chap02

Croisière interplanétaire
• La Terre et la Lune
• Les planètes telluriques
• Les planètes joviennes…
• … et leurs satellites
• Les petits corps
La Terre et la Lune
Un couple inédit
RLune = 0.27 RTerre
MLune = 1/81 MTerre
Cas unique dans le système solaire
RTitan = 0.043 RSaturne
MTitan = 1/4400 MSaturne
RTriton = 0.056 RNeptune
MTriton = 1/4700 MNeptune
Le couple Terre – Lune vu par Galileo
La Terre et la Lune - 2
Les marées
Attraction gravifique de la Lune FA > FC > FB → renflements côtés
vers la Lune et opposé (idem pour Soleil avec une force 46% moindre)
• marées océaniques (jusque 15 m) et marées terrestres (30 cm)
B
C
A
Lune
Terre
attraction gravifique
force centrifuge
La Terre et la Lune - 3
Effets des marées sur le système Terre – Lune (1)
La rotation de la Terre entraîne les renflements de marée
L’attraction de la Lune sur ces renflements freine la rotation de la Terre
Inversement, le mouvement orbital de la Lune est accéléré
A
C
B
Lune
Terre
rotation
de la terre
La Terre et la Lune - 4
Effets des marées sur le système Terre – Lune (2)
Marées lunaires causées par l’attraction de la Terre (plus fortes)
→ ralentissement de la rotation lunaire, jusqu’à synchronisation avec
le mouvement orbital → toujours la même face vers la Terre
La face visible et la face cachée de la lune
La Terre et la Lune - 5
Effets des marées sur le système Terre – Lune (3)
Actuellement :
• le jour s’allonge de 1 minute tous les 4 millions d’années
• la Lune s’éloigne de la Terre de 3.7 cm par an
Il y a 400 millions d’années, le jour durait 20 h
Quand la rotation de la Terre sera synchrone
(dans quelques dizaines de milliards d’années)
elle tournera sur elle-même en 47 jours actuels
La Terre et la Lune - 6
Particularités du système Terre – Lune
La Terre est la seule planète tellurique à posséder un véritable satellite
De tous les satellites du système solaire, la lune se distingue :
• par son orbite qui ne coïncide pas avec le plan équatorial de la planète
• par sa grande taille relativement à sa planète
De plus, la Lune était beaucoup plus proche de
la Terre dans le passé
→ suggère un scénario
de formation différent
des autres satellites
Neptune
Terre
Triton
Lune
La Terre et la Lune - 7
Scénario de formation du système Terre – Lune
100 millions d’années après sa formation, la proto-terre serait entrée
en collision avec une autre proto-planète, de la taille de Mars
→ anneau de débris autour de la proto-terre
→ les débris s’agglutinent
→ formation d’une grosse lune
proche de la planète
Puis, progressivement, les deux
astres s’éloignent
La Terre et la Lune - 8
Structure interne de la Terre (1)
Densité moyenne ≈ 5.5 (5500 kg/m3) – Densité croûte terrestre ≈ 3
→ ne peut être constituée des mêmes roches dans tout son volume
Tremblements de terre
→ ondes sismiques
Propagation :
dépend du milieu traversé
→ permettent de modéliser
l’intérieur de la Terre
La Terre et la Lune - 9
Structure interne de la Terre (2)
Croûte continentale (granite) – océanique (basalte)
Manteau (olivine = silicate lourd)
• rigide dans la partie supérieure
• visqueux en dessous
Noyau métallique (fer, nickel,…)
• externe
(liquide, T ≈ 3800 – 4200 K)
• interne
(solide, T ≈ 4200 – 4300 K)
La Terre et la Lune – 10
Tectonique
Convection dans le manteau
→ déplacements de la croûte
→ dérive des continents
→ volcanisme
La Terre et la Lune - 11
La datation des roches
Temps écoulé depuis la solidification d’une roche :
mesuré par horloges radioactives
Demi-vie : T½ = temps pour que la moitié des noyaux se désintègrent
La proportion de noyaux enfants / parents augmente avec le temps
Parent
Enfant
T½ (109 ans)
40K
40Ar
1.3
238U
206Pb
4.5
232Th
208Pb
14.0
87Sr
48.8
87Rb
La Terre et la Lune - 12
L’âge de la Terre
Âge des plus vieilles • roches terrestres : 4.0 milliards d’années
• roches lunaires : 4.4
• météorites :
On pense que tout le système solaire
