Cours 3 - Le système solaire

Le système solaire

Qu’est-ce qu’une planète ?

Terme difficile à définir… redéfini en 2006 par l'Union

astronomique internationale :

- En orbite autour d’une étoile ;

- Sans toutefois être une étoile ;

- Suffisamment massive pour que l’effet de sa propre

gravité lui confère une enveloppe sphérique ;

- Dominant son environnement et ayant « dégagé le

voisinage autour de son orbite »

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Des planètes en dehors du système

solaire ?

> 1000!!!

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Comment connaître la

masse d’une planète ?

Facile si la planète a un satellite : on utilise la

3ème loi de Kepler

a ae

foyer

e = excentricité

G = 6.67x10-11 m3/s2/kg

Masse de

la Planète

Distance

Planète-

Satellite

Période de

révolution du

satellite

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Europe tourne autour de

Jupiter :

• Période T de 3.55j

• Distance a = 670900km

Exemple de Jupiter

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1,00E+22

1,00E+23

1,00E+24

1,00E+25

1,00E+26

1,00E+27

1,00E+28

1,00E+29

1,00E+30

1,00E+31

Soleil

Jupite

r

Saturn

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Ura

nus

Nep

tune

Terre

Vénus

Mar

s

Gan

ymèd

e

Titan

Mer

cure

Cal

listo

Io

Lune

Europe

Triton

Pluto

n

La masse des

planètes

www.neufplanetes.org

Masse e

n k

g

Masse de la Terre : 5.96 1024 kg

Masse de Jupiter : 1.9 1027 kg

Masse du Soleil : 1.9 1030 kg

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Quand on connaît la masse, on

connaît la densité !

Densité des silicates

Densité H2O

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Catégorie : petite étoile jaune de type G2.Masse : 2. 1030 Kg.Volume : 1 392 000 km de diamètre (109 x D Terre).Composition : Gaz = H (70%), He (28%).Réacteur thermonucléaire : au cœur de l’étoile, fusion H en He.

Structure interne :

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La chromosphère du Soleil avec en haut à

droite des protubérances, SOHO.Taches solaires.

SOHO, NGM Juillet 2004.

Protubérances

Protubérances

Télescope solaire suédois.

Le cœur sombre d’une tache solaire (diamètre de la Terre).

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Silicates

O, Si, Al, Mg, Na, Ca, K

Fer, nickel et soufre.

Roches et métaux.Le s

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80-90 mol% de H

10-20 mol% de He

et d’un peu de méthane

d < 2

Composition chimique

très proche de celle du

Soleil.

Gaz.Le s

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Mars et Venus n’ont pas de champ

magnétique !

Avec les sondes envoyées, on peut

mesurer le champ magnétique

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Les plaines emplies de laves sont représentées en orange pâle dans le bassin Caloris (1 million de km2)

Les flèches blanches indiquent des plaines jeunes dont la composition semble proche de celles de Caloris.

Les flèches noires indiquent les « points rouges » qui seraient formés par des explosions volcaniques.

En bleu foncé, des zones occupées par de vieilles roches contenant peut-être de l’ilménite riche en fer.

Nasa/JHUAP/Arizona State University.

Image fausses couleurs.

Lancée le 3-08-2004, la sonde Messenger est passée le 14

Janvier 2008 à 200 km de Mercure.L

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Noyau métallique :

Fer principalement

40 % de son volume

2/3 de sa M totale

d élevée = 5,4.

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Atmosphère de Vénus.

Schéma de Vénus sans son atmosphère, d'après la sonde Magellan.

Atmosphère :

dense (95 bars),

épaisse de 50 à 70 km,

96 % de CO2 ;

effet de serre (460 °C).

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La surface de Vénus photographiée

par la sonde Magellan.

Cartographie sonde Magellan :

- des milliers de volcans;

- des dômes (coulées de lave) ;

- des cratères d’impact.

On considère que Vénus est volcaniquement active de nos jours…

…bien qu'aucune éruption n'ait été vue par la mission Magellan !

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Relief (eau = agent d’érosion).Hydrosphère liquide et solide.

Atmosphère (vapeur d’eau).

Biosphère (H20)

Google Earth

World Wind Earth

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Météore Cratère , (Arizona),

D = 1 km., 49000 ans.

Le Wolfe Creek (Australie),

D = 875 m, 300 000 ans.

Cratère du Manicouagan, Québec ;

Age = 210 Ma, D = 70 km,

météorite D = 3,5 km.

D impact = 20 x D météorite.

Cratère du Chixculub,

Mexique ;

Age = 65 Ma,

D = 200 km,

météorite D = 10 km.

Cratère du Popigai, Sibérie ;

Age = 40 Ma, D = 100 km,

météorite D = 5 km.

Le plus gros fragment de météorite

(Hoba = sidérite de 60 T) connu à ce

jour a été trouvé en 1920 en Namibie.

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Mars Pathfinder,

USA, 1996.

Mars Global Surveyor,

USA, 1996.

