Astronomie

objectifs D’apprentissage

à la fin de cette section, vous pourrez:

• décrire les caractéristiques des planètes géantes, des planètes terrestres et des petits corps du système solaire
• expliquer ce qui influence la température de la surface d’une planète
• expliquer pourquoi il y a le fait qu’il existe deux types distincts de planètes—les planètes terrestres rocheuses et les planètes joviennes riches en gaz-nous amène à croire qu’elles se sont formées dans des conditions différentes., Certes, leurs compositions sont dominées par différents éléments. Regardons chaque type plus en détail.

  les planètes géantes

  Les deux plus grandes planètes, Jupiter et Saturne, ont presque la même composition chimique que le soleil; elles sont composées principalement des deux éléments hydrogène et hélium, avec 75% de leur masse étant de l’hydrogène et 25% de l’hélium. Sur Terre, l’hydrogène et l’hélium sont des gaz, donc Jupiter et Saturne sont parfois appelées planètes gazeuses. Mais, ce nom est trompeur., Jupiter et Saturne sont si grandes que le gaz est comprimé dans leur intérieur jusqu’à ce que l’hydrogène devienne liquide. Parce que la majeure partie des deux planètes se compose d’hydrogène comprimé et liquéfié, nous devrions vraiment les appeler des planètes liquides.

  

  Figure 1: Jupiter. Cette image en couleurs vraies de Jupiter a été prise par la sonde Cassini en 2000. (crédit: modification des travaux de NASA / JPL / University of Arizona)

  Sous la force de la gravité, les éléments les plus lourds s’enfoncent vers les parties internes d’une planète liquide ou gazeuse., Jupiter et Saturne ont donc des noyaux composés de roches, de métal et de glace plus lourds, mais nous ne pouvons pas voir ces régions directement. En fait, quand nous regardons d’en haut, tout ce que nous voyons est l’atmosphère avec ses nuages tourbillonnants (Figure 1). Nous devons déduire l’existence du noyau plus dense à l’intérieur de ces planètes à partir d’études de la gravité de chaque planète.

  Uranus et Neptune sont beaucoup plus petits que Jupiter et Saturne, mais chacun a aussi un noyau de roche, de métal et de glace., Uranus et Neptune étaient moins efficaces pour attirer l’hydrogène et l’hélium gazeux, de sorte qu’ils ont des atmosphères beaucoup plus petites en proportion de leurs noyaux.

  chimiquement, chaque planète géante est dominée par l’hydrogène et ses nombreux composés. Presque tout l’oxygène présent est combiné chimiquement avec l’hydrogène pour former de l’eau (H2O). Les chimistes appellent une telle composition dominée par l’hydrogène réduite. Dans tout le système solaire externe, nous trouvons de l’eau abondante (principalement sous forme de glace) et une chimie réductrice.

  les planètes terrestres

  Les planètes terrestres sont très différentes des géantes., En plus d’être beaucoup plus petits, ils sont composés principalement de roches et de métaux. Ceux-ci, à leur tour, sont faits d’éléments moins communs dans l’univers dans son ensemble. Les roches les plus abondantes, appelées silicates, sont faites de silicium et d’oxygène, et le métal le plus commun est le fer. Nous pouvons dire de leurs densités (voir Tableau 2 en vue d’ensemble de notre système planétaire) que mercure a la plus grande proportion de métaux (qui sont plus denses) et la Lune a la plus faible., La Terre, Vénus et Mars ont toutes des compositions en vrac à peu près similaires: environ un tiers de leur masse est constitué de combinaisons fer-nickel ou fer-soufre; les deux tiers sont constitués de silicates. Parce que ces planètes sont en grande partie composées de composés oxygénés (tels que les minéraux silicatés de leurs croûtes), leur chimie est dite oxydée.