s’est formé en même temps
→ âge de la terre = âge des météorites
Roches terrestres : paraissent plus
jeunes car ont dû passer par des stades
de fusion dans les premières centaines
de millions d’années
4.6
La Terre et la Lune - 13
Le magnétisme terrestre
Pôle Nord Magnétique (PNM) à 20° du Pôle Nord Géographique
Se déplace continuellement, en moyenne 40 m par jour
Étude des roches de différents âges → déplacement du PNM au cours
des temps géologiques (inversions de polarité)
Cause du magnétisme :
Rotation du noyau métallique
externe (partiellement ionisé)
plus rapide que la croûte
→ « effet dynamo »
La Terre et la Lune - 14
La magnétosphère
Le champ magnétique terrestre s’étend dans l’espace
« Bouclier » qui dévie les particules chargées du vent solaire
→ essentiel à la vie sur Terre
vent solaire
Capture de particules chargées
→ ceintures de Van Hallen
Trop-plein de particules
→ pénètrent dans l’atmosphère près
des pôles magnétiques
→ aurores polaires
La Terre et la Lune - 15
Les aurores polaires (1)
Collision des particules chargées
avec atomes de la haute atmosphère
→ excitation des atomes
L’e– excité retombe vers le niveau
fondamental en émettant un photon
E
e–
hν
La Terre et la Lune - 16
Les aurores polaires (2)
Couleur verte :
oxygène atomique (577.7 nm)
(altitude ~100 km)
Couleur rouge-violet :
molécules d’azote N2
La Terre et la Lune - 17
L’atmosphère de la Terre (1)
75 % de sa masse dans
une couche de 10 km
Composition :
N2
78 %
O2
21 %
Ar
0.9 %
CO2
0.04 %
H2O
0–4%
La Terre et la Lune - 18
L’atmosphère de la Terre (2)
Comparée à celles de Vénus (96% de CO2) et de Mars (95% de CO2)
l’atmosphère de la Terre a une composition très particulière
Cette particularité est liée à la
présence :
• des océans (dissolvent le CO2)
• de la vie :
la photosynthèse des plantes
convertit le CO2 en O2
→ lien étroit entre vie et
composition de l’atmosphère
La Terre et la Lune - 19
L’orbite de la Terre
Période sidérale : 365.26 jours
Angle équateur – orbite : 23.5°
Rayon moyen orbite : 149.6 ×106 km = 1 unité astronomique (UA)
Excentricité orbitale : e = 0.0167
Excentricité :
f
e
a
b2
e  1 2
a
b
a
f
La Terre et la Lune - 20
L’orbite de la Lune
Rayon moyen orbite : 384 000 km
Angle équateur – orbite : 2.6°
Période sidérale : 27.3 jours
Angle orbite – écliptique : 5.1°
Période synodique : 29.5 jours
(٪ soleil → phases → mois)
Excentricité orbitale : e = 0.0549
Orbite elliptique
+ angle équateur – orbite
→ oscillation apparente (libration)
→ 59% de la surface est visible
La Terre et la Lune - 21
Caractéristiques de la Lune
• Pas d’atmosphère → pas d’érosion
• Impacts météoritiques → cratères
• « Mers » et « hautes terres »
• Complètement refroidie
→ plus d’activité tectonique
• Albédo moyen : 7 %
Les planètes telluriques
Planète
M
R
g
D
e
Tan
Tjour
Mercure
0.056
0.38
0.38
0.39
0.21
88j
59j
Vénus
0.82
0.95
0.90
0.72
0.007
225j –243j
Terre
1.00
1.00
1.00
1.00
0.017
365j
23h56
Mars
0.11
0.53
0.38
1.52
0.093
687j
23h37
M = masse
R = rayon
g = accélération de la pesanteur (surface)
D = distance moyenne au Soleil
(tous par rapport à la Terre)
e = excentricité de l’orbite
Tan = période de révolution
Tjour = période de rotation (jour sidéral)
Les planètes telluriques - 2
Mercure
Pas d’atmosphère (sauf H et He capturés du vent solaire, P ~ 10–12 bar)
Excentricité orbite : e = 0.206
Rotation : 59 j = 2/3 de l’année
→ résonance gravitationnelle
1 tour ½ sur elle-même entre 2
passages au périhélie
→ toujours un renflement de
marée tourné vers le soleil au
périhélie
→ faces alternativement
chaude et froide
Mercure photographié par Mariner 10
Les planètes telluriques - 3
Vénus (1)
Atmosphère épaisse, P ~ 90 bar, densité ρ ~ 0.1, Tsurface ~ 480°C
CO2 (96%) –
N2 (3.5%)
H2O – SO2 – H2SO4 (traces)
Effet de serre augmente T de 500 K
SO2 → volcans en activité
Rotation rétrograde
→ collision avec autre planète ?
