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- Mise à jour 25 Décembre 2012
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- CONFÉRENCE
MENSUELLE DE LA SAF
«MARS, MARS EXPRESS, MSL, EXOMARS : L'EXPLORATION COMMENCE»
- Par Jean Pierre
BIBRING
- Astrophysicien IAS , Professeur Paris Orsay
- Au
FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
- Le Mercredi 12 Décembre
2012 à 20H30
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- Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec
plus de résolution peuvent m'être
demandées directement)
- Les photos des slides sont de la présentation
de l'auteur. Voir les crédits
des autres photos et des animations.
- Le conférencier a eu la gentillesse de nous
donner sa présentation, elle est disponible sur
ma liaison ftp et s'appelle :
JPB_SAF_2012_full.pdf, elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/
saison 2012/2013
- Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
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- Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce
à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet
- On la trouve à cette adresse : http://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9TrNJ3Tn0fSJGucC7k8FM4fD
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- Le compte rendu sera succinct étant donné que
la présentation est disponible au téléchargement.
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- Une
salle pleine de…..Martiens.
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- Jean
Pierre Bibring est un de nos plus célèbres astrophysiciens spécialistes
de Mars. Il appartient à l’IAS : l’institut d’astrophysique
spatiale d’Orsay.
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- Il
enseigne aussi à l’université d’Orsay.
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- Il
est notamment responsable de l’instrument OMEGA à bord de la sonde Mars
Express.
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- Il
vient de publier un livre : Mars
planète bleue ? chez Odile Jacob.
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JP
Bibring commence son exposé par une rétrospective de la conquête spatiale
depuis ses origines avec les Grecs qui avaient presque tout compris ;
puis Copernic.
- Giordano
Bruno, le sacrifié à la cause de l’universalité des mondes. (le soleil
et les étoiles sont de même nature : hérésie !!)
- On
passe du concept de la terre unique, centre du monde à la Terre banale.
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- Il
faut attendre Galilée, Kepler et Newton pour comprendre le mouvement des
planètes.
- Ce
n’est qu’un siècle plus tard que Laplace et Kant évoquent l’hypothèse
de la nébuleuse primitive qui donne naissance à notre système solaire.
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- Le
milieu du XXème siècle voit arriver les premiers satellites artificiels et
objets qui quittent l’environnement terrestre comme Luna 3 qui
photographie la face
cachée de la Lune, un grand événement mondial.
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- Conquête
de la lune dans les années 1960-1970.
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- Vers
la fin du siècle, le grand mathématicien astronome Jacques Laskar, démontre
la fonction vitale qu’a eu la Lune
pour stabiliser l’axe de notre planète et peut être ainsi favoriser
l’épanouissement d’une vie intelligente sur Terre.
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- Et
enfin, la découverte de nouvelles planètes hors du système solaire, la
première par M Mayor et D Quelloz : Peg
51,
Ce n’est que le début de nombreuses autres découvertes.
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- La
terre redevient-elle un monde spécifique à la vue des planètes extra
solaires très différentes de la nôtre ? On explique leur taille
(souvent énorme) et position (très près de leur étoile) que par un phénomène
de migration des grosses planètes vers le
centre, car elle ne peuvent se former que très loin, au contact de la glace
en grande quantité.
- Alors,
notre système solaire, est-il si spécifique ? Mars et la Terre ont eu
des passés semblables.
- Quand a eu lieu la divergence d’évolution de nos
deux planètes ? La vie est-elle apparue avant cette différentiation ?
- Mars
a-t-elle été une planète bleue ?
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- Mars devrait nous aider à
comprendre. Elle a préservé la mémoire des différentes étapes de son évolution.
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- Notre vison du monde a changé constamment au cours du temps, de même notre
vision de Mars a, elle aussi évolué.
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- En
lançant la mission Viking en 1976, on
était convaincu qu’il y avait de la vie sur Mars, et Viking devait l’étudier.
- En
effet jusque dans les années 1950, certains pensaient que Mars était
couverte d’algues dans les zones sombres !
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- Qu’est-ce-qui a changé depuis l’époque Viking ? (il ne s’est rien passé
de « martien » entre 1976 et 1996 !).
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- Notre
idéologie : la pluralité des mondes.
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- 30
ans d’exploration spatiale ont montré l’extrême diversité du monde.
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- On
est passé de la vision simpliste représentée sur la partie supérieure de
la diapo de gauche à la partie inférieure, beaucoup plus détaillée.
