Le Système Solaire
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Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Le Système Solaire GLST 202 E. Josselin Université Montpellier II E. Josselin | Le Système Solaire 1/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Outline 1 Généralités 2 Les planètes telluriques 3 Les planètes géantes gazeuses E. Josselin | Le Système Solaire 2/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Définitions Définition générale Ensemble des planètes soumis à la gravitation du Soleil : 8 planètes et leurs statellites, planètes naines (gros astéroïdes, objets trans-neptuniens), comètes, poussières interplanétaires ... Rayon ∼ 50 000 u.a. ; masse ∼ 1.0015 M Plan de révolution de l’orbite terrestre : écliptique. Toutes le planètes sont ∼ dans le même plan, et ont le même sens de révolution. E. Josselin | Le Système Solaire 3/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Définitions E. Josselin | Le Système Solaire 4/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Définitions Résolutions de la XXVIe Assemblée Générale de l’Union Astronomique Internationale (2006) Resolution 5 Definition of a Planet in the Solar System Contemporary observations are changing our understanding of planetary systems, and it is important that our nomenclature for objects reflect our current understanding. This applies, in particular, to the designation "planets". The word "planet" originally described "wanderers" that were known only as moving lights in the sky. Recent discoveries lead us to create a new definition, which we can make using currently available scientific information. E. Josselin | Le Système Solaire 5/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Définitions The IAU therefore resolves that planets and other bodies, except satellites, in our Solar System be defined into three distinct categories in the following way : 1 2 3 A planet(1) is a celestial body that a. is in orbit around the Sun, b. has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and c. has cleared the neighbourhood around its orbit. A "dwarf planet" is a celestial body that a. is in orbit around the Sun, b. has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape(2) c. has not cleared the neighbourhood around its orbit, and d. is not a satellite. All other objects(3) , except satellites, orbiting the Sun shall be referred to collectively as "Small Solar System Bodies". Footnotes Resolution 5 (1) The eight planets are : Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune. (2) An IAU process will be established to assign borderline objects into either dwarf planet and other categories. (3) These currently include most o f the Solar System asteroids, most Trans- Neptunian Objects (TNOs), comets, and other small bodies. E. Josselin | Le Système Solaire 6/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Définitions Resolution 6 Pluto The IAU further resolves : Pluto is a "dwarf planet" by the above definition and is recognized as the prototype of a new category of Trans-Neptunian Objects(1) . Footnote Resolution 6 (1) An IAU process will be established to select name for this category. E. Josselin | Le Système Solaire 7/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Définitions E. Josselin | Le Système Solaire 8/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Paramètres orbitaux des planètes Lois de Kepler Les orbites planétaires sont elliptiques, le Soleil est situé à un foyer. (paramètre important : excentricité, en général ∼ 1) le rayon vecteur Soleil - planète balaie des aires égales en des temps égaux. (⇒ vitesse orbitale plus grande au périhélie qu’à l’aphélie ) (demi grand axe de l’ellipse)3 / (période de révolution)2 = constante = GM /4π 2 . (outil de mesure de distance ... et de masse !) E. Josselin | Le Système Solaire 9/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Paramètres orbitaux des planètes Table: Paramètres orbitaux des planètes du Système Solaire. Nom Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune E. Josselin | Le Système Solaire distance moyenne (u.a.) Période de révolution nombre de satellites 0.387 0.723 1.0 1.524 5.203 9.539 19.182 30.06 88 jours 225 jours 365 jours 1 an 322 jours 11 ans 315 jours 29 ans 167 jours 84 ans 7 jours 164 ans 280 jours 0 0 1 2 67 > 62 27 14 