Terre - Lisa

L’exploration du Système Solaire
François Raulin
LISA P1 3e pièce 325
[email protected]
http://www.lisa.univ-paris12.fr/ASTROP12/
L’exploration du Système Solaire
Vue d’ensemble du Système Solaire
Les différents objets
Quelques lois et définitions
Les 2 grandes classes de planètes
Les planètes intérieures et leurs satellites
Mercure
Vénus, Terre, Mars
Planétologie comparée
Les planètes extérieures et leurs satellites
Jupiter, les satellites galiléens et les autres
Saturne, Titan et les autres
D’Uranus à Pluton
Et au-delà…..
Vue d’ensemble du Système Solaire
Les différents objets
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Etoile
Planètes
Lunes
Systèmes d’anneaux
Astéroïdes
Ceinture de Kuiper (KBO)
Comètes
Météorites
Poussières
1
9 (8 – 10 ?)
156
4
> 200000
~800
155 (périodiques)
Flux UV
Vent Solaire
Le Système Solaire
Planètes telluriques
Planètes géantes
Ceinture
de Kuiper
Comètes
(17 + 46 satellites)
(18 +29 satellites)
(15 +12 satellites)
(1+
2)
(1)
(2)
(8 +5 satellites)
Ceinture d’astéroïdes
Poussières interplanétaires
Particules du vent solaire
Nuage de Oort →
Quelques lois et définitions
Première loi de Kepler (1609)
Chaque planète décrit, dans le sens direct, une
ellipse dont le Soleil occupe l'un des foyers
2a.e
Excentricité : e = FF’ / 2a
Deuxième loi de Kepler (1609)
Le rayon-vecteur reliant une planète au Soleil balaie
des aires égales en des temps égaux
Périhélie
Aphélie
Troisième loi de Kepler (1619)
Le carré de la période de révolution est proportionnel
au cube de la distance au Soleil
T2 / r3 = Constante
1 UA = distance moyenne Terre – Soleil = 149,6 Millions de km
Unité de temps : année terrestre
=> T2 / r3 = 1
Obliquités des planètes du
Système Solaire
Pas d’inclinaison de l’axe de rotation ⇒ pas de saisons
Inclinaison de l'orbite sur l'écliptique
Aplatissement
Aplatissement
= (Re – Rp)/Re
<< 1
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
3
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
39,44
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
0,246
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
17°10’
Période de
révolution
sidérale
87,9
jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans
et 280 jr
247 ans
et 250 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
6,39 jr
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
0,19
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
0
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
1,73
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
3
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
39,44
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
0,246
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
17°10’
Période de
révolution
sidérale
87,9
jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans
et 280 jr
247 ans
et 250 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
6,39 jr
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
0,19
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
0
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
1,73
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Pluton
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
3
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
39,44
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
0,246
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
17°10’
Période de
révolution
sidérale
87,9
jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans
et 280 jr
247 ans
et 250 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
6,39 jr
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
0,19
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
0
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
1,73
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
Période de
révolution
sidérale
87,9 jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans et
280 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
Période de
révolution
sidérale
87,9 jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans et
280 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
Période de
révolution
sidérale
87,9 jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans et
280 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
Période de
révolution
sidérale
87,9 jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans et
280 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
Période de
révolution
sidérale
87,9 jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans et
280 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
Nom de la
planète :
Mercu
re
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Nombre de
satellites
0
0
1
2
63
44
27
13
Demi-grand
axe (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,20
9,55
19,2
30,1
Excentricité
de l'orbite
0,206
0,007
0,017
0,093
0,048
0,056
0,046
0,0095
Inclin. de
l'orbite sur
l'écliptique
7°
3° 24’
0°
1° 51’
1° 19’
2° 30’
0° 46’
1° 47’
Période de
révolution
sidérale
87,9 jr
224,7 jr
365,3 jr
1 an et
321,7 jr
11 ans et
315 jr
29 ans et
167 jr
84 ans et
7,5 jr
164 ans et
280 jr
Période de
rotation
58,7 jr
243 jr ®
23,935 h
24,62 h
9,92 h
10,66 h
17,24 h
16,11 h
Diamètre
équatorial
(Terre=1)
0,382
0,949
1
0,532
11,2
9,46
4,01
3,88
Aplatissement
0
0
0,00335
0,005
0,062
0,0912
0,06
0,02
Densité
(Eau=1)
5,43
5,24
5,515
3,93
1,33
0,69
1,27
1,64
Les planètes telluriques :
Mercure
- les plus proches du Soleil
- faites de roches et de fer
Vénus
- petites
La Terre
- ont une surface
Mars
- denses
Les planètes gazeuses (ou joviennes) :
Jupiter
Saturne
Uranus
- plus éloignées du Soleil (planètes extérieures) - grandes
- pas de surface - peu denses - faites de gaz (H2 et He)
Neptune
Flux UV
Vent Solaire
Evolution photochimique
des atmosphères
Aurores Boréales
0,001 nm
10 100 nm
1 mm
λ
0,40 μm
0,70 μm
_
Nombre d’onde ν = 1/ λ
Fréquence ν = c / λ
avec C = 3 . 108 m.s-1
Albédo Ab =
(énergie réfléchie par la planète)
(énergie reçue du Soleil par la planète)
Effet de Serre
Autres Processus-Clés
Volcanisme et tectonique
Mars Olympus Mons
Plus grand volcan du système solaire
600 km de large
Mauna Loa 120 km
27 km de haut
Mauna Loa 9 km
(18 km au dessus du plateau)
Fait partie de la région de Tharsis region
4000 km de large, 10 km de haut
Impacts !!