(mais, alors, pourquoi e ≈ 0 ?)
→ résonance avec la Terre (5 tours
de Vénus entre chaque alignement)
Vénus en lumière visible (Galileo)
Les planètes telluriques - 4
Vénus (2)
Atmosphère opaque → reconstitution du relief de surface par des
mesures radar à partir de sondes en orbite autour de Vénus
(Magellan, 1990)
Reconstitution de la surface de Vénus par mesures radar (Magellan)
Les planètes telluriques - 5
Mars
Atmosphère ténue, P ~ 0.008 bar, Tsurface ~ –140 (nuit) à +20°C (jour)
CO2 (95%) – N2 (3%) – Ar (2%)
H2O – O2 (traces)
g trop faible pour retenir
efficacement l’atmosphère
Axe polaire incliné de 25°
→ saisons
Calottes polaires : H2O + CO2
Météo : tempêtes de sable
Mars vu depuis la Terre (HST)
Les planètes telluriques - 6
Les martiens
1877 : Schiaparelli aperçoit des traces rectilignes sur Mars
1894 : Lowell construit un observatoire et observe les mêmes traces
Canaux construits
par les Martiens
pour irriguer les
terres arides avec
l’eau des calottes
glaciaires !
1970 :
sondes Mariner →
les canaux
n’existent pas
Les « canaux » de Mars et une photo récente
Les planètes telluriques - 7
Autres fantasmes martiens
1976 (Viking 1) : structure ressemblant à une tête humaine
2001 (Mars Global Surveyor) : qu’est-elle devenue ?…
Le « visage » sur Mars…
… à meilleure résolution
Les planètes telluriques - 8
Paysages de Mars
Depuis 2002, les robots (rovers) « Spirit » et « Opportunity » se
promènent sur Mars → moisson de photos
Mars = désert aride, agité de temps en temps par tempêtes de sable
Paysage martien
Mars ou le Sud marocain ?
Les planètes telluriques - 9
De l’eau sur Mars ?
