Le Système Solaire Planétologie comparée Ensemble des objets gouvernés par l’attraction gravitationnelle du soleil: Soleil 8 planètes : Mercure, Vénus, Terre, Mars Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune C’est Quoi Satellites de planètes (>150) Astéroïdes (~370000) ? Planètes naines (Cérès, Pluton, Eris) Alain Doressoundiram http://formation-professeurs.obspm.fr/ Comètes (plusieurs centaines) Les petits corps du système solaire externe (~1200) Mais aussi : poussières interplanétaires, plasma 2 A. Doressoundiram Le Système Solaire après le 24 Août 2006 Orbite des planètes Les orbites des planètes sont à peu près dans un même plan Planètes Planètes naines Définition d’une planète - en orbite autour du Soleil - « rond » - a fait le « ménage » sur son orbite Système solaire interne Exception à la règle : Pluton (angle 17°) Crédit NASA A. Doressoundiram 4 Orbites des planètes (II) Planète Demi-grand Axe millions km Mercure Période unité astrono. Propriétés physiques Planète Excentricité Anné e s 58 0.39 0.24 0.206 Vénus 108 0.72 0.61 0.007 Terre 150 1 1 0.017 Mars 228 1.52 1.88 0.093 Rayon Masse Densité Période de (Terre = 1) (Terre = 1) (eau = 1) rotation propre d !d Excentricité = d max + d min Mercure 0.382 0.055 5.43 Vénus 0.949 0.815 5.20 58.64 j. -243 j Terre 6378 km 6 1024 kg 5.52 23h56m Mars 0.532 0.107 3.91 24h37m Jupiter 11.209 318 1.33 9h50m Jupiter 778 5.20 11.9 0.048 Saturne 1429 9.55 29.5 0.056 Saturne 9.449 95.1 0.69 10h14m Uranus 2875 19.22 84.0 0.046 Uranus 4.007 14.5 1.32 17h14 Neptune 4506 30.11 164.8 0.009 Neptune 3.883 17.1 1.64 16h07 max min 3ème loi de Kepler : a3 / P2 = constante 2 classes de planètes : • Planètes telluriques: petites, peu massives et denses • Planètes géantes: grandes, massives et peu denses A. Doressoundiram 5 Mercure 6 Mercure Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune) Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune) A. Doressoundiram A. Doressoundiram 7 A. Doressoundiram 8 Mercure Mercure Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune) A. Doressoundiram Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune) 9 Vénus 10 Vénus Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse Surface rocheuse avec peu de cratères (âge :500 millions) Activité volcanique présente? A. Doressoundiram A. Doressoundiram Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse Surface rocheuse avec peu de cratères (âge :500 millions) Activité volcanique présente? 11 A. Doressoundiram 12 Vénus Vénus Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse Surface rocheuse avec peu de cratères (âge :500 millions) Activité volcanique présente? A. Doressoundiram Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse Surface rocheuse avec peu de cratères (âge :500 millions) Activité volcanique présente? 13 Vénus 14 Terre Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique et tectonique Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse Surface rocheuse avec peu de cratères (âge :500 millions) Activité volcanique présente? A. Doressoundiram A. Doressoundiram 15 A. Doressoundiram 16 Terre Terre Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique et tectonique A. Doressoundiram Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique et tectonique 17 Terre 18 Terre Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique et tectonique A. Doressoundiram A. Doressoundiram Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique et tectonique 19 A. Doressoundiram 20 Terre Mars Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique et tectonique A. Doressoundiram Présence d ’une d’atmosphère ténue, présence de quelques nuages d’eau Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique il y a 5 108 d’années, peut-être encore plus récemment 21 Mars 22 Mars Présence d ’une d’atmosphère ténue, présence de quelques nuages d’eau Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique il y a 5 108 d’années, peut-être encore plus récemment A. Doressoundiram A. Doressoundiram Présence d ’une d’atmosphère ténue, présence de quelques nuages d’eau Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique il y a 5 108 d’années, peut-être encore plus récemment 23 A. Doressoundiram 24 Mars Tellurique ou gazeuse petite ou massive Présence d ’une d’atmosphère ténue, présence de quelques nuages d’eau Surface rocheuse avec peu de cratères Activité volcanique il y a 5 108 d’années, peut-être encore plus récemment A. Doressoundiram ou pourquoi les planètes se distinguent en 2 classes? 