TOUT CE QUE VOUS AVEZ VOULU SAVOIR SUR MERCURE Par Jean-Pierre MARTIN [email protected] La plupart des photos sont NASA ou NASA/JHUAPL © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com NASA QUI ÉTAIT MERCURE? C’était le Dieu du commerce (et des voleurs!) pour les Romains (Hermès pour les Grecs), il était le fils de Zeus (Jupiter) et de Maia (fille du géant Atlas) dans la mythologie Il a plusieurs attributs, dont le…caducée des médecins et le casque à large bord symbole des commerçants Il était aussi le messager des Dieux (mouvement rapide), d’où ses sandales ailées dans certaines représentations © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com LA PREMIÈRE PLANÈTE La plus proche du Soleil : 0,39UA soit = 59 Mkm Donc difficile à voir: uniquement à l’aube ou au crépuscule Pourquoi??? Mercure La Terre la nuit : on est de ce coté là Angle de vue de Mercure depuis la Terre © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com ©Juan Carlos Cassado © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com L’ANNÉE ET LE JOUR SUR MERCURE L’année (période orbitale) a été dure a déterminer à cause de la proximité du Soleil, elle est de 88 jours terrestres Mercure fait un tour sur lui même (1 jour sidéral) en 59 jours terrestres approx, mais ce n’est pas un jour (solaire) mercurien! Nous allons voir pourquoi. 1 jour = de midi à midi! Oh! Miracle des maths c’est exactement 2/3 de 88 jours , la période de Mercure Pourquoi? C’est un effet de RÉSONANCE RÉSONANCE = quand 2 objets retournent à la même position relative périodiquement © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com RÉSONANCE, VOUS AVEZ DIT RÉSONANCE ! C’est un effet de marée (effet différentiel entre force de gravitation et force centrifuge) produit par l’influence d’un corps massif (le Soleil, la Terre, …) par rapport à un plus petit corps (Mercure, la Lune, …) Par exemple : la Lune est synchronisée dans une résonance 1:1 avec la Terre, sa période sidérale est égale à sa période de rotation, elle présente en conséquence la même face vers nous La plupart des satellites du système solaire sont synchronisés d’une façon ou d’une autre sur leur planète ou entre eux © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Et Mercure avec tout cela? Pendant longtemps on a pensé que Mercure était synchronisé (même face tournée vers le Soleil) à cause de l’énorme masse du Soleil Après des mesures radar, on s’aperçut qu’elle était en fait dans le rapport 2:3 MERCURE effectue 3 rotations sur elle même quand elle fait 2 fois le tour du Soleil Produit par effet de marée du Soleil sur une orbite très elliptique de Mercure © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com DESSIN :NJU TEMPS SOLAIRE (SYNODIQUE) ET SIDÉRAL Sidéral : par rapport aux fond des étoiles Mais la planète se déplace sur son orbite Il est midi juste quand le Soleil retourne au zénith: temps solaire © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com À QUOI PEUT DONC RESSEMBLER UNE JOURNÉE SUR MERCURE? À l’enfer! On démarre en A, il est midi En B on est en plein C après midi (1/3) En C début de la nuit En D minuit, 1 an ½ En E fin nuit En F le jour se lève En G midi, un jour complet © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com 1 rotation= 2/3 orbite F B E G D A En 2 orbites (2 ans mercuriens par définition), Mercure a effectué 3 rotations et UN JOUR MERCURIEN COMPLET Un jour sur Mercure dure donc : 2 ANS MERCURIENS Soit approx 176 jours terrestres Il ne fait pas bon être travailleur sur Mercure Intéressant n’est-ce pas, vous connaissez maintenant une planète dont le jour vaut deux années, vous allez pouvoir épater vos amis!! © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com EXCENTRIQUE!! L’orbite de Mercure est une des plus excentrique après Pluton (due peut être à l’objet qui a crée Caloris Bassin?) Qu’est ce que cela veut dire? Rappelons nous Kepler Les planètes décrivent des orbites elliptiques dont le Soleil est situé à un des foyers © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Les ellipses font partie de la famille des coniques Dont les autres membres sont la parabole et l’hyperbole Le cercle est un cas particulier d’ellipse © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com CONSTRUIRE UNE ELLIPSE M M MF1 + MF2 = CONSTANTE F1 F2 = FOYERS © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com L’équation de l’ellipse est t.q. MF+MF’ = 2a AC= grand axe, BD= petit axe a = ½ gd axe b= ½ petit axe c= OF centre-foyer On définit l’excentricité d’une ellipse comme étant le rapport e = c/a (aplatissement de l’ellipse soit plus ou moins d’effet « ballon de rugby ») L’excentricité e est t.q. 0 (cercle) < e < 1 (rugby) © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com RETOUR À MERCURE L’excentricité de l’orbite de Mercure est de e = 0.206 (cercle e=0 ; parabole e=1) L’une des orbites les plus éloignées du cercle avec Pluton et Mars (Kepler découvre ainsi sa 1ère loi) Cela veut dire que la distance du Soleil (à un foyer) à Mercure varie de 40% C’est énorme!!!!! On passe de 46 Mkm à 70 Mkm © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com LE TRANSIT DE MERCURE Le plan de l’orbite de Mercure est incliné de 7° sur l’écliptique (plan de l’orbite terrestre) En