Pas d’eau liquide à la surface dans les conditions actuelles
Nombreuses rigoles
d’écoulement : d ~ qq m,
l ~ qq 10 m, L ~ qq km
(bcp trop fines pour canaux
de Schiaparelli)
+ Restes de réseaux
hydrographiques
→ de l’eau a dû couler sur
Mars dans le passé, quand
son atmosphère était plus
dense
Rigoles d’écoulement observées par MGS
Les planètes telluriques - 10
La vie sur Mars (1)
1976 : 2 sondes Viking se posent sur Mars à des latitudes moyennes
(température de –170 à +qq °C)
Échantillons de sol → 4 expériences
pour détecter des traces de vie
• pas de molécules organiques (< 1/109)
• recherche de modifications chimiques
dues à activité vivante (échantillons de
sol placés dans des milieux nutritifs) :
légers changements observés mais pas
dus à des formes de vie selon les
spécialistes
Mission Viking
Les planètes telluriques - 11
La vie sur Mars (2)
1996 : analyse d’un météorite trouvé dans l’Antarctique en 1984
• fragment de la croûte de Mars éjecté par un gros impact météoritique
il y a ~15 millions d’années tombé sur terre il y a ~15000 ans
• certains scientifiques prétendent que
des structures microscopiques dans le
météorite seraient des vestiges d’une
forme de vie primitive
• elle aurait pu se développer il y a 3.5
milliards d’années, sous une
atmosphère plus dense et en présence
d’eau
→ vie sur Mars : sujet controversé
Le météorite ALH84001
Les planètes telluriques - 12
Les satellites de Mars
Phobos et Deimos (fils d’Arès) : 2 astéroïdes capturés (27 et 13 km)
TPhobos < Trot(Mars) → effets de marée inverses au système Terre – Lune
→ Rorbite diminue → Phobos s’écrasera sur Mars (dans ~108 ans)
Phobos (MGS)
Deimos (Viking)
Les planètes joviennes
Planète
M
R
g
D
e
Tan
Tjour
Jupiter
318
11.2
2.5
5.2
0.048
11.9a
9h55
Saturne
95
9.3
1.1
9.5
0.056
29.5a 10h39
Uranus
15
4.0
0.9
19.2
0.046
84.0a 17h
Neptune
17
3.9
1.1
30.1
0.010 164.8a 16h
M = masse
R = rayon
g = accélération de la pesanteur (surface)
D = distance moyenne au Soleil
(tous par rapport à la Terre)
e = excentricité de l’orbite
Tan = période de révolution
Tjour = période de rotation interne
Les planètes joviennes - 2
Caractéristiques générales
• Constituées d’un fluide dont la densité croît vers l’intérieur
(transition graduelle gaz → liquide)
• Probablement petit noyau de roches et métaux
• Rotation
différentielle de
l’atmosphère
(véquateur > vpôle)
• Champ magnétique
intense → permet de
mesurer la rotation
interne
Les planètes joviennes - 3
Jupiter
Couches supérieures :
H2 (78%) + He (20%) + CH4
+ nuages de NH3, NH4SH, H2O
Couleur des nuages : particules
solides (soufre, dérivés de méthane)
Grande tache rouge :
immense tempête (2 × Terre)
découverte par Robert Hooke (1664)
= zone de haute pression
Jupiter émet plus d’énergie qu’elle
n’en reçoit du Soleil (contraction
gravifique)
Jupiter (Cassini)
Les planètes joviennes - 4
Plongée au cœur de Jupiter
Augmentation continuelle de la pression et de la température
(1) H2 et He gazeux + nuages
(2) transition graduelle vers H2
liquide + He (~0.75 RJ)
(3) dissociation de H2 puis
ionisation de H
→ hydrogène métallique
→ champ magnétique intense
(17000 × champ terrestre)
(4) noyau de H2O, NH4, roches,
métaux (1% en masse)
Région de la Grande Tache Rouge
… et leurs satellites - 5
Les satellites de Jupiter
16 satellites dont 12 astéroïdes capturés
4 plus gros : découverts par Galilée en 1610
Satellite
M(ML) R(RL)
T(j)
g(ms-2)
Io
1.2
1.05
1.8
1.8
Europe
0.7
0.9
3.6
1.4
Ganymède
2.0
1.5
7.2
1.5
Callisto
1.5
1.4
16.7
1.2
Tous en rotation synchrone (effets de marée)
T° ~ –150 °C
Les 4 satellites galiléens
… et leurs satellites - 6
Io (1)
D = 420000 km de Jupiter
Volcanisme le plus actif du
système solaire
Éruptions de S et SO2 et non
H2O et CO2 comme sur Terre
(probablement épuisés)
Volcanisme causé par effets de
marée (perturbation des autres
satellites → oscillations autour
de la position d’équilibre
→ frictions → chaleur)
Io (Galileo)
… et leurs satellites - 7
Io (2)
Surface constamment renouvelée par dépôts volcaniques
Gaz éjecté à v > 1 km/s, une
partie s’échappe et forme un
anneau autour de Jupiter
Éruption volcanique sur Io
Io en avril et septembre 1997
… et leurs satellites - 8
Europe (1)
D = 670000 km de Jupiter
Surface très lisse (relief < 1
km) formée de glaces (surtout
H2O, avec NH3, CO2)
Modèle :
• Noyau métallique
• Manteau de roches
• Océan d’eau ou boue (vie ?)