  lorsque nous regardons la structure interne de chacune des planètes terrestres, nous constatons que les métaux les plus denses sont dans un noyau central, avec les silicates plus légers près de la surface., Si ces planètes étaient liquides, comme les planètes géantes, nous pourrions comprendre cet effet comme le résultat du naufrage d’éléments plus lourds en raison de l’attraction de la gravité. Cela nous amène à conclure que, bien que les planètes terrestres soient solides aujourd’hui, à un moment donné, elles devaient avoir été suffisamment chaudes pour fondre.

  la différenciation est le processus par lequel la gravité aide à séparer l’intérieur d’une planète en couches de compositions et de densités différentes. Les métaux les plus lourds coulent pour former un noyau, tandis que les minéraux les plus légers flottent à la surface pour former une croûte., Plus tard, lorsque la planète se refroidit, cette structure en couches est préservée. Pour qu’une planète rocheuse puisse se différencier, elle doit être chauffée au point de fusion des roches, qui est généralement supérieur à 1300 K.

  lunes, astéroïdes et Comètes

  chimiquement et structurellement, la lune de la Terre est comme les planètes terrestres, mais la plupart des lunes sont dans le système solaire externe, et elles ont des compositions similaires aux noyaux des planètes géantes autour desquelles elles orbitent., Les trois plus grandes lunes—Ganymède et Callisto dans le système jovien, et Titan dans le système saturnien—sont composées pour moitié d’eau gelée et pour moitié de roches et de métaux. La plupart de ces lunes se sont différenciées au cours de la formation, et aujourd’hui elles ont des noyaux de roche et de métal, avec des couches supérieures et des croûtes de glace très froide et donc très dure (Figure 2).

  

  Figure 2: Ganymède. Cette vue de Ganymède, la lune de Jupiter, a été prise en juin 1996 par la sonde Galileo., La couleur gris brunâtre de la surface indique un mélange poussiéreux de matériau rocheux et de glace. Les points lumineux sont des endroits où des impacts récents ont découvert de la glace fraîche par le dessous. (crédit: modification des travaux par NASA / JPL)

  la plupart des astéroïdes et des comètes, ainsi que les plus petites lunes, n’ont probablement jamais été chauffés au point de fusion. Cependant, certains des plus grands astéroïdes, tels que Vesta, semblent être différenciés; d’autres sont des fragments de corps différenciés., Parce que la plupart des astéroïdes et des comètes conservent leur composition d « origine, ils représentent un matériau relativement non modifié sortir ensemble Retour à l » époque de la formation du système solaire. En un sens, ils agissent comme des fossiles chimiques, nous aidant à en apprendre davantage sur une époque dont les traces ont été effacées sur des mondes plus vastes.

  Températures: extrême

  d’une manière générale, plus une planète ou la lune, du Soleil, plus sa surface. Les planètes sont chauffées par l’énergie rayonnante du soleil, qui s’affaiblit avec le carré de la distance., Vous savez à quelle vitesse l’effet de chauffage d’une cheminée ou d’un radiateur extérieur diminue lorsque vous vous en éloignez; le même effet s’applique au soleil. Mercure, la planète la plus proche du Soleil, a une température de surface cloquante qui varie de 280 à 430 °C sur son côté ensoleillé, alors que la température de surface sur Pluton n’est que d’environ -220 °c, plus froide que l’air Liquide.

  mathématiquement, les températures diminuent approximativement proportionnellement à la racine carrée de la distance du Soleil., Pluton est à environ 30 uA au plus près du soleil (ou 100 fois la distance de mercure) et à environ 49 UA au plus loin du Soleil. Ainsi, la température de Pluton est inférieure à celle de mercure par la racine carrée de 100, soit un facteur de 10: de 500 K à 50 K.

