure). Ces planètes, qualifiées de telluriques, sont opposées aux quatre planètes les plus éloignées du Soleil qui sont peu denses du fait de la grande importance de leur atmosphère. Ce sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, planètes géantes constituant la catégorie des planètes gazeuses.
  • Question 5 : Mars est aussi appelée la Planète rouge. Recherchez pourquoi.
    • Réponse 5 : Parfois visible à l’œil nu la nuit, Mars garde un aspect rougeâtre. Cela est dû à la composition de sa surface. Celle-ci est effectivement rougeâtre comme le confirme la photo du cratère. Cette couleur est la conséquence de la présence d’oxyde de fer (appelé aussi hématite) contenu dans les minéraux des roches martiennes.
  • Question 6 : D’après l’échelle proposée, quel est le diamètre du résidu de glace au fond du cratère ? En supposant qu’il soit circulaire, quelle est l’ordre de grandeur de la surface de glace ?
    • Réponse 6 : Après des mesures au double décimètre sur la photo, il apparaît que la tache bleue est environ trois fois plus petite que le cratère. Le diamètre du résidu de glace est donc de 12 km (plus ou moins 1 km). Cela représente une surface d’une centaine de km² (S = π.r² = π.6² ≈ 113 km²). Etant donné les mesures effectuées, il n’est pas possible d’être plus précis.
  • Question 7 : En 2003, la sonde martienne Mars Express a commencé à envoyer des images par ondes radio vers la Terre. Sachant que ces ondes se déplacent à la même vitesse que la lumière (soit 3.105 km.s-1), combien de minutes dure une transmission entre la sonde et la station de réception terrestre ?
    On sait par ailleurs que la distance séparant Mars du Soleil est de 228.106 km et que la distance Soleil-Terre est de 150.106 km.
    • Réponse 7 :
      Soit v, la vitesse des ondes radio = vitesse de la lumière = 3.105 km.s-1.
      Soit d, la distance séparant Mars de la Terre = 78.106 km.
      Soit t, le temps de transmission entre la sonde et la station de réception terrestre.
      On sait que v = {d\over t}, donc t ={d\over v}.
      D’où t = {78.10^6\over 3.10^5} = 260 s, soit 4,33 mn ou 4 mn 20 s environ.

LA TERRE EST UNE PLANÈTE DU SYSTÈME SOLAIRE


Arrêt sur notion
Sciences de la vie et de la Terre

  • Question a : Complétez le tableau suivant par une recherche Internet.
Corps célesteMercureVénusTerreMars
Présence de cratères d’impacts et importance de leur nombreoui

nombreux : des dizaines de milliers

oui

peu : 900 seulement

oui

quelques : 170

oui

nombreux : des milliers

Présence d’activité volcanique présente ou passéevolcanisme éteint depuis au moins 3 milliards d’annéesvolcanisme actuelvolcanisme actuelvolcanisme éteint depuis 500 millions d’années
Présence d’une atmosphèrenonouiouioui
  • Question b : Établissez une relation entre l’importance de la présence de cratères d’impact à la surface d’une planète et son activité interne.
    • Réponse h : On constate que les planètes présentant un volcanisme actif sont celles où les cratères d’impact sont les moins nombreux. On en conclut que plus l’activité interne est récente, moins le nombre de cratères d’impacts visibles est important.
  • Question c : Que révèle la présence de milliers de cratères d’impacts à la surface de Mars concernant sa formation ?
    • Réponse i : Les cratères d’impacts mettent en évidence que Mars, comme les autres planètes telluriques, s’est formée par accrétion d’astéroïdes entrant en collision : après condensation de la nébuleuse par accrétion des poussières de nature chondritique, les corps plus gros ainsi formés s’agglomèrent par collision. L’augmentation de la taille des corps naissant de ces collisions entraîne une augmentation de leur force d’attraction. De ce fait, les petits corps célestes sont alors de plus en plus attirés par gravité, et contribuent alors à l’augmentation de la taille de la planète naissante.
      Les planètes et satellites telluriques ont donc connu, au début de leur histoire, il y a 4,6 milliards d’années, un intense bombardement météoritique, qui s’est traduit par la présence de cratères météoritiques.

Pour aller plus loin...

En classe de 2nde, possibilité de thème au choix (SVT) sur l’eau dans le Système solaire, en relation avec la particularité de la Terre d’avoir de l’eau sous ses trois états.