• Croûte de glace
(épaisseur ~100 km)
Europe (Galileo)
… et leurs satellites - 9
Europe (2)
Peu de cratères → la surface se régénère rapidement → croûte ni trop
épaisse, ni trop rigide
Couverte de fissures de 10 à 80 km de large, jusque 1000 km de long
Impact sur Europe
Surface d’Europe
… et leurs satellites - 10
Ganymède (1)
D = 1070000 km de Jupiter
Le plus gros satellite du
système solaire
Densité : ρ ~ 0.5 ρLune
→ ± 50% de glaces
→ prototype des objets
ganymédiens (comme tous
les satellites des planètes
géantes sauf Io et Europe)
Ganymède (Galileo)
… et leurs satellites - 11
Ganymède (2)
Surface couverte en partie de
sillons de quelques centaines de
mètres de profondeur
Explication admise :
Ganymède toujours en train de
se refroidir
→ changement de phase :
eau → glace
→ augmentation de volume
→ fissures qui se comblent par
de la nouvelle glace
Surface de Ganymède
… et leurs satellites - 12
Callisto
D = 1840000 km de Jupiter
« Petit frère » de Ganymède
Pas de grandes failles
→ croûte plus épaisse
Cratères
→ version « glacée » de
notre Lune
Callisto (Galileo)
Les planètes joviennes - 13
Saturne
Composition chimique semblable à Jupiter
(1) densité ρ < 1
(2) rotation rapide
→ aplatissement ~10 %
Émission d’énergie plus
efficace que Jupiter :
température plus basse
→ gouttelettes d’hélium
qui tombent en pluie vers
le noyau
→ énergie de changement
de phase + gravifique
Saturne (Voyager 2)
Les planètes joviennes - 14
Les saisons de Saturne
Contrairement à Jupiter,
l’équateur de Saturne est
nettement incliné par
rapport à l’orbite (27°)
→ saisons
→ anneaux vus sous
différents angles au fil
des années
→ aperçus par Galilée
mais plus par Huygens,
qui trouva l’explication
correcte
Saturne (HST)
Les planètes joviennes - 15
Les anneaux de Saturne
Anneaux présents autour de toutes les planètes joviennes, mais de loin
les plus massifs et brillants autour de Saturne
Constitués de blocs de
roches et glaces de tailles
variées (d’un grain de
poussière à quelques mètres)
Épaisseur estimée ~ 10 m
Distance de 70000 à 140000
km du centre de Saturne
Albédo élevé (~ 0.6)
Masse totale ~ 1020 kg
Anneaux de Saturne (Cassini)
Les planètes joviennes - 16
La limite de Roche (1)
dmin pour un satellite dont la cohésion est assurée par sa propre gravité
Force de marée :
(sur un élément de masse)
1
1

F  FC  FA  GM P  2 
2
d
(
d

R
)


2GM P R
R  d  F 
d3
GM S
Force gravifique (cohésion) :
FG 
R2
F  FG
1
 d min
  
  2 P  RP
 S 
A C
MP
3
R
d
RP
Les planètes joviennes - 17
La limite de Roche (2)
Ce calcul simplifié néglige :
– la rotation du satellite
– sa déformation par effet de
marée
Ces 2 facteurs diminuent la
cohésion
Un calcul plus élaboré donne :
1
d min
 P  3
 2.45  RP
 S 
Anneaux de Saturne à contre-jour (Cassini)
Les planètes joviennes - 18
Les anneaux planétaires
Sous la limite de Roche, pas de satellites massifs → anneaux constitués
de poussières ou rochers de petite taille
Anneaux = structures stables ou transitoires ? Les opinions divergent...