25 Orbite des planètes 26 A. Doressoundiram La formation du Système Solaire… Conséquence de la formation du Système Solaire une pièce en 6 actes Crédit NASA A. Doressoundiram 27 Stratification chimique Du disque protosolaire Géologie comparée ou pourquoi les surfaces des planètes telluriques présententelles de si grandes différences? A. Doressoundiram Planètes telluriques : Différenciation 30 Planètes telluriques : Énergie interne La composition globale des planètes telluriques est Il existe deux sources principales de chaleur: rocheuse : silicates, et fer et nickel (densité ≈ 5). Les planètes telluriques se sont formées par accrétion de «planétésimaux» → Chaleur initiale de l’accrétion et de la différentiation. → Radioactivité des roches (uranium, thorium, potassium). L’évacuation de la chaleur donne lieu à deux types → Chaudes, homogènes, liquides d’activité : Chute des matériaux les plus lourds (fer, nickel) vers le → Volcanisme de points chauds : remontée de magma en des points précis. centre: → Tectonique des plaques : mouvements de la croûte. → Différenciation et formation d’un noyau. Refroidissement de la surface : formation de la croûte A. Doressoundiram 31 A. Doressoundiram 32 Planètes telluriques : Âge des surfaces Les densité des cratères permettent de dater l’âge des surfaces et la fin du volcanisme : Il y a atmosphère et atmosphère… → Mercure et lune : fin il y a 3 milliards d’années → Mars : fin il y a 500 millions d’années → Terre et vénus(?) : Toujours en activité Pourquoi ces différences : → Energie interne disponible proportionnelle au volume : R3 → Refroidissement proportionnel à la surface : R2 ou pourquoi une telle diversité? Durée de l’activité : proportionnelle au rayon 33 A. Doressoundiram Températures Distance au Soleil Albédo Période de rotation A. Doressoundiram 34 Effet de serre FLUX SOLAIRE Radiation thermique Gaz à effet de serre Température sans atmosphère dépend de 3 propriétés basiques : Une planète émet en retour ce qu’elle absorbe => équilibre =>on en déduit la température. A. Doressoundiram 36 Températures 0 = noir 1 = blanc planète Diversité des atmosphères Rotation : 58 jours Période orbitale : 88 jours Durée du jour Temp. Sans atmosphère planète Distance au Soleil (UA) Albédo Température moyenne observée Mercure 0,38 0,11 176 jours 168 °C 430 °C (jour), -170 °C (nuit) Vénus 0,72 0,72 117 jours -33 °C 460 °C Terre 1,00 0,36 1 jour -23 °C 15 °C Lune 1,00 0,07 28 jours 2 °C 130 °C (jour), -170 °C (nuit) Mars 1,52 0,25 ~1 jour -62 °C -50 °C A. Doressoundiram 37 Atmosphères composition pression Mercure Atomes d’hydrogène, hélium, sodium, oxygène, potassium, argon 10-12 Vénus 96,5% CO2, 3,5% N2 0,1%CO, H2O, SO2 Terre bar Vents, climat nuages Aucun : trop peu d’atmosphère Aucun 90 bars Vents faibles, pas de tempêtes violentes Nuages d’acide sulfurique 77% N2, 21% O2 , 1% Ar, 0,3% CO2, H2O variable CO, O3, CH4 , NO2 1 bar Vents, cyclones Nuages d’eau, pollution Lune Atomes d’hydrogène, hélium, sodium, oxygène, potassium, argon 10-12 bar Aucun : trop peu d’atmosphère Aucun Mars 95% CO2, 2,7% N2, 1,6% Ar 0,1% O2, CO, H2O 0,006 bar Vents, tempêtes de poussières H20 et CO2, poussières A. Doressoundiram 38 Stabilité des atmosphères Initialement : 4 atmosphères semblables produites par : « dégazage » : rejet des gaz piégés dans les roches par l’activité volcanique impacts de météorites et comètes contenant des volatiles : H2O, N2, CO, CO2,…. C ’est la gravité des planètes qui retient les atmosphères: Vitesse de libération V0 : si un corps acquiert une vitesse supérieure à V0 il quitte définitivement la planète V0 proportionnel à M1/2, M étant la masse de la planète Composition des atmosphères initiales : CO2, N2, H2O,…. Une molécule de masse m dans une atmosphère de Pression : quelques fois la pression terrestre actuelle température T a une vitesse VT proportionnelle à (T/m)1/2 Température compatible avec la présence d’eau liquide si VT > V0 il y a échappement de l’atmosphère A. Doressoundiram 39 A. Doressoundiram 40 Stabilité des atmosphères Ceci explique les différences entre les planètes telluriques : Terre : atmosphère; Lune : pas d’atmosphère Différence de gravité ??? Différence de ??? température Présence d ’azote, d ’oxygène et de carbone mais pas d’hydrogène ou d’hélium moléculaire A. Doressoundiram Vénus 90 bars, 460°C Très peu d’eau Composition : CO2 Terre 1 bar, 15°C Eau liquide Composition : O2, N2 Mars : atmosphère; Mercure : pas d’atmosphère Différence de ??? masse Diversité des atmosphères Mars 0.006 bar, -50°C Très peu d’eau Composition : CO2 41 Cycle du carbone A. Doressoundiram 42 Diversité des atmosphères Vénus Augmentation de la luminosité solaire (~30%) Température augmente H2O se vaporise, passe dans l’atmosphère où le rayonnement UV la détruit Les pluies diminuent CO2 s’accumule dans l’atmosphère Effet de serre : température augmente Plus d’eau liquide, pas de cycle de CO2 Tactuelle=460°C Pactuelle=90 bars A. Doressoundiram 43 A. Doressoundiram 44 Diversité des atmosphères Diversité des atmosphères Mars Terre Au début, climat chaud et humide grâce à l ’effet de serre; puis fin du volcanisme après 1-2 milliards d’années (sauf localement) fin du cycle de CO2 qui reste piégé dans les carbonates à la surface malgré l’augmentation de la luminosité solaire, fin de l’effet de serre et la température décroît l’eau gèle et passe dans le sous-sol (pergélisol) l’azote s ’échappe Équilibre harmonieuse entre l’augmentation de la lumière solaire (donc de l’évaporation et des pluies) et de la décroissance du CO2 atmosphérique par les précipitations Tactuelle = -50°C Pactuelle=0.007 bar A. Doressoundiram 45 Climat stable, lié aux océans Apparition de la vie algues bleues dans la mer (2 milliards d’années) plantes : photosynthèse et libération d’oxygène (400 millions d ’années) formation de la couche d’ozone Explosion de la vie au carbonifère : décroissance de CO2, donc de la température Tactuelle=15°C Pactuelle=1 bar A. Doressoundiram 46