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- On
apprend sur les planètes, le Soleil et même sur notre planète elle-même :
l’eau sur Terre est présente depuis plus de 4 Milliards d’années (Ga)
, on a beaucoup de chance avec notre couverture nuageuse, car elle est a peu
près constante (50%) au cours des millénaires. On ne sait pas bien
pourquoi, mais cela a été déterminant. La formation des nuages est encore
partiellement inconnue.
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En
1996, des jeunes ingénieurs du JPL, lancent un modèle technologique (un démonstrateur
comme on dit) vers Mars, ce sera Pathfinder
(l’éclaireur en français) avec son petit robot SoJourner.
- Cette
sonde inaugure une nouvelle technologie révolutionnaire : air bags, robot indépendant,
analyse du sol etc.. qui fonctionne à plus de 100%.
- Bref
un succès énorme dont
vont s’inspirer toutes les futures missions.
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- Pathfinder
se pose dans une vallée de débâcle, là où l'on pense que de l’eau a
coulé jadis. On cherche des
restes : des sédiments.
- On
n’en trouve pas, ce n’est que du basalte,
l’eau n’est pas restée assez longtemps. C’est ce que va révéler le
seul vrai instrument emporté par le robot : l’APXS
développé par nos amis du Max Planck Institut.
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- Après
Pathfinder, on poursuit l’exploration de Mars depuis l’orbite martienne
avec notamment :
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- Mars
Global Surveyor (MGS) en 1997.
- Mars
Express (MEX) en 2004.
- Mars
Reconnaissance Orbiter (MRO) en 2006.
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- Notamment
avec des instruments performants qui en plus d’imager le sol en donne la composition, c’est le cas
des spectro imageurs :
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- OMEGA
(Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces, et l'Activité )
sur la mission MEX dont le PI est justement JPB.
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- CRISM
(Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) sur MRO
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- Ces
deux équipements ont montré qu’il n’y avait pas de carbonates (donc pas de calcaire) en grande
quantité sur Mars, mauvais signe pour la présence d’eau. Ce qui veut
dire que Mars a perdu son CO2 (son N2 aussi d’ailleurs).
- Et
pourtant le CO2 se transforme très facilement en carbonate en présence
d’eau, comme sur Terre par exemple.
- Cela
signifie que sur Mars l’atmosphère originelle de CO2 a disparu
rapidement. (voir plus loin)
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De
plus l’altimètre Laser de MGS (le MOLA :
Mars Orbiter Laser Altimeter) nous donne accès maintenant à une carte
topographique précise de tout le globe martien.
- Une dichotomie importante
entre les deux hémisphères est mise au jour.
- L’hémisphère
Nord est plus lisse et plus bas (de 10km approx) que l’hémisphère Sud ,
beaucoup plus cratérisé.
- Pourquoi ??
- Un
impact géant se serait produit avec un corps de taille similaire à Mars,
au moment de la formation du système solaire. (ère du bombardement massif
et du bombardement tardif LHB). Les
bassins se remplissent ensuite de basalte , roche volcanique sombre
du manteau, remontant des profondeurs de la planète, lors de la période
volcanique de Mars, (comme pour la Lune avec les « Mers »).
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- Mars
a connu avant la fin de ce bombardement (qui a duré quelques 500 millions
d’années) une possibilité d’habitabilité potentielle avec de l’eau
liquide stable. Ces terrains ont été identifiés par les sondes
martiennes, ils contiennent des
argiles (clay en anglais).
- En
effet les argiles (philosilicates) ne peuvent se former qu’en présence
d’eau (chaude) et présente pendant suffisamment longtemps.
- Ces
terrains sont les plus cratérisés et de couleur sombre.
- Par
contre les terrains « rouges » (couleur due à l’hématite, la
rouille) n’ont pas été oxydés par de l’eau liquide mais par l’oxygène
de l’atmosphère. Cette couche d’hématite est très superficielle, on
s’en aperçoit quand on voit les
traces des roues des rovers, là où ils passent, la couche superficielle
est enlevée, et un terrain plus sombre apparaît.
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- Donc
dans le rouge rouge (des représentations altimétriques de Mars), il ne faut surtout pas y aller, mais c’est ce
qu’on a fait….
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- Ces
terrains argileux originels ont été recouverts ensuite par les coulées de
lave, on ne peut donc détecter ces argiles que lorsque les terrains anciens
remontent à la surface : au fond de certains cratères d’impact,
dont le choc a fait remonter les couches profondes.