10/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Définitions E. Josselin | Le Système Solaire 11/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Paramètres physiques des planètes Table: Paramètres physiques des planètes du Système Solaire. Nom Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune E. Josselin | Le Système Solaire diamètre équatorial (km) Masse (M⊕ ) Densité 4878 12104 12756 6787 142800 120660 51118 49528 0.055 0.815 1.0 0.107 317.893 95.147 14.54 17.23 5.42 5.25 5.52 3.94 1.31 0.69 1.29 1.64 Atmosphère H, H, H, H, – CO2 N2 , O2 CO2 He, CH4 , NH3 He, CH4 , NH3 He, CH4 , NH3 He, CH4 , NH3 12/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Eléments de planétologie comparée paramètres-clés Masse et pesanteur : - capacité à retenir une atmosphère - évolution crustale, chaleur et différentiation interne - gradients internes de pression (magmas) - rétention des éjecta (impactisme & volcanisme) Localisation et composition chimique : - planètes telluriques, proches du Soleil : Fe, silicates, éléments radioactifs. Densité ∼ 5 - planètes géantes gazeuses, au-delà de 5 u.a. : H, He. Densité ∼ 1 Facteurs d’évolution : externe (impacts, érosion) et internes (tectonique, volcanisme) E. Josselin | Le Système Solaire 13/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Eléments de planétologie comparée Facteurs d’évolution Erosion : Action sur Vénus, Terre, Mars et Titan (atmosphère) : sédimentation, érosion fluviatile, tempêtes de poussières Impactisme : Ondes de choc de haute pression : déformation, excavation, éjection Taille de l’impacteur : bol, cirque, bassin Tectonique induite ! Impacts géants : Caloris Basin sur Mercure, failles sur Phobos Impacts aussi sur les planètes géantes gazeuses ! (cf. Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter, 1994) E. Josselin | Le Système Solaire 14/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Eléments de planétologie comparée E. Josselin | Le Système Solaire 15/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Eléments de planétologie comparée E. Josselin | Le Système Solaire 16/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Eléments de planétologie comparée E. Josselin | Le Système Solaire 17/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Eléments de planétologie comparée Facteurs d’évolution Tectonique : Réchauffement ou refroidissement global : formation du noyau, changement de phase du manteau ⇒ expansion ou contraction globale Convection dans le manteau : plaques terrestres, plaques molles et points chauds sur Vénus Forces de marée Volcanisme : - type effusif : lave très fluide, basaltique. Origine : manteau profond - laves moins fluides : accumulation en hauteur (Hawaii, Tharsis & calderas sur Mars) - stratovolcans : matériaux d’origine crustale (Vésuve, Etna, Ceraunius Tholus sur Mars) 80% de la surface de Vénus est volcanique ! (coronae, arachnoïdes, novae ...) E. Josselin | Le Système Solaire 18/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Généralités Eléments de planétologie comparée E. Josselin | Le Système Solaire 19/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Outline 1 Généralités 2 Les planètes telluriques 3 Les planètes géantes gazeuses E. Josselin | Le Système Solaire 20/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mercure E. Josselin | Le Système Solaire 21/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mercure Mercure Proximité du Soleil ⇒ - quasi-synchronisation (3 jours ≈ 2 ans) - Température élevée (face au Soleil) - Atmosphère transitoire et ténue, issue du vent solaire - Exploration difficile ! (1974 : Mariner 10 ; Messenger : 2011 ; BepiColombo : > 2015) Relief : surface similaire à la lune (forte cratérisation) sommet le + haut : 4600m ; fosse la + profonde : 2500m densité = 5,43 g cm−3 ⇒ cratères plus petits que sur la Lune (3,34 g cm−3 ) Noyau riche en Fer ⇒ fort champ magnétique E. Josselin | Le Système Solaire 22/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Vénus E. Josselin | Le Système Solaire 23/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Vénus Vénus atmosphère épaisse et dynamique (nuages) : P(rotation des nuages) = 4 jours ; P(sol) = 90 atm ; T(sol) = 480 ◦ C roches basaltiques (volcans) Sommet le + haut : 11000 m ; fosse la + profonde : 2000 m Volcanisme toujours actif ? Variations