Phobos : Le Satellite Condamné de Mars

Une orbite trop basse pour durer

Phobos est la plus proche des deux lunes martiennes, avec un rayon moyen de 11,1 km et une orbite située à seulement 5989 km au-dessus de la surface de Mars. Sa période orbitale de 7 h 39 min est inférieure à la rotation martienne, ce qui en fait une orbite sous-synchrone. Sous l’effet des forces de marée, l’énergie orbitale de Phobos décroît lentement. Sa trajectoire spirale progressivement vers la planète.

N.B. :
Une orbite sous-synchrone désigne une trajectoire orbitale dont la période est inférieure à la période de rotation de la planète. Dans ce cas, le satellite se déplace plus vite que la rotation de la planète sous lui. Les forces de marée engendrées par cette différence de vitesse provoquent un transfert de moment cinétique de l’orbite vers la planète, entraînant une lente spiralisation du satellite vers la surface. À l’inverse, une orbite supra-synchrone (période orbitale > période de rotation planétaire) conduit à un éloignement progressif du satellite.

Une lente descente vers la désintégration

Les mesures altimétriques de la mission Mars Global Surveyor (NASA) indiquent que Phobos se rapproche de Mars d’environ 1,8 cm par an. Ce mouvement conduit à une collision ou à une dislocation gravitationnelle dans environ \(3 \times 10^7\) ans. Selon les calculs de Robert Burns (1964), la limite de stabilité est définie par le limite de Roche, donnée par : \( d_R = R_p \times 2.44 \left( \frac{\rho_p}{\rho_s} \right)^{1/3} \) où \(R_p\) est le rayon de Mars, \(\rho_p\) sa densité moyenne et \(\rho_s\) celle du satellite. Lorsque Phobos atteindra cette distance, soit environ 2,4 rayons martiens, ses contraintes internes ne suffiront plus à résister aux forces de marée, provoquant sa fragmentation en un anneau temporaire autour de Mars.

Origine : capture ou accrétion ?

L’origine de Phobos demeure débattue. Sa faible densité (\(\rho_s \approx 1,88\ \text{g.cm}^{-3}\)) et son albédo très bas (0,07) suggèrent une composition riche en silicates et en carbone, analogue aux astéroïdes de type C. Deux scénarios principaux sont envisagés :

• la capture gravitationnelle d’un astéroïde primitif issu de la ceinture principale ;
• l’accrétion d’éjectas consécutifs à un impact géant sur Mars, hypothèse appuyée par des modèles de Pascal Rosenblatt (2020).

Structure interne et fissuration progressive

Les images à haute résolution de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter révèlent des fissures longues de plusieurs centaines de mètres à la surface de Phobos. Ces structures témoignent d’une déformation interne provoquée par les contraintes de marée. Les simulations de Terry Hurford (2014) montrent que ces fissures s’étendent dans le sens de la tension maximale imposée par Mars. Cela confirme que Phobos n’est pas un bloc homogène, mais plutôt un amas gravitationnel dont la cohésion dépend en partie de sa faible gravité propre.

Phobos et Déimos : un contraste orbital frappant

Comparée à sa sœur Déimos, Phobos illustre deux destins opposés : l’une se désintègre lentement, l’autre s’éloigne progressivement. Ces trajectoires opposées résultent de leur position relative à l’orbite synchrone martienne.

Sources : NASA, ESA, NASA ADS, Science@NASA.