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- On a la preuve que Mars a été
chaude et humide au début de sa formation
(de nombreuses structures au sol en attestent), disons pendant les 500 à
700 premiers millions d’années.
- Le
problème n’est pas de savoir si l’eau a coulé, on en est à peu près
sûr, mais de savoir si
elle était pérenne dans le temps.
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- Un
océan aurait-il couvert les terrains les plus bas (ceux représentés en
bleu sur la carte précédente) ?
- Ces
terrains ne sont pas (plus) cratérisés, donc récents, formés après la
phase du grand bombardement.
- La
NASA a systématiquement envoyé des sondes dans ces grandes zones non cratérisées,
mais on le sait maintenant, sans résultat.
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- L’eau
n’existait plus après l’épisode du grand bombardement.
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- Par
contre on montre que de l’eau a été stable avant la fin du bombardement,
et qu’il faut donc aller la chercher, non pas dans les zones identifiées
en « bleue » sur les cartes altimétriques martiennes, mais dans
les zones cratérisées.
- Peut
on identifier ces terrains et sont ils encore présents ?
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- Mars
pendant cet épisode du grand bombardement (quelques 500 à 700 millions
d’années après sa formation), a pu ressembler à cette image où le fond
des cratères était remplis d’eau liquide.
- De
même on pense que sur Terre, les océans sont aussi apparus à la même époque.
Mais sur Terre, on ne trouve plus de terrains qui ont gardé la mémoire de
cette eau.
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- Les
roches qui se sont formées en premier sur Mars, sont les argiles (roches
volcaniques exposées à de l’eau chaude stable) ;
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- Puis
l’eau a disparu, pourquoi ?
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- Mars est petite, très
petite,
elle s’est refroidie plus vite que la Terre, son noyau ferrique s’est
solidifié (la dynamo martienne s’est éteinte), donc plus de champ magnétique
protecteur ; le vent solaire peut balayer son atmosphère (composée
principalement de CO2, donc l’effet de serre disparaît).
- De
plus sa petite taille lui confère une faible gravité ; cela concourt
à l’échappement de l’atmosphère. Sans atmosphère et avec un effet de
serre maintenant nul, la température et la pression sont trop basses pour
conserver l’eau à l’état liquide ; elle s’envole aussi !
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- Cela
a provoqué un changement climatique globale sur cette planète.
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- Les
premiers minéraux hydratés à s'être formés sont des argiles ; les points rouges sur la carte.
- (carte
relevée avec OMEGA et CRISM).
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- Ils
sont principalement dans l’hémisphère Sud, parmi la croûte la plus
ancienne. Rappelons-nous, la croûte du Nord a été recouverte de lave, et
les argiles sont sous cette couche et accessibles seulement dans les zones
d’impact.
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- Après
les argiles, se forment les sulfates. Ils sont moins nombreux, ils se
trouvent dans la zone verte.
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- Les
argiles s’étant formés aussi bien au Nord (quand un impact a soulevé la
couche profonde) qu’au Sud, l’épisode hydrique s’est donc produit sur
toute la planète.
- Si on veut savoir si des conditions favorables à la
vie ont été présentes à un moment donné, c’est dans ces terrains
qu’il faut chercher.
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- Concernant
le site d’atterrissage de Curiosity-MSL, il ne restait plus que quatre
sites sélectionnés, et celui choisi (le cratère Gale) ne semble pas avoir
été le plus judicieux , car il semble avoir été formé tard.
- Le
site proposé par la France et l’équipe de JPB était celui de
Mawrth Vallis
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- Revenons sur la formation de
Mars
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- Le
bombardement primordial s’est produit entre 4,5 et 3,8 Ga, le taux
d’impact était 10.000 fois supérieur à ce qu’il est actuellement.
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- En
fait ce bombardement
s’est décomposé en deux phases : l’une très tôt (durée
10 millions d’années) l’autre vers la fin de cette période (le bombardement
tardif LHB) qui a donné leur aspect cratérisé à toutes les planètes
« dures ».
- Ce
bombardement a été si intense qu’il a effacé toutes les traces
précédentes,
sauf sur Mars, qui a gardé en partie ses cicatrices primordiales.
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- Au
tout début de la formation du système solaire, une phase d’accrétion de
matière a lieu qui donne naissance aux planètes ainsi qu’une phase de
migration des grosses planètes.