de la teneur atmosphérique en dioxyde de soufre ... (Venus Express, 2012) E. Josselin | Le Système Solaire 24/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mars E. Josselin | Le Système Solaire 25/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mars Mars Structure interne : - noyau ferreux (R = 1300 à 2000 km) - manteau convectif de silicates (1100 à 1800 km) - croûte de basalte (40 à 50 km), trois fois plus épaisse que la croûte terrestre (bloquant toute activité tectonique) Sommet le + haut : 27 km ; Fosse la + profonde : 6 km Dichotomie Nord-Sud : - Terrains du sud hauts et fortement cratérisés ; 2 bassins d’impact majeurs : Argyre et Hellas - Terrains du nord peu cratérisés, faibles altitudes. Dômes : soulèvements de la croûte (volcans). Olympus Mons : le plus haut volcan du Système Solaire ! canyon de Valles Marineris : long de 4500 km, profondeur jusqu’à 6 km E. Josselin | Le Système Solaire 26/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mars E. Josselin | Le Système Solaire 27/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mars Mars Importantes variations chaotiques de son obliquité (Terre : stabilisation par la Lune) P(rotation) = 24h 37min - T(sol) -123 à 37◦ C Calottes polaires : glaces de H2 O et CO2 2 satellites : Phobos & Deimos, riches en glaces ... asté roïdes capturés ! Eau liquide ? Spectromètre à neutrons (Mars Odyssey 2002) : vastes quantités de glace dans le sous-sol de Mars (à 1 m) ⇒ pergélisol / permafrost E. Josselin | Le Système Solaire 28/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mars fine couche de givre de quelques mm sur Utopia Planitia (zone d’atterrissage de Viking 2, mai 1979) E. Josselin | Le Système Solaire 29/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes telluriques Mars E. Josselin | Le Système Solaire 30/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Outline 1 Généralités 2 Les planètes telluriques 3 Les planètes géantes gazeuses E. Josselin | Le Système Solaire 31/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Introduction E. Josselin | Le Système Solaire 32/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Jupiter E. Josselin | Le Système Solaire 33/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Jupiter Jupiter Composition solaire (∼ 90% H), masse (beaucoup) trop faible pour une étoile ... Molécules complexes (CH4 , NH3 ...) ⇒ couleurs des nuages Ouragans violents. Grande tache rouge : anticyclone de 25 000 km × 12 000 km Structure interne : - Coeur : roches + glaces. 0.2 RJ , 20 000 K - manteau : H métallique. 0.78 RJ , 10 000 K - atmosphère : H2 , He. Surface : 170 K Des anneaux ! E. Josselin | Le Système Solaire 34/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Jupiter Satellites galiléens Io : volcanisme induit par effet de marée (éjection de SO2 ) Europe : banquise de glace en évolution ; fluide en sous-sol ? Callisto : atmosphère très ténue. océans souterrains ? Ganymède : le plus gros satellite naturel du Système Solaire. E. Josselin | Le Système Solaire 35/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Saturne E. Josselin | Le Système Solaire 36/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Saturne Saturne La seule planète solaire moins dense que l’eau ! Anneaux : Diamètre = 270 000 km. Fragmentés (divisions). Répartition irrégulière des particules, influence du champ magnétique ... et des satellites. Lune de Keeler E. Josselin | Le Système Solaire 37/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Saturne E. Josselin | Le Système Solaire 38/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Saturne Titan Le plus gros satellite de Saturne : R = 2575 km, densité = 1.91 Atmosphère (découverte en 1908) : T(sol) = 92 K, P(sol) = 1.5 atm Azote + 2-6% de méthane + molécules organiques complexes (photochimie) Le méthane est fragile ⇒ réservoir (sub-)surface ? Activité atmosphérique : nuages, super rotation : vents dirigés vers l’est, jusqu’à 34 m/s ! Structures linéaires : canaux fluviaux et/ou structures tectoniques Cratères (∼ 30 - 50 km) E. Josselin | Le Système Solaire 39/40 Généralités Les planètes telluriques Les planètes géantes gazeuses Les planètes géantes gazeuses Uranus et Neptune Prototypes de planètes océans ... Triton, satellite de Neptune : observation de geysers. E. Josselin | Le Système Solaire 40/40
