vignette|Le sol de Mars photographié par en 1975. vignette|, affleurement rocheux à l'intérieur du cratère photographié par le rover MER en 2004. vignette|redresse|Autoportrait de pris en 2012 dans le cratère Gale. L’exploration du système martien, qui comprend la planète Mars et ses deux satellites, tient une place particulièrement importante dans les programmes scientifiques d'exploration du Système solaire des principales puissances spatiales. En 2016, plus de quarante sondes, orbiteurs et atterrisseurs ont été envoyés vers la planète depuis le début des années 1960. Cet intérêt répond à plusieurs motivations. Mars constitue d'abord une destination proche, ce qui permet d'y envoyer relativement facilement des engins spatiaux. Par ailleurs, contrairement aux autres planètes du Système solaire, Mars a sans aucun doute connu par le passé des conditions assez proches de celles régnant sur Terre qui ont pu permettre l'apparition de la vie . Depuis l'invention du télescope, cette planète tellurique intrigue les scientifiques comme le grand public. Le premier survol de Mars par la sonde américaine (1964) dévoile une planète beaucoup moins accueillante qu'imaginé, dotée d'une atmosphère très ténue, sans champ magnétique pour la protéger des rayonnements stérilisants du Soleil et comportant une surface d'apparence lunaire très ancienne. Toutefois, les observations plus poussées menées par l'orbiteur (1971) montrent que Mars présente en fait une géologie plus complexe, dont témoignent des traces de volcanisme et des formes peut-être façonnées par des eaux de surface.
Mars a été l'un des enjeux de la course à l'espace, affrontement pacifique entre les États-Unis et l'Union soviétique à l'époque de la guerre froide. L'URSS parvient la première à poser sur le sol de la planète l'atterrisseur (1971), mais celui-ci ne survit que vingt secondes. Les deux atterrisseurs américains du programme Viking accompagnés par des orbiteurs, qui arrivent sur Mars en 1976, se caractérisent par leur longévité et fournissent une moisson d'informations sur la planète : composition de l'atmosphère, météorologie martienne, premières analyses du sol martien . Une tentative de détection d'une vie microbienne au moyen d'un mini laboratoire embarqué ne fournit pas de résultat déterminant. Durant les vingt ans qui suivent, plus aucune mission n'est lancée vers Mars. Dès cette époque, des projets de missions spatiales habitées sont élaborés. Mais le défi technique et financier soulevé par une telle mission reste dans les années 2010 hors de portée des capacités des agences spatiales les mieux dotées.
Les années 1990 voient la reprise des missions d'exploration de Mars, donnant des résultats contrastés. Pas moins de sept sondes spatiales sont perdues : les deux sondes spatiales du programme soviétique Phobos (1988) lancées vers le satellite naturel Phobos, la sonde de la NASA (1992), la sonde soviétique (1996) développée avec une forte participation européenne, les sondes américaines (1998) et (1998) et enfin la sonde japonaise Nozomi (1998). La NASA connaît toutefois deux succès, l'un essentiellement technologique grâce au petit astromobile déposé sur le sol martien par (1996) et l'autre, scientifique, à travers l'orbiteur (1996), qui collecte des données détaillées sur la planète durant neuf ans. Ce dernier détecte la présence de minéraux qui prouvent que Mars n'a pas toujours été la planète aride que l'on connaît aujourd'hui.
Les années 2000 sont beaucoup plus fructueuses. Au début de cette décennie, la NASA développe plusieurs missions à budget modéré dont l'objectif principal est la recherche de la présence passée et présente d'eau. Ce sont les orbiteurs et (2005), les deux MER (2003) et l'atterrisseur Phoenix (2007), qui se posent sur la calotte polaire. L'ensemble des informations recueillies complétées par celles de l'orbiteur européen Mars Express (2003) permettent d'esquisser une histoire géologique et climatique de Mars et de préparer la mission particulièrement ambitieuse et coûteuse du rover lancé en 2011. Celui-ci, doté d'une instrumentation scientifique sophistiquée, doit réaliser une étude géologique et minéralogique très poussée qui pourrait permettre de détecter indirectement la présence passée d'une vie sur Mars. Mais cette période est également marquée par l'abandon du projet de retour d'échantillon martien, stoppé pour des raisons techniques et financières, et de celui du réseau de stations météorologiques MetNet. Malgré la récession économique qui limite les budgets de l'exploration spatiale à partir de 2011, Mars reste une destination très visitée, notamment par les orbiteurs MAVEN (étude des mécanismes qui entraînent la disparition de l'atmosphère martienne) et lancés en 2013, l'orbiteur qui remplit une mission analogue à MAVEN en 2016, l'atterrisseur chargé d'étudier la structure interne de la planète, ainsi que les rovers européen ExoMars en 2018 et en 2020, ce dernier étant chargé de préparer une future mission de retour d'échantillons sur Terre.
Objectifs de l'exploration spatiale de Mars
vignette|Représentation de Mars et de ses canaux publiée dans Encyclopædia Britannica de 1911.
Mars est une planète qui fascine les humains depuis longtemps. Les premières observations au télescope révélèrent des changements de couleur à sa surface, faisant penser à de la végétation qui évoluait selon les saisons. De même, Giovanni Schiaparelli crut voir en 1877 des canaux suggérant l'existence d'une vie intelligente. Ces interprétations suscitèrent rapidement un vif intérêt du public pour la « planète rouge ». Plus tard, les observations des deux lunes, Phobos et Déimos, des calottes polaires, d'Olympus Mons (la plus haute montagne connue du Système solaire) et de Valles Marineris (le plus grand canyon jamais observé) maintinrent l'intérêt pour l'étude et l'exploration de celle-ci.
