Planétologie comparée - ufe

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