Post on 04-Apr-2015
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
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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
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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)
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Mercure
Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité
volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune)
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Mercure
Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité
volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune)
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Mercure
Pas d’atmosphère Surface rocheuse (basalte) sans activité
volcanique présente Surface couverte de cratères (idem Lune)
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Vénus
Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse
Surface rocheuse avec peu
de cratères (âge :500 millions)
Activité volcanique présente?
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Vénus
Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse
Surface rocheuse avec peu
de cratères (âge :500 millions)
Activité volcanique présente?
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Vénus
Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse
Surface rocheuse avec peu
de cratères (âge :500 millions)
Activité volcanique présente?
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Vénus
Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse
Surface rocheuse avec peu
de cratères (âge :500 millions)
Activité volcanique présente?
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Vénus
Présence d ’une atmosphère épaisse et nuageuse
Surface rocheuse avec peu
de cratères (âge :500 millions)
Activité volcanique présente?
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Terre
Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu
de cratères Activité volcanique et
tectonique
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Terre
Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu
de cratères Activité volcanique et
tectonique
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Terre
Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu
de cratères Activité volcanique et
tectonique
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Terre
Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu
de cratères Activité volcanique et
tectonique
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Terre
Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu
de cratères Activité volcanique et
tectonique
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Terre
Présence d’une atmosphère Eau liquide à la surface Surface rocheuse avec peu
de cratères Activité volcanique et
tectonique
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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
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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
A. Doressoundiram 24
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
A. Doressoundiram 25
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
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Tellurique ou gazeusepetite ou massive
ou pourquoi les planètes se distinguent en 2 classes?
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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.
Aux confins du système solaire, A. Doressoundiram et E. Lellouch, Belin (2008)
A. Doressoundiram
Stratification chimique du disque protosolaire
Aux confins du système solaire, A. Doressoundiram et E. Lellouch, Belin (2008)
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Géologie comparée
ou pourquoi les surfaces des planètes telluriques présentent-elles de si grandes différences?
A. Doressoundiram 32
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
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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
A. Doressoundiram 34
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
A. Doressoundiram 35
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
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Effet de serre
FLUX SOLAIRE
Gaz à effet de serre
Radiation thermique
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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
A. Doressoundiram 39
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
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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
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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
A. Doressoundiram 42
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
A. Doressoundiram 43
Vénus90 bars, 460°CTrès peu d’eauComposition : CO2
Terre1 bar, 15°CEau liquideComposition : O2, N2
Mars0.006 bar, -50°CTrès peu d’eauComposition : CO2
Diversité des atmosphères
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Cycle du carbone
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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
Diversité des atmosphères
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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
Diversité des atmosphères
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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
Diversité des atmosphères