conséquence tous les 23 ans mercuriens en moyenne, Mercure passe entre le Soleil et la Terre C’est ce que l’on appelle un transit Ce phénomène rare (très rare en ce qui concerne Vénus, tous les 110 ans) a joué un rôle très important en astronomie. Il a permis à l’aide d’un calcul élémentaire de MESURER EN ABSOLU LE SYSTÈME SOLAIRE L’étude des transits va lever le voile sur l'immensité de l'espace. Edmund Halley, (celui de la comète!) jeune astronome anglais, assiste au transit de Mercure en 1677 dans l’hémisphère sud (Île de Ste Hélène) cela va lui donner une idée géniale qu’il publiera beaucoup plus tard © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com À quoi cela peut-il ressembler? Un point noir qui passe devant le disque solaire Mais ce point noir a révolutionné l’astronomie © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com LE TRANSIT DE 2003 © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com MARINER 10 Une sonde interplanétaire est lancée vers Vénus et se met en orbite de telle façon qu’elle passe prés de Mercure tous les 2 ans mercuriens, la première fois en 1974. Cette trajectoire originale est inventée par un savant Italien Giuseppe (Bepi) Colombo Elle nous rapporte les premières images de sa surface © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com BEPI COLOMBO Au fait combien d’entre vous connaissent ce nom? Peu je pense, c ’est un pionnier Italien de l’espace, professeur à l’Université de Padoue Il a trouvé l’explication de l’étrange rotation de Mercure Il a mis au point pour la Nasa la trajectoire originale de Mariner 10 Il meurt en 1984, l’ESA en son honneur baptise son projet mercurien © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Comme son orbite l’a fait passer toutes les 2 orbites de Mercure près de cette planète, on voit toujours la même face!!! Mercure ressemble beaucoup à la Lune, couverte de cratères © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Caloris Bassin (nasa) 1300km diamètre © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Détails Caloris Bassin (C Hamilton) © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com NASA /JPL © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com BACH AREA NASA © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com MARINER A ÉTÉ SUIVIE PAR MESSENGER Sélectionné en 1999, ce sera le grand retour vers Mercure après les années 1974-75 de Mariner 10 Lancement en Mars 2004 pour mise en orbite autour de Mercure en 2011 Équipé d’un bouclier de protection Comporte les instruments suivants, notamment MDIS :caméra et MLA altim GRNS et XRS: spectromètres MAG : magnétomètre © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Messenger effectue une cartographie complète de la planète. Elle étudie son noyau et son exosphère Elle se concentre aussi sur son champ magnétique. © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com 28 © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Vue topographique de Caloris Bassin © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com 31 © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Une nouvelle vision de Mercure © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Messenger a notamment mis au jour de la glace d’eau au fond des cratères du Pôle Nord, qui ne sont jamais éclairés par le Soleil. Les dépôts de glace sont en jaune. La température au fond de ces cratères (5km de profondeur) est de l’ordre de -200°C. © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com 36 UNE FAILLE SUR MERCURE : due au refroidissement de la croûte de Mercure Mercure rétrécit! © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Le 30 Avril 2015, après 4 ans en orbite, Messenger n’a plus de carburant La NASA choisit de la faire s’écraser sur Mercure près du Pôle N © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com 38 © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com PROPRIÉTÉS DE MERCURE Mariner et Messenger, en orbite autour de Mercure, certaines caractéristiques physiques ont pu en être déduites Masse : 0,056 Masse Terre Rayon : 0,38 Terre = 2440 km Densité : 5,3 (Terre 5,5; Lune 3,36) La planète la plus dense après la Terre Mais structure différente Noyau ferreux très important, mais champ magnétique très faible (1% Terre), pourquoi? © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com COMPARAISON DES INTÉRIEURS Illustration : NASA/JHUAPL./ Carnegie Inst. Washington. © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com TEMPÉRATURE Soleil 10 fois plus intense que sur Terre Mercure n’ayant pas d’atmosphère (pour amortir les variations), les écarts de température sont énormes entre le jour et la nuit (pas d’effet de serre) Partie nuit : 100K (-173°C) et dans la partie jour; au plus proche 700K (427°C) au plus éloigné 550K (277°C). Certaines parties des pôles sont toujours dans le noir (peu d’inclinaison de la planète) de la glace a été détectée au pôle Nord : eau primordiale provenant des comètes © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com LE PROBLÈME DU PÉRIHÉLIE DE MERCURE Il bouge dans le temps et pendant longtemps on a cherché une explication © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com Le périhélie (point de l’orbite le plus près du Soleil) précesse (avance) en fait avec une période de approx 225.000 ans D’où vient cette précession? Une grande partie vient de l’influence des planètes proches : Jupiter, Venus, Terre Mais cela n’expliquait pas tout (il restait 42’’ d’arc inexplicable de variation par siècle) Certains (Le Verrier) pensèrent à l’influence d’une planète encore plus près du Soleil, elle avait même déjà un nom : Vulcain; mais ce n’était pas l ’explication Enfin Albert vint……. © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com ALBERT EINSTEIN A LA SOLUTION Les lois classiques de Newton ne s’appliquent plus si près d’une masse énorme comme celle du Soleil Il faut appliquer une nouvelle théorie : la relativité générale dont la mécanique newtonienne n’est qu’un cas particulier © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com La matière et l’énergie courbent l’espace L’énorme masse du Soleil joue sur l’ESPACE TEMPS surtout pour le point de l’orbite de Mercure près du Soleil (périhélie) Les calculs de la relativité générale d’Einstein conduisent exactement au chiffre mesuré de 42’’ Ce fut en 1915 une des preuves de la validité de cette théorie © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com LES GRANDES QUESTIONS Les planètes telluriques sont composées généralement d’un noyau ferreux dense entouré d’un manteau de roches (silicates). La densité de ces planètes reflète la proportion entre le noyau et le manteau. Il se trouve que Mercure possède une densité très élevée (5,3, Terre : 5,5), comme on le voit sur le graphique. Cela implique que les deux tiers de la planète soit constitué par le noyau ferreux. Une proportion énorme, et dont on ne comprend pas bien l’origine. D’après ce graphique, il semble qu’il y ait une relation linéaire entre le rayon de la planète et sa densité, ce qui semble logique, en effet plus la planète est grosse et plus la pression est grande, et plus la matière y est compressée, d’où une plus grande densité. Or ce n’est pas le cas pour Mercure qui ne s’aligne pas sur cette courbe. Pourquoi ? © Jean-Pierre Courbe : DLR MARTIN www.planetastronomy.com Le champ magnétique de Mercure : Mariner 10 avait mis en évidence un champ magnétique et la présence d’une magnétosphère. Cela provient de la présence d’un noyau très important (75% du rayon) par rapport au reste de la planète. Mercure est bien plus petite que la Terre, et logiquement sa magnétosphère est proportionnellement plus petite (8 fois plus petite) que la nôtre. Les dernières mesures de Messenger ont confirmé que ce champ était bien dipolaire et qu’il n’avait pas changé depuis les passages de Mariner 10. Mais Messenger a prouvé que le champ était beaucoup plus fort dans le passé. Pourquoi? La magnétosphère est très dynamique. © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com 49 © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com L’atmosphère de Mercure: Au premier regard, Mercure a l’air d’être un monde sec et sans atmosphère ; mais c’est faux elle possède une atmosphère, même très ténue, encore plus ténue que celle de Mars. En fait son atmosphère originelle a été dispersée dès le début, dû à la faible gravité de cette mini planète et à l’action majeure du vent solaire si proche et si violent. Son atmosphère actuelle est donc très faible, mais encore ! Composition sur le graphique ci contre. C’est principalement : 0 , Na , H , He , K , A. Messenger découvrit même de la vapeur d’eau en 2008, probablement due à la combinaison de H et O dans l’atmosphère. Il y a donc du Sodium dans l’atmosphère de Mercure. On détecte d’ailleurs une queue de Sodium depuis la Terre © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com 52 DES QUESTIONS SANS RÉPONSES Pourquoi Mercure est elle si dense? Quel est le passé géologique de Mercure? Quelle est la structure du noyau? D’où vient son champ magnétique? IL FAUT Y RETOURNER !! C’est ce que va faire l’ESA avec la mission Bepi-Colombo. © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com UNE NOUVELLES MISSION L’ESA/JAXA a donc un projet très ambitieux : Bepi Colombo appelé ainsi en honneur du professeur Colombo. Ce projet comporte 2 orbiteurs Le MPO (Mercury Planet Orbiter) en orbite basse pour photo et étude (ESA) Le MMO (Mercury Magnetosphere Orbiter) pour analyser les particules (JAXA) © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com MMO SunShield MPO MTM : Transfer Module © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com L’ORIGINALITÉ Elle réside dans la propulsion de cet engin, elle combine 3 types de propulsions: Moteur ionique (croisière) comme Deep Space 1 Propulsion chimique (mise en orbite) Assistance gravitationnelle Lancement prévu début 2018 avec une Ariane 5 depuis Kourou. Voyage de 6 ans! SOUHAITONS LUI BONNE CHANCE! © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com EN CONCLUSION Mercure, planète peu connue, peut nous permettre de découvrir les secrets de la naissance du système solaire Pourquoi une telle densité? Le noyau de Mercure est-il solide ou liquide? Explication du fort cham magnétique? Activité tectonique éventuelle? IL FAUT ATTENDRE LES RÉPONSES DE LA PROCHAINE MISSION © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com MERCI © Jean-Pierre MARTIN www.planetastronomy.com