De quelle couleur est le ciel sur Mars ?

Nous disposons de nombreuses images de Mars mais toutes ne permettent pas de répondre à cette question, car certaines sont équilibrées en blanc pour offrir un meilleur contraste à la vue humaine. Assez heureusement, il y a quelques études intéressantes dans la littérature traitant de la chromaticité du ciel martien et fournissant des raisons physiques solides pour son aspect.

Utilisant la caméra panoramique (instrument Pancam) à bord des Mars Exploration Rovers Spirit et Opportunity, Bell III et ses collaborateurs ont déterminé la couleur du ciel à partir d’images calibrées radiométriquement. Cela signifie que les valeurs des images ont été transformées en quantités physiques (c’est-à-dire en flux ou en radiance) en tenant compte de la réponse spectrale de la caméra et des filtres, du flux solaire entrant à la surface de Mars et d’autres facteurs. Spirit et Opportunity ont signalé des ciels « bleu-noir » ou « noir » dans des atmosphères sans poussière. Cependant, la plupart du temps, l’atmosphère de Mars est chargée de beaucoup de poussière, ce n’est donc pas l’aspect courant du ciel.
La couleur du ciel dépend de la façon dont le rayonnement solaire est diffusé hors du faisceau lumineux direct éclairant le sol et aussi de la façon dont les faisceaux diffus et directs sont absorbés par les molécules et les particules de l’atmosphère. Par exemple, s’il n’y avait pas d’atmosphère, comme c’est le cas sur la Lune, on trouverait un ciel sombre et un Soleil jaune. Sur Terre, la couleur bleue du ciel est produite par la diffusion dite de Rayleigh par laquelle les molécules, dont le rayon est inférieur à la longueur d’onde du rayonnement (environ 1/10), sont plus efficaces pour diffuser la lumière à des longueurs d’onde plus courtes, la section de diffusion étant inversement proportionnelle à la puissance quatre de la longueur d’onde.

Le scientifique du projet Mars Science Laboratory Ashwin Vasavada sur la découverte de signes d’un environnement habitable, le générateur thermoélectrique à radio-isotopes et Mars 2020

Bien que l’atmosphère de Mars soit beaucoup plus fine et que la diffusion moléculaire soit donc moins efficace. En principe, la poussière martienne aurait pu jouer le rôle de nos molécules d’air terrestres, en diffusant plus efficacement les longueurs d’onde plus courtes et donc en produisant finalement des ciels bleus et des couchers de soleil rouges comme sur Terre. Cela aurait pu être le cas si ces particules avaient agi comme des diffuseurs parfaits, sans absorption. Cependant, la poussière martienne est riche en oxydes de fer absorbant le bleu, qui produisent exactement l’effet inverse en éliminant simplement les longueurs d’onde les plus courtes du faisceau de rayonnement.
Les rovers ont signalé des ciels « brun jaune foncé » (c’est-à-dire « caramel ») pour les situations courantes dans lesquelles beaucoup de poussière reste en suspension dans l’atmosphère de Mars, mais comme la poussière pourrait contribuer à ce que le ciel soit perçu plus bleu (par diffusion) ou plus rouge (par absorption), une explication plus minutieuse est ici nécessaire. Kurt Ehlers et ses collaborateurs ont produit une étude éclairante que toute personne familière avec l’optique atmosphérique appréciera. Ils ont pris en compte l’effet complexe de la poussière de taille micrométrique, absorbant le bleu et diffusant vers l’avant, et ont démontré que le rougissement est légèrement plus efficace, ce qui conduit à des ciels « caramel » pour les « situations poussiéreuses ». En outre, les grandes longueurs d’onde (rouge) et les petites longueurs d’onde (bleu) sont diffusées selon des schémas très différents, produisant d’autres effets intéressants, comme la lueur bleue qui suit le Soleil sur sa trajectoire au-dessus du ciel martien.
Selon cette étude, il semble y avoir un ciel caramel et le Soleil dans une lueur bleutée, particulièrement perceptible lors des couchers de soleil sur Mars. Mais les choses sont plus complexes avec la perception humaine.
Comme Mars est à environ 1,5 unité astronomique du Soleil, la quantité de lumière à la surface est environ la moitié de celle de notre planète. Dans des conditions de faible éclairage, nos yeux déplacent leur sensibilité vers le bleu car nous passons de l’utilisation de cellules « cônes » sensibles à la couleur à des cellules « bâtonnets » daltoniennes. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet Purkinje. Par conséquent, le premier astronaute débarqué sur Mars décrirait probablement son ciel encore plus bleu que ce à quoi on pourrait s’attendre.

MSc en astrophysique, doctorat en sciences planétaires, Université du Pays basque

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