Les anneaux de Jupiter, Uranus et
Neptune sont :
– beaucoup moins massifs (J, U, N)
– moins réfléchissants (U, N) :
glace de CH4 s’ajoutant à H2O
→ albédo de 0.05 au lieu de 0.60
Anneau de Jupiter (Galileo)
… et leurs satellites - 19
Titan (1)
Satellite
M(ML) R(RL)
T(j)
g(ms-2)
Titan
1.8
16
1.4
1.48
Principal satellite de Saturne
Atmosphère dense
→ intérêt des scientifiques
Visité par la mission
– Huygens en 2005
Cassini
Sonde en orbite + « atterrisseur »
Mer de méthane sur Titan (Cassini)
… et leurs satellites - 20
Titan (2)
Psurf ~ 1.5 bar, T ~ –170°C
N2 (98%) + CH4 (2%)
+ composés organiques
Sol couvert de précipités
organiques, cailloux de
glace d’eau
Meilleur candidat pour la
vie dans notre système
solaire ?
Mais température…
Réseau hydrographique
Sol de Titan
et côte
(Huygens)
sur Titan (Huygens)
… et leurs satellites - 21
Autres satellites de Saturne
Hypérion :
Diamètre ~ 250 km
Trop petit pour que la
forme sphérique s’impose
Aspect d’une éponge
Densité très faible
→ creusé de cavernes ?
Hypérion (Cassini, fausses couleurs)
… et leurs satellites - 22
Autres satellites de Saturne
Dioné :
Diamètre ~ 1100 km
… et beaucoup d’autres…
Dioné, Saturne et anneaux (Cassini)
Les planètes joviennes - 23
Uranus
Découverte par William Herschel en 1781, d’abord baptisée « George »
Atmosphère : H + He
+ CH4 → couleur bleutée
Densité plus élevée que Jupiter et
Saturne → moins de H et He, noyau
probablement important
Équateur à 98° de l’orbite
→ collision avec une autre planète
peu après sa formation ?
Anneaux et satellites s’alignent sur
le renflement équatorial
Uranus (HST, contraste augmenté)
Les planètes joviennes - 24
Neptune (1)
Existence prédite en 1843 par J.C.
Adams sur base des perturbations
de l’orbite d’Uranus (personne ne
le prit au sérieux)
Prédiction indépendante en 1846
par Urbain Le Verrier (déjà réputé
→ pris au sérieux)
Découverte par J.G. Galle à
l’endroit prévu
→ triomphe de la théorie
newtonienne de la gravitation
Neptune (Voyager 2)
Les planètes joviennes - 25
Neptune (2)
Un peu plus massive et plus
dense qu’Uranus
Atmosphère : H + He + CH4
Phénomènes météorologiques
plus marqués malgré l’énergie
solaire reçue plus faible
T° plus basse → viscosité plus
faible → mouvements
nécessitent moins d’énergie
Taches = zones de haute
pression
Neptune (Voyager 2)
… et leurs satellites - 26
Triton
Diamètre : 2760 km
T° ~ –236°C
Orbite rétrograde et
inclinée de 20° par
rapport à l’équateur
de Neptune
→ cataclysme qui
aurait modifié l’orbite
de Triton et éjecté un
autre satellite de
Neptune : Pluton ?
Triton (Voyager 2)
Les petits corps
La loi de Titius – Bode (1)
1741 : le mathématicien Max Wolf découvre que les distances des
planètes au soleil obéissent à une loi simple
1766 : Johann Daniel Titius redécouvre et formalise cette loi
1778 : Johann Elert Bode publie cette loi
d  0.4  0.3  k
(k  0,1,2,4,8,16,32)
Titius
Bode
Les petits corps - 2
La loi de Titius – Bode (2)
Précision ~ 3 %
+ pouvoir prédictif !
(découverte d’Uranus)
Mais :
il manque une planète
Où est cette 5e planète ?
→ on cherche !
Planète
k
dcalc
dobs
Mercure 0
Vénus
1
Terre
2
Mars
4
?
8
Jupiter 16
Saturne 32
Uranus 64
0.4
0.7
1.0
1.6
2.8
5.2
10.0
19.6
0.39
0.72
1.00
1.52
?