- Cette
migration de planètes est une théorie mise au point par l’Observatoire
de Nice (notre ami A Morbidelli notamment) très récemment.
- Mars
devrait, d’après les modèles actuels de formation planétaire, être
plus grosse que la Terre, or ce n’est pas le cas. Pourquoi ?
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- Jupiter
se serait formé entre 3 et 4 UA (plus près du Soleil que sa position
actuelle , vers 5
UA), il avale de la matière et rentre dans le système solaire interne, il
arrive au niveau de l’orbite de Mars, continue jusqu’à l’orbite de la
Terre.
- En
même temps, Saturne , plus loin, grossissait aussi ; et effectue aussi
une migration interne jusqu’à atteindre une résonance 3/2 avec Jupiter.
Saturne s’arrête de grossir, et entraîne Jupiter de nouveau vers l’extérieur.
- Il
y a donc eu un double
mouvement de migration, qui semble rendre compte des propriétés
actuelles du système solaire.
- Mars
n’aurait pas eu assez de matériau à sa disposition (Jupiter a presque
tout nettoyé entre 1 et 4 UA), d’où sa petite taille.
- Les
argiles de Mars se seraient formées entre ces deux bombardements, et en sont
donc la mémoire.
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- Cette
époque où le système solaire comptait peut être une cinquantaine
d’objets a favorisé de nombreux impacts (la Terre est percutée par un
corps géant, créant un disque de matière qui deviendra la Lune), réduisant
le nombre de planètes .
- Se
produit aussi un grand impact sur Mars, qui donne naissance à la dichotomie
du terrain.
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- Mars,
livre de mémoire de la Terre ?
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- Et la suite ?
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- Après
Curiosity qui ne se pose pas dans le meilleur des terrains, (les US ont
choisi Gale crater , et c’est probablement une erreur), on pense au projet
suivant :
- Exomars :
difficultés financières car la NASA s’est retirée, les Russes vont peut
être remplacer les USA.
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- Étape
suivante : ramener des échantillons.
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- POUR ALLER PLUS LOIN.
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- Subsurface
water and clay mineral formation during the early history of Mars,
article de JP Bibring et al. à Nature.
- Avec les illustrations suivantes :
- Figure
1: Clay
mineral distribution and diversity on Mars.
- Figure
2: Chemical
and mineralogical changes observed during aqueous alteration of basalt.
- Figure
3: Compositional
stratigraphy of clay-bearing units.
- Figure
4: Timeline
of major processes in Mars history.
À voir
- Figure
5: Evolution
of aqueous environments during the first billion years of Mars history.
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- Annual
survey of water vapor behavior from the OMEGA mapping spectrometer onboard
Mars Express
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- Formation
stellaire et apparition de la vie, présentation
pdf de JP Bibring.
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- Global
Mineralogical and Aqueous Mars History Derived from OMEGA/Mars Express Data,
article de JP Bibring et al.
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- Overarching
questions related to the formation of units at Mawrth Vallis,
presentation pdf de JP Bibring
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- Océans
sur Mars : la controverse rebondit,
article de Libération.
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- Detection
of Hydrated Silicates in Crustal Outcrops in the Northern Plains of Mars,
article de JP Bibring
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- Workshop
on Martian Phyllosilicates:
Recorders of Aqueous Processes?
Très très complet.
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- Une
Sélection des Résultats Scientifiques de Mars Express
(Contribution française) par le CNES.
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- http://www.espace-sciences.org/conferences/l-exploration-spatiale-de-mars-tout-commence
conférence de JPB à voir absolument.
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- Phyllosilicates
in the Mawrth Vallis region of Mars
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- Formation
et évolution planétaire : les 700 premiers millions d’années.
Présentation pdf par A. Crida.
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- Nice
a encore frappé : le grand Tack.
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- Key
aspects of the evolution of the of the Solar System:
par A Morbidelli et al.
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- The
Grand Tack Scenario presentation ppt
par A Morbidelli et al.
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- Quand
Jupiter était à la place de Mars par
l’INSU.
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- "A
low mass for Mars from Jupiter early gas-driven migration". Article
pdf par A Morbidelli et al.
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- Voir aussi le numéro spécial de l’Astronomie
sur Mars : Juillet/Août 2012 avec un article de JP Bibring
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- Bon ciel à tous
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- Jean Pierre Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
- www.planetastronomy.com
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