L`ENIGMATIQUE MERCURE

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