  en plus de sa distance au soleil, la température de surface d’une planète peut être fortement influencée par son atmosphère. Sans notre isolation atmosphérique (l’effet de serre, qui maintient la chaleur), les océans de la terre seraient gelés en permanence., Inversement, si Mars avait une atmosphère plus grande dans le passé, elle aurait pu supporter un climat plus tempéré qu’aujourd’hui. Vénus en est un exemple encore plus extrême, où son épaisse atmosphère de dioxyde de carbone agit comme isolant, réduisant l’évacuation de la chaleur accumulée à la surface, entraînant des températures supérieures à celles de Mercure. Aujourd’hui, la Terre est la seule planète où les températures de surface se situent généralement entre les points de congélation et d’ébullition de l’eau. Pour autant que nous sachions, la Terre est la seule planète à soutenir la vie.,

  There’s No Place Like Home

  dans le film classique Le Magicien d’Oz, Dorothy, l’héroïne, conclut après ses nombreuses aventures dans des environnements « extraterrestres” qu’ « il n’y a pas d’endroit comme la maison.” On peut en dire autant des autres mondes de notre système solaire. Il y a beaucoup d’endroits fascinants, grands et petits, que nous aimerions visiter, mais les humains ne pourraient pas survivre sans une grande aide artificielle.

  Une épaisse atmosphère de dioxyde de carbone maintient la température de surface de notre voisine Vénus à un grésillement de 700 K (près de 900 °F)., Mars, d’autre part, a des températures généralement inférieures au point de congélation, avec de l’air (également principalement du dioxyde de carbone) si mince qu’il ressemble à celui trouvé à une altitude de 30 kilomètres (100,000 pieds) dans l’atmosphère terrestre. Et la planète rouge est tellement sec qu’il n’a pas eu de pluie depuis des milliards d’années.

  Les couches extérieures des planètes joviennes ne sont ni assez chaudes ni assez solides pour l’habitation humaine., Toutes les bases que nous construisons dans les systèmes des planètes géantes peuvent bien être dans l’espace ou l’une de leurs lunes—dont aucune n’est particulièrement accueillante pour un hôtel de luxe avec piscine et palmiers. Peut-être trouverons-nous des refuges plus chauds au fond des nuages de Jupiter ou dans l’océan sous la glace gelée de sa lune Europa.

  tout cela suggère que nous ferions mieux de bien prendre soin de la terre car c’est le seul site où la vie telle que nous la connaissons pourrait survivre., L’activité humaine récente pourrait réduire l’habitabilité de notre planète en ajoutant des polluants dans l’atmosphère, en particulier le puissant gaz à effet de serre, le dioxyde de carbone. La civilisation humaine change radicalement notre planète, et ces changements ne sont pas nécessairement pour le mieux. Dans un système solaire qui ne semble pas prêt à nous recevoir, rendre la Terre moins hospitalière à la vie peut être une grave erreur.

  activité géologique

  les croûtes de toutes les planètes terrestres, ainsi que des plus grandes lunes, ont été modifiées au cours de leur histoire par des forces internes et externes., Extérieurement, chacun a été frappé par une lente pluie de projectiles venus de l’espace, laissant leurs surfaces empochées par des cratères d’impact de toutes tailles (voir Figure 3 en vue D’ensemble de notre système planétaire). Nous avons de bonnes preuves que ce bombardement était beaucoup plus important dans les débuts de l’histoire du système solaire, mais il continue certainement à ce jour, même si à un rythme inférieur. La collision de plus de 20 gros morceaux de la comète Shoemaker–Levy 9 avec Jupiter à l’été 1994 (voir Figure 3) est un exemple spectaculaire de ce processus.,

  

  la Figure 3: la Comète Shoemaker–Levy 9. Sur cette image de la comète Shoemaker–Levy 9 Prise le 17 mai 1994 par le télescope spatial Hubble de la NASA, vous pouvez voir environ 20 fragments glacés dans lesquels la comète s’est brisée. La comète était à environ 660 millions de kilomètres de la Terre, se dirigeant sur une trajectoire de collision avec Jupiter. (crédit: modification des travaux de la NASA, ESA, H. Weaver (STScl), E. Smith (STScl))

