Les planètes telluriques Alain Doressoundiram

Les planètes telluriques

Alain Doressoundiramhttp://formation-professeurs.obspm.fr/

A. Doressoundiram

C’estQuoi

?

Ensemble des objets gouvernés par l’attraction gravitationnelle du soleil:

Soleil

8 planètes : Mercure, Vénus, Terre, Mars Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune

Planètes naines (Cérès, Pluton, Eris)

Satellites de planètes (>160)

Astéroïdes (~500000)

Comètes (plusieurs centaines)

Les petits corps du système solaire externe (~1300)

Mais aussi : poussières interplanétaires, plasma

Sans oublier les sondes interplanétaires (Voyager 1 et 2, Pionner, Rosetta,…)

Le Système Solaire

A. Doressoundiram

Le Système Solaire après le 24 Août 2006

Crédit NASA

Planètes

Planètesnaines

Définition d’une planète- en orbite autour du Soleil- « rond »- a fait le « ménage » sur son orbite

Eris

Mak

emak

e

Transneptuniens

Hau

mea

Eris

Mak

emak

eH

aum

ea

A. Doressoundiram 4

Les orbites des planètes sont à peu près dans un même plan

Système solaire interne

Exception à la règle : Pluton (angle 17°)

Orbite des planètes

A. Doressoundiram 5

Excentricité =

€

a2−b2

a2

3ème loi de Kepler : a3 / P2 = constante

Orbites des planètes (II)Planète Demi-grand Axe Période Excentricité

millions km unité astrono.

Années

Mercure 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

Jupiter 778 5.20 11.9 0.048

Saturne 1429 9.55 29.5 0.056

Uranus 2875 19.22 84.0 0.046

Neptune 4506 30.11 164.8

0.009

A. Doressoundiram 6

2 classes de planètes :

• Planètes telluriques: petites, peu massives et denses

• Planètes géantes: grandes, massives et peu denses

Propriétés physiques Planète Rayon Masse Densité Période de

(Terre = 1) (Terre = 1) (eau = 1) rotation propre

Mercure 0.382 0.055 5.43 58.64 j.

Vénus 0.949 0.815 5.20 -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

Saturne 9.449 95.1 0.69 10h14m

Uranus 4.007 14.5 1.32 17h14

Neptune 3.883 17.1 1.64 16h07

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Mercure

Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans

activité volcanique présente Surface couverte de cratères (idem

Lune)

A. Doressoundiram 8

Mercure

Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité

volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune)

A. Doressoundiram 9

Mercure



A. Doressoundiram 10

Mercure




Vénus

Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse

Surface rocheuse avec peu

de cratères (âge :500 millions)

Activité volcanique présente?


Vénus






Vénus






Vénus






Vénus






Terre

Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu

de cratères Activité volcanique et

tectonique


Terre



tectonique


Terre



tectonique


Terre



tectonique


Terre



tectonique


Terre



tectonique


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


Mars





Mars





Mars





Tellurique ou gazeusepetite ou massive

ou pourquoi les planètes se distinguent en 2 classes?


Conséquence de la formation du Système Solaire

Orbite des planètes

A. Doressoundiram

La formation du Système Solaire…

une pièce en 6 actes

Aux confins du système solaire, A. Doressoundiram et E. Lellouch, Belin (2008)

A. Doressoundiram

Séquence de condensation des

espèces chimiques dans la nébuleuse

protosolaire.


A. Doressoundiram

Stratification chimique du disque protosolaire



Géologie comparée

ou pourquoi les surfaces des planètes telluriques présentent-elles de si grandes différences?


La composition globale des planètes telluriques est

rocheuse : silicates, et fer et nickel (densité 5).

Les planètes telluriques se sont formées par accrétion de

«planétésimaux»

Chaudes, homogènes, liquides

Chute des matériaux les plus lourds (fer, nickel) vers le

centre:

Différenciation et formation d’un noyau.

Refroidissement de la surface : formation de la croûte

Planètes telluriques :Différenciation


Il existe deux sources principales de énergie: énergie initiale de l’accrétion et de la différentiation.

Radioactivité des roches (uranium, thorium, potassium).

L’évacuation de l’énergie donne lieu à deux types

d’activité : Volcanisme de points chauds : remontée de magma en des points

précis.

Tectonique des plaques : mouvements de la croûte.

Planètes telluriques :Énergie interne


Les densité des cratères permettent de dater l’âge des surfaces et la fin du volcanisme : 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

Durée de l’activité : proportionnelle au rayon

Planètes telluriques :Âge des surfaces


Il y a atmosphère et atmosphère…

ou pourquoi une telle diversité?

Température sans atmosphère dépend de 3 propriétés basiques :

Températures

Distance au Soleil

Une planète émet en retour ce qu’elle absorbe=> équilibre=>on en déduit la température.

Période de rotation

Albédo


Effet de serre

FLUX SOLAIRE

Gaz à effet de serre

Radiation thermique


planète Distance au Soleil (UA)

Albédo Durée du jour

Temp. Sans atmosphère

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

TempératuresRotation : 58 joursPériode orbitale : 88 jours0 = noir

1 = blanc


planète composition pression Vents, climat nuages

Mercure Atomes d’hydrogène, hélium, sodium, oxygène, potassium, argon

10-12 bar Aucun : trop peu d’atmosphère

Aucun

Vénus 96,5% CO2, 3,5% N2

0,1%CO, H2O, SO2

90 bars Vents faibles, pas de tempêtes violentes

Nuages d’acide sulfurique

Terre 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

Diversité des atmosphères


Initialement : 4 atmosphères semblables produites par : « dégazage » : rejet des gaz piégés dans les roches par l’activité volcaniqueimpacts de météorites et comètes contenant des volatiles : H2O, N2, CO, CO2,….

Composition des atmosphères initiales : CO2, N2, H2O,….

Pression : quelques fois la pression terrestre actuelle

Température compatible avec la présence d’eau liquide

Atmosphères


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

Une molécule de masse m dans une atmosphère de

température T a une vitesse VT proportionnelle à (T/m)1/2

si VT > V0 il y a échappement de l’atmosphère

Stabilité des atmosphères


Ceci explique les différences entre les planètes telluriques :

Terre : atmosphère; Lune : pas d’atmosphère

Différence de ???

Mars : atmosphère; Mercure : pas d’atmosphère

Différence de ???

Présence d ’azote, d ’oxygène et de carbone mais pas d’hydrogène ou d’hélium

Différence de ???

Stabilité des atmosphères

température

masse moléculaire

gravité


Vénus90 bars, 460°CTrès peu d’eauComposition : CO2

Terre1 bar, 15°CEau liquideComposition : O2, N2

Mars0.006 bar, -50°CTrès peu d’eauComposition : CO2



Cycle du carbone


VénusAugmentation de la luminosité solaire (~30%)Température augmenteH2O se vaporise, passe dans l’atmosphère où le rayonnement UV la détruitLes pluies diminuentCO2 s’accumule dans l’atmosphèreEffet de serre : température augmentePlus d’eau liquide, pas de cycle de CO2

Tactuelle=460°C Pactuelle=90 bars



Mars 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 décroîtl’eau gèle et passe dans le sous-sol (pergélisol)l’azote s ’échappe

Tactuelle = -50°CPactuelle=0.007 bar



TerreÉquilibre harmonieux entre l’augmentation de la lumière solaire (donc de l’évaporation et des pluies) et de la décroissance du CO2 atmosphérique par les précipitations

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’ozoneExplosion de la vie au carbonifère : décroissance de CO2, donc de la température

Tactuelle=15°C Pactuelle=1 bar


Documents

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