Le Système Solaire
Planètes telluriques
Planètes géantes
Ceinture
de Kuipe
Comètes
(17 + 46 satellites)
(18 +29 satellites)
(15 +12 satellites)
(1
2
(1)
(2)
(8 +5 satellites)
Ceinture d’astéroïdes
Poussières interplanétaires
Nuage de Oort →
Mariner 10 (1974)
Mercure
• Diamètre de 4878 km.
• Période orbitale de 88 jours.
• Les écarts de température de
surface sont très importants :
400°C le jour, -170°C la nuit.
• Albédo très faible (A=0.06).
• Densité de 5.4 g cm-3 (~Terre).
• Pas d’activité géologique (depuis 3.8
Ga).
• Présence possible de glace d'eau au
pôle nord et au fond de certains
cratères.
• Pas d’atmosphère (traces de Na,
He).
Mariner 10 (1974)
Messenger (NASA) lancé en 2004 – arrivée 2008
BepiColumbo (ESA) lancement en 2012
Venus, Galileo
Venera 9 (1975) : 1ères images (N & B) de la surface
Venera 13 (1981) : 1ères images panoramiques couleur et
analyses de la surface (basalte rare)
Vega 1 et Vega 2 (décembre 1984) en route vers la
comète de Halley : ballon et lander analyse de
l’atmosphère et de la surface
Et du coté NASA …..
Mariner 2 (1962-63), Mariner 5 (1967), Mariner 10
(1974) en route vers Mercure
Pioneer-Venus (1978):
Pioneer 12 et Pioneer
13 avec 4 sondes
atmosphériques
Galileo (1989) en
route vers Jupiter
Puis Cassini en 1998
et 1999
Magellan (1990) : imagerie radar avec couverture de
98% de la planète
Fossey
crater :
cratère
d’imact
D~30 Km
Ancien fleuve
de lave
50km de long
2km de large
Maat Month, hauteur : 3km
Sapas Mons
volcano
1,5 Km de
haut
400 Km de
base
« Pancake » volcano
Vénus
• Atmosphère massive (~90 bar)
Filtre violet
CO2 96,5% - N2 3,3 %
⇒ Enorme effet de serre (Tsurf = 460°C)
• Epaisse couverture nuageuse de
H2SO4 produit par photochimie (SO2 & H2O)
• Cycle du soufre
– Surface : COS (et H2S ?)
– Volcanisme : SO2 ?
– Photochimie : H2SO4, SO3, Sx, SO ...
• Super-rotation
Vents > 500 km/hr au sommet des nuages
(alors que Prot = 243 jours terrestres)
Filtre IR proche
Questions :
– Evolution de Vénus; qu’est
devenu H2O ?
– Origine de la super-rotation ?
– Volcanisme actif ?
Venus Express (ESA)
Lancement : 9/11/05 …
Terre
• Large réservoir d’eau liquide (océans)
– Apparition de la vie
– Cycles hydrologique et bio-géochimique : dissolution et piégeage du CO2
• Volcanisme actif, tectonique des plaques
– Cycle géochimique : recyclage du CO2
• Activité biologique
– Affecte fortement la composition atmosphérique
• O2 produit par photosynthèse ; présence d’une couche d’ozone importante
• ‘ Faible ’ concentration de CO2 (grâce à la photosynthèse)
• Présence de CH4 - gaz réducteur - (biochimie, agriculture)
• Questions :
– Tsurf stable pendant des milliards d’années (eau liquide). Mécanisme de
régulation ? CO2, biosphère ?
– Stabilité du climat ? Effet de l’augmentation actuelle de CO2, CH4 ...?
Composition de la basse atmosphère
Composés
%
Azote (N2)
78 %
Oxygène (O2)
21 %
Argon (Ar)
0,93 %
Vapeur d'eau (H2O)
0-~4%
Gaz carbonique (CO2)
0,01 – 0,1 %
Ozone (O3)
0 - 0,00002 % (200 ppb)
Et bien d’autres composés, gaz rares,
Oxydes d’azote, CO, HCN, HCHO, …..
Albédo : 0,07
(Terre:0,34)
Apollo 11, juillet 1969
Apollo 11- 17 (1969-72) : ~380 Kg d’échantillons
(dont plus de 110 avec Apollo 17)
Missions soviétiques robotisées
Luna 1 (1959 !) à Luna 24 (1976): 300 g
Copernicus
La face
La face
cachée
cachée
Pole sud
Clementine,
1994