Mars est une planète tellurique qui s'est formée en même temps que la Terre. Elle ne fait cependant que la moitié de sa taille, ne possède qu'une très fine atmosphère et sa surface est froide et désertique.
Les missions spatiales firent régulièrement progresser notre connaissance de la planète. En 2015, les buts fixés à l'exploration de Mars par le groupe de travail scientifique (MEPAG) de la NASA étaient les suivants. : déterminer si Mars a abrité la vie à un moment ou un autre de son histoire. S'il y a eu de la vie, s'est-elle répandue partout et peut-elle encore exister ? Des réactions chimiques ont-elles formé des molécules prébiotiques et ont-elles abouti à des structures réplicatives (vivantes) ? ; comprendre les processus et l'histoire du climat martien. A-t-elle eu une atmosphère primitive suffisamment dense pour que de l'eau liquide ait pu couler à sa surface ? Quelles ont été les raisons de l'évolution climatique de Mars ? ; comprendre les origines et l'évolution du système géologique martien. La planète est-elle toujours géologiquement active ? En quoi sa structure diffère-t-elle de celle de la Terre ? Pourquoi ces deux planètes ont-elles subi des évolutions si différentes ? ; préparer l'exploration humaine de Mars. De quelles ressources naturelles pourraient disposer de futurs explorateurs humains ?
Déterminer si Mars a abrité la vie Les scientifiques considèrent généralement que les conditions régnant à la surface de Mars étaient proches de celles de la Terre durant la première période de son histoire. Dans la mesure où la vie est apparue relativement tôt sur la Terre, il est possible que celle-ci ait également existé sur Mars. La découverte de la vie sur Mars aurait des répercussions importantes non seulement sur le plan scientifique mais également sociologique.. Déterminer si des traces de vie passée sont présentes dans l'environnement martien : identifier les environnements habitables dans le passé et déterminer les conditions et les processus qui ont pu influencer leur nature et leur habitabilité. ; évaluer les conditions et les processus qui ont pu influencer la préservation et la dégradation des bio-signatures et autres indices d'habitabilité. Identifier les dépôts spécifiques et autres conditions géologiques qui pourraient avoir préservé des bio-signatures. ; déterminer si les bio-signatures d'un écosystème antérieur sont présentes.. Déterminer si des traces de vie actuelles sont présentes dans l'environnement martien : identifier des environnements présentant actuellement un caractère habitable et définir les caractéristiques et les processus qui pourraient avoir une incidence sur le caractère habitable. ; déterminer le potentiel de conditions ou processus spécifiques qui pourraient influer sur la visibilité ou la dégradation de signatures de vie actuelle. ; déterminer si les bio-signatures d'un écosystème contemporain sont présentes.
Comprendre les processus et l'histoire du climat martien
La détermination de l'histoire du climat martien vise à comprendre comment le climat de Mars a évolué pour atteindre son état actuel et quels sont les processus qui sont à l'origine de ces changements. Le résultat de ces investigations a des applications à toutes les planètes dotées d'atmosphère dont la Terre.. Déterminer les caractéristiques du climat martien actuel et les processus associés : identifier les processus qui contrôlent la distribution actuelle de la poussière, de l'eau et du dioxyde de carbone dans les basses couches de l'atmosphère sur une période d'une journée, d'une saison et de plusieurs années. ; définir les processus qui contrôlent la dynamique et la structure thermique des couches hautes de l'atmosphère et de l'environnement plasmatique. ; définir les processus qui contrôlent la composition chimique de l'atmosphère et de l'environnement plasmatique. ; définir les processus qui contrôlent les échanges des volatils et de la poussière entre les réservoirs constitués par la surface de la planète et son atmosphère.. Déterminer l'histoire récente du climat martien actuel et les processus associés : déterminer comment ont évolué la composition chimique et la masse de l'atmosphère martienne au cours du passé récent. ; identifier les traces des changements climatiques récents présents dans les structures géologiques et minéralogiques des régions polaires. ; identifier les traces des changements climatiques récents présents dans les structures géologiques et minéralogiques des régions situées à l'équateur et aux latitudes moyennes.. Déterminer les caractéristiques de l'ancien climat de Mars et des processus associés : déterminer comment ont évolué la composition chimique et la masse de l'atmosphère martienne depuis les origines jusqu'à aujourd'hui. ; identifier et interpréter les indices chimiques et physiques des périodes climatiques passées et les facteurs qui ont influé sur le climat. ; déterminer le taux d'échappement atmosphérique actuel des éléments chimiques clés et déterminer les processus qui contrôlent celui-ci..
Comprendre les origines et l'évolution du système géologique martien
La connaissance de la composition, la structure et l'histoire est fondamentale pour comprendre globalement le système solaire mais fournit également des indications sur l'histoire de la Terre et les processus qui l'ont façonnée. Dans le système solaire, Mars a présenté par le passé ce qui se rapproche le plus de l'environnement terrestre. La géologie de Mars fournit un éclairage sur pratiquement toutes les conditions pouvant conduire à l'apparition de la vie et à sa préservation. L'étude de sa structure interne fournit des indications importantes sur de nombreux sujets comme l'énergie géothermique, les environnements primitifs des planètes et les sources des volatils.. Recenser les traces de l'histoire géologique de Mars préservées dans la croûte de la planète et en déduire les processus qui les ont créées : identifier et caractériser les environnements géologiques présents et passés et les processus touchant la croûte planétaire. ;