5.20
9.54
19.2
δd
(%)
2.6
2.8
0.0
5.3
?
0.0
4.8
2.1
Les petits corps - 3
Les astéroïdes (1)
1801 : Giuseppe Piazzi, fondateur de l’observatoire de Palerme,
découvre un astre à 2.77 UA du soleil et le baptise Cérès (déesse
tutélaire de la Sicile)
• à la distance prédite → nouveau
triomphe de la loi de Titius – Bode
(mais échec pour Neptune)
• diamètre ≈ 940 km
• M ≈ 1021 kg ≈ 1/6000 MT
Par la suite, découverte d’autres corps :
Pallas, Junon, Vesta…
→ plus de 100000 actuellement
Cérès (Dawn)
Les petits corps - 4
Les astéroïdes (2)
Masse totale ~ 1/1000 MT
Concentrés dans la ceinture
principale, entre 2.2 et 3.3 UA
(entre les orbites de Mars – 1.5 UA
et Jupiter – 5.2 UA)
Astéroïdes Ida et dactyl (Galileo)
Orbites presque circulaires
Une douzaine de taille > 250 km
Le reste de tailles très variées
Exemples :
Ida (60 km)
Itokawa (500 m)
Astéroïde Itokawa (Hayabusa)
Les petits corps - 5
Les astéroïdes (3)
Une minorité ne font pas partie de la ceinture principale
Certains ont des orbites assez elliptiques qui les amènent près de la
Terre (comme Eros) ou même à croiser son orbite
Ils ont été probablement déviés par
l’attraction de Jupiter
Autre effet de Jupiter : les lacunes
de Kirkwood (à 2.50, 2.82, 2.96,
3.27 UA) : orbites de périodes
T = 1/3, 2/5, 3/7 et 1/2 de TJupiter
→ résonances gravitationnelles
Astéroïde Eros (NEAR)
Les petits corps - 6
Pluton
1915 : sur base des perturbations de l’orbite de Neptune, Percival
Lowell calcule qu’une planète de 6.5 MT doit se trouver à 42 UA
Recherches dans l’écliptique, sans succès
1930 : Clyde Tombaugh découvre Pluton
• orbite elliptique : e = 0.25, a = 39 UA
• inclinaison de 17° sur l’écliptique
• R ≈ 0.18 RT ,
M ≈ 0.002 MT
1978 : découverte du satellite Charon
• d = 19400 km de Pluton
• MCharon ≈ 0.17 MPluton
Pluton (New Horizons)
Les petits corps - 7
Les objets transneptuniens
Depuis 1992 : découverte d’objets de plus en plus nombreux au-delà
de l’orbite de Neptune, certains ont des tailles comparables à Pluton
→ Union Astronomique Internationale, 2006 : nouvelle définition.
Une planète est un corps céleste :
• en orbite autour du soleil
• qui possède une masse suffisante pour que sa gravité l'emporte sur les
forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre
hydrostatique (forme sphérique)
• qui a éliminé tout corps se déplaçant sur une orbite proche
→ Pluton n’est plus considéré comme une planète, mais comme une
petite planète (nouvelle classe de corps célestes)
Les petits corps - 8
Nuage d’Oort et ceinture de Kuiper
Les objets transneptuniens forment un anneau allant de
l’orbite de Neptune (30 UA) jusqu’à 50 UA : la
ceinture de Kuiper
Une multitude de petits objets se trouveraient encore
plus loin, dans une coquille sphérique située à
~ 100000 UA (une année-lumière)
du soleil
Gerard Kuiper
Son existence a été postulée en 1932
par Öpik, reprise en 1950 par Oort
pour expliquer l’origine des comètes
Les comètes à courte période
viendraient de la ceinture de Kuiper
Ernst Öpik
Jan Oort
Les petits corps - 9
Les noyaux de comètes
Noyau de comète = bloc de roches et glaces (taille : quelques km)
Perturbation gravifique
→ quitte le nuage d’Oort
→ orbite hyperbolique ou
elliptique de haute
excentricité
(→ périodique ou non)
→ pénètre dans le système
solaire interne
Si d < 3 UA → les glaces
se vaporisent