  La Figure 4 montre les conséquences de ces collisions, lorsque des nuages de débris plus grands que la Terre ont pu être vus dans L’atmosphère de Jupiter.,

  

  Figure 4: Jupiter avec d’Énormes Nuages de Poussière. Le télescope spatial Hubble a pris cette séquence d’images de Jupiter à l’été 1994, lorsque des fragments de la comète Shoemaker–Levy 9 sont entrés en collision avec la planète géante. Ici, nous voyons le site frappé par le fragment G, de cinq minutes à cinq jours après l’impact. Plusieurs des nuages de poussière générés par les collisions sont devenus plus grands que la Terre. (crédit: modification de l’œuvre par H., Hammel, NASA)

  pendant le temps où toutes les planètes ont été soumises à de tels impacts, les forces internes sur les planètes terrestres ont bouclé et tordu leurs croûtes, construit des chaînes de montagnes, éclaté comme des volcans, et généralement remodelé les surfaces dans ce que nous appelons l’activité géologique. (Le préfixe geo signifie « Terre », donc c’est un peu un terme” terre-Chauvin », mais il est si largement utilisé que nous nous inclinons devant la tradition.,) Parmi les planètes terrestres, la Terre et Vénus ont connu la plus grande activité géologique au cours de leur histoire, bien que certaines des lunes du système solaire extérieur soient également étonnamment actives. En revanche, notre propre Lune est un monde mort où l’activité géologique cessé milliards d’années.

  l’activité Géologique sur une planète est le résultat d’un intérieur chaud. Les forces du volcanisme et de la construction de montagnes sont entraînées par la chaleur qui s’échappe de l’intérieur des planètes., Comme nous le verrons, chacune des planètes a été chauffée au moment de sa naissance, et cette chaleur primordiale a initialement alimenté une activité volcanique étendue, même sur notre lune. Mais, de petits objets tels que la Lune se sont rapidement refroidis. Plus la planète ou la Lune est grande, plus elle conserve longtemps sa chaleur interne, et donc plus nous nous attendons à voir des preuves de surface d’une activité géologique continue. L’effet est similaire à notre propre expérience avec une pomme de terre cuite chaude: plus la pomme de terre est grande, plus elle refroidit lentement. Si nous voulons qu’une pomme de terre refroidisse rapidement, nous la coupons en petits morceaux.,

  Pour la plupart, l’histoire de l’activité volcanique sur les planètes telluriques, est conforme aux prédictions de cette théorie simple. La Lune, le plus petit de ces objets, est un monde géologiquement mort. Bien que nous en sachions moins sur Mercure, il semble probable que cette planète, elle aussi, ait cessé la plupart des activités volcaniques à peu près au même moment que la Lune. Mars représente un cas intermédiaire. Il a été beaucoup plus actif que la Lune, mais moins que la Terre. La terre et Vénus, les plus grandes planètes terrestres, ont encore aujourd’hui des intérieurs en fusion, environ 4,5 milliards d’années après leur naissance.,

  Concepts clés et résumé

  Les planètes géantes ont des noyaux denses environ 10 fois la masse de la terre, entourés de couches d’hydrogène et d’hélium. Les planètes terrestres se composent principalement de roches et de métaux. Ils étaient autrefois fondus, ce qui a permis à leurs structures de se différencier (c’est-à-dire que leurs matériaux plus denses ont coulé au centre). La Lune ressemble aux planètes terrestres en composition, mais la plupart des autres lunes—qui orbitent autour des planètes géantes—ont de plus grandes quantités de glace gelée en leur sein. En général, les mondes plus proches du Soleil ont des températures de surface plus élevées., Les surfaces des planètes terrestres ont été modifiées par les impacts de l’espace et par divers degrés d’activité géologique.

  Glossaire

  différenciation: séparation gravitationnelle de matériaux de densité différente en couches à l’intérieur d’une planète ou d’une lune