Plus d’activité géologique.World Wind Mars

Google Mars

Phobos.

28 x 22 x 18 km.

Deimos.

Mars au plus près de la Terre = 55 M de km.

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Mais y a t-il eu de l’eau liquide à la surface de Mars

?

De par sa position dans le

Système Solaire, Mars aurait dû

accumuler autant d'eau que la

Terre au cours de sa formation.

Mais son atmosphère = 0,03%

de vapeur d'eau.

Les calottes polaires.

L'eau liquide n'existe plus à la

surface de Mars.

© Hubble, NASA.

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Etagement bien visible qui résulterait d'un dépôt de sédiments dans un ancien lac maintenant asséché.

Viking I.

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Atmosphère = 95 % CO2.

Pression : 0,01 bar ; faible gravitation et

pas de champ magnétique pour se

protéger du vent solaire.

Un cyclone de 300 km

de diamètre

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Multi-impact de Shoemaker-Levy 9,

Image UV, NASA, juillet 1994.

Io

Impacts S-L.

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4 gros satellites et 36 petits satellites

La glace domine (noyau rocheux ?).

Activité géologique décroissante de façon centrifuge.

Couche de glace fissurée.

Io. Europe.

Callisto.Ganymède.

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Haemus Mons est une montagne localisée près du pole sud d'Io, 100 sur 200 km à la base.

Io, La caldeira du volcan Tupan d'après des photos de la sonde Galilèo en aout 2001.

Io, Volcan Pelé, Galileo.

Io, éruption Masubi, Galileo.

Io et ses volcans de soufre.

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Nasa.

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Triton et ses volcans/geysers d'azote.

L’évolution orbitale de

Triton fait qu'il se

rapproche de Neptune.

Dans 100 Ma, il sera si

proche de Neptune qu'il

se disloquera, et Neptune

héritera d'un superbe

anneau supplémentaire !

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Comète de Halley photographiée le 13 Mai 1910, source NASA.

Noyau de Halley, sonde Giotto, Mars 1986, ESA.

Venus

Halley, 1886, Giotto,ESA.

Halley…tous les 76 ans.

- De la ceinture de Kuiper, à peine au-delà de l'orbite de Neptune.

- Du nuage d'Oort.

Corps de forme irrégulière.

1 km < D noyau < 10 km.

Noyau = glace et de poussière.

En se rapprochant du Soleil, la glace de leur noyau s'évapore nuage de poussière tout autour = chevelure(peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de km de D.

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Comment expliquer la zonation chimique du Système Solaire

et les différents états de la matière (roche, gaz et glace) ?

Comment expliquer la petite

taille des planètes telluriques

et leur atmosphère ?

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3. U

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Observations dans la nébuleuse de l’Aigle:

Grains de < 5mm à proximité du centre

Inte

nsité lum

ineuse

Distance au centre de la nébuleuse

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La séquence de condensation générale… à partir de la nébuleuse

solaire

(gaz enrichi en éléments lourds).

1600 K

1300 K

800 K

1000 K

500 K

175K

150 à

120 Ket hydrates solides NH3 H20, CH4

H20.

H et He ne condensent pas

(les 20 K ne sont pas atteints).

JP Bourseau, UCBL1

Des expériences de condensation de mélanges gazeux et surtout des

calculs thermodynamiques montrent :

Champ du Fer :

1600 à 1300 K

Champ des Silicates :

1200 à 400 K

Champ des

glaces :

175 à 120 K

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• Les poussières s’attirent de manière électrostatique

• Lorsqu’elles deviennent plus grosse : attraction

gravitaire

• Problème : petits corps (< 1km) détruits facilement

par les collisions

Comment passer d’une poussière à un corps d’1km ~

comment passer d’acides aminés à la cellule

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AccrétionDes poussières aux planètes

Des poussières aux embryons de planètes…

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Planètes gazeuses :

1- Noyau de glaces

2- Capture des gaz

Croissance rapide !

Planètes rocheuses :

Impacts

Croissance lente

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A partir d’1km de diamètre…

AccrétionDes poussières aux planètes

• Les gros corps croissent

plus vite que les petits

(gravité + section efficace)

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AccrétionDes poussières aux planètesCroissance des embryons

(<1000km)

moonkam.ucsd.edu

Les impacts géants 3

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Énergie libérée

(M’Mars’=7x10^23kg)

Augmentation de T (Cp

=1000 J/kg/K)?

• Formation de la Lune

- impact d’un corps de la taille de Mars

Fusion ?

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Les impacts géants

AccrétionDes poussières aux planètes

E cinétique = 1/2 M v^2

E cinétique = MT*Cp*DT

E cinétique = 3,5x10^31 J

DT ~ 6000K

RGM

ev 2 = 11 km/s

G = 6.67x10-11 m3/s2/kg

Ce qu’il faut retenir

•Ce qu’est une planète

•Les types de planètes

•Comment connaître la masse et la

composition de la planète

•Les causes des différences entre les

planètes

•Histoire de l’accrétion