Le noyau de la comète Tempel 1 (Deep Impact)
Les petits corps - 10
Noyaux de comète & Rosetta
2014 : la mission Rosetta atteint la comète 67P/ChuryumovGerasimenko et le module Philea se pose sur le noyau
Noyau de la comète P67 (Rosetta)
Les petits corps - 10
Les comètes
Vaporisation des glaces
→ « coma » de gaz et poussières
Vent solaire et pression de radiation
→ entraînent les particules
→ queue (direction opposée au soleil,
longueur jusque 0.5 UA)
Mouvement orbital de la comète
→ la queue « traîne »
Effet plus marqué sur les poussières,
plus lentes → 2 queues
Émission lumineuse : fluorescence (gaz)
ou diffusion (poussières)
Comète Hale-Bopp
Les petits corps - 11
La comète de Halley
En 1705, Edmund Halley se rend compte que les comètes de 1531,
1607 et 1682 sont la même comète vue lors de passages successifs
→ prédit son retour en 1759
La plus célèbre des
comètes à courte
période (76 ans)
Dernier passage en
date : 1986
Visitée par plusieurs
sondes spatiales
Edmund Halley
Noyau de Halley (Giotto)
Les petits corps - 12
Les comètes : fossiles astronomiques, sources de la vie ?
• Restées aux confins du système solaire jusqu’à une époque récente
→ non modifiées par des
processus physico-chimiques
→ composition chimique et
isotopique inchangée depuis
la formation du système
solaire
• Contiennent de nombreuses
molécules organiques
simples → ont-elles un
rapport avec l’apparition de
la vie sur Terre ?
Comète Swan
Les petits corps - 13
Les étoiles filantes
Bref flash lumineux produit par un petit corps qui se consume en
entrant dans l’atmosphère (taille typique ~ 1 cm ; altitude ~ 100 km)
Total ~ 10 tonnes / jour
Souvent des débris de
comètes
→ plus nombreuses
quand la Terre croise
l’orbite d’une (ancienne)
comète
Perséides (11 août)
Léonides (11 novembre)
…
Perséides 2004 (F. Bruenjes)
Les petits corps - 14
Les météores (1)
Corps de taille plus importante qui se
consument (partiellement ou totalement)
dans l’atmosphère
Vitesse ~ 30 km/s ~ 10000 km/h
Débris de comètes ou astéroïdes
S’ils atteignent le sol → danger
1911, Egypte : chien tué par météorite de
40 kg
1954, Alabama : femme blessée à la
jambe par météorite ayant traversé le toit
de sa maison
Météore Perséide 2004 (C. Mouri)
Les petits corps - 15
Les météores (2)
1972 : un bolide ~ 1000 tonnes
passe 60 km au dessus de
l’Amérique du Nord et rebondit
vers l’espace
1992, État de New York : auto
accidentée par météorite de 12 kg
Pas d’accident fatal à un humain
avéré dans le dernier millénaire
Par chance, les plus gros impacts
récents ont touché des zones
inhabitées
Météore Perséide 2004 (C. Mouri)
Les petits corps - 16
L’impact de Tunguska (Sibérie)
30 juin 1908 : astéroïde ou noyau de comète (masse ~ 10000 tonnes)
explose en Sibérie
Onde sismique enregistrée
jusqu’à 1000 km
Arbres couchés dans un
rayon de 30 km
Pas de cratère
→ le météore a explosé
plusieurs km avant de
toucher le sol (puissance
~ 1000 fois la bombe
d’Hiroshima)
L’impact de Tunguska
Les petits corps - 17
Les impacts majeurs
Fréquence des impacts style Tunguska : ~ un tous les quelques siècles
Meteor Crater, Arizona : diamètre 1.2 km ; profondeur 200 m,
daté de ± 25000 ans
Météorite ferreux ~ 109 kg
(60 m de diamètre)
Plus grand cratère connu :
Chixculub, Yucatán :
diamètre 200 km,
daté de 65 millions d’années
= extinction des dinosaures
Meteor Crater, Arizona