L'atmosphère, la surface des planètes
2005/06/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
La Terre est entourée d'une couverture de gaz. Ces gaz sont restés sans reculer : ils sont trop légers pour être collés à la surface terrestre et trop lourds pour surmonter la force de la gravitation de la Terre et quitter l'espace ouvert. L'ensemble de ces gaz constitue une atmosphère.
Cependant, en observant les planètes voisines, on observe que tous n'ont pas d'atmosphère. En général, il faut remplir un certain nombre de conditions pour avoir une atmosphère, mais surtout la force gravitationnelle est indispensable. Sinon, la température a également à voir, logiquement, avec la pression. Une température minimale est requise pour que les molécules soient à l'état gazeux et non à l'état liquide ou solide. Une température trop élevée n'est pas recommandée, car avec cette énergie, le gaz peut échapper à un grand espace. Cependant, une planète peut avoir une atmosphère à des températures très élevées si elle a beaucoup de force gravitationnelle.
Géants gazeux
Regardez Jupiter et les autres géants gazeux comme Saturne, Uranus et Neptune. Sa température est très élevée, mais sa force gravitationnelle est encore plus grande. Il est si grand qu'il est capable de capter et de retenir les gaz environnants autour des planètes. De cette façon, il a pris la mesure que ces planètes ont aujourd'hui, et c'est pourquoi ils sont appelés géants gazeux, surtout parce qu'ils sont des planètes colossales formées par des gaz. Par exemple, la masse de Jupiter est 300 fois celle de la Terre et le volume est 1.300 fois supérieur.
Il ne semble pas facile de distinguer l'atmosphère sur une planète composée de gaz. En définitive, comment distinguer la couche de gaz de la zone, qui par définition est cette atmosphère, si la planète elle-même est composée de gaz? La vérité est que ces planètes contiennent un petit noyau solide, formé de roches et d'hydrogène métalliques, entre autres. Le noyau solide de Neptune, par exemple, a la taille de la Terre, mais si l'atmosphère est prise en compte, Neptune est presque 60 fois plus grande.
Malgré le faible caractère solide des géants gazeux, leur couche de gaz autour du noyau est également très compacte, avec une grande pression, et il a été déterminé que plus d'une couche de gaz couvrant la planète en fait partie.
Malgré l'atmosphère dense, il n'y a pas de mouvement. Il suffit de regarder le mouvement des nuages que l'on voit sur la surface de Saturne ou de Jupiter. La présence de nuages dans l'atmosphère rend les déplacements de vent – turbulences, etc. – faciles à suivre. Sur ces planètes, il ne manque donc pas de vent. Et il y a des tempêtes, Jupiter, par exemple, a une énorme tache rouge qui semble être un cyclone. On ne peut pas comparer ce cyclone avec celui de la Terre, qui n'est pas une semaine, mais qui a duré des siècles. Il a été observé pour la première fois en 1664 et, malgré quelques incidents, il reste encore.
Sa composition est plus proche du Soleil que les autres planètes. Les principaux composants sont l'hydrogène et l'hélium. En quelque sorte, les géants gazeux sont des étoiles sans énergie suffisante.
Sols en parquet
Comme vous pouvez le constater, notre planète (la Terre) et ses environs sont très différents et ne ressemblent pas à ces géants gazeux. Il suffit de regarder la mesure: Mercure, Vénus, la Terre et Mars semblent nains avec ces géants. En outre, ils sont essentiellement solides, de sorte qu'ils sont appelés planètes terrestres. Étant si différents, les atmosphères sont également très différentes.
On distingue donc deux types de planètes par rapport à l'atmosphère, les géants gazeux et les planètes terrestres. La raison de cette différence dépend de la naissance du système solaire. Il y a environ 4,5 milliards d'années, les planètes ont émergé: Les petites et solides planètes terrestres les plus proches du Soleil, et les gigantesques planètes gazeuses ont augmenté plus loin avec des traces de gaz.
Sur les planètes, les éléments les plus lourds sont tombés vers le centre et le reste s’est empilé, en fonction de leur poids. La planète nouveau-née a été définie par trois processus : les volcans libéraient du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau, certains matériaux s'évaporaient et les météorites occasionnelles amenaient de nouveaux composés. Bien que les processus étaient similaires sur toutes les planètes, les conséquences étaient différentes. La masse de chaque planète et sa proximité avec le Soleil ont été déterminants.
Certaines de ces planètes initiales ont résisté à l'atmosphère et d'autres non. Les planètes plus petites ont du mal à maintenir l'atmosphère: Mercure et Mars. Aujourd'hui, Mercure n'a pas d'atmosphère et celle de Mars est très mince.
Mercure est le plus petit des planètes terrestres, avec une masse dix-huit fois inférieure à la Terre, et le plus proche du Soleil. Les observations faites par la Terre et par le navire de l'espace Mariner 10 n'ont pas montré de signes d'une atmosphère visible. Cinq éléments ont été trouvés sur la surface (oxygène, hydrogène, néon, sodium et potassium) mais ne forment pas une atmosphère, mais une fine couche appelée exosphère.
Mercure est trop petit pour avoir l'atmosphère. Mais il a aussi une autre raison de ne pas avoir l'atmosphère: Il est très proche du soleil et le vent solaire entraîne les marques de gaz. En fait, le Soleil émet des particules chargées dans toutes les directions, comme un souffle de vent.
Mars est aussi relativement petit: Il est presque le double de Mercure, mais neuf fois moins que la Terre. Dans les photographies prises sur Mars, la surface est appréciée, de sorte que l'atmosphère est presque transparente (à peine des nuages apparaissent ou similaires). Selon les experts, c'était aussi un fait qui a contribué à rendre l'atmosphère plus forte : l'impact d'un grand objet. On croit que cet impact a provoqué une grande partie de l'atmosphère initiale vers l'espace, favorisée par le vent solaire et la petite gravité. Mais, comme nous l'avons dit, ils sont suspects.
Vénus dir-dir
Les deux autres planètes, la Terre et Vénus, sont plus grandes et ont une atmosphère. Le vent solaire atteint Vénus avec plus de force que la Terre, car c'est la planète la plus proche du Soleil après Mercure. Cependant, il est capable de maintenir la couche gazeuse qui l'entoure. Son atmosphère est très compacte - il n'est pas possible de voir la surface de Vénus vue de la Terre -, elle est formée majoritairement de dioxyde de carbone, et la pression superficielle de cette planète est très élevée, environ 90 fois supérieure à celle de la Terre - il n'est pas surprenant que les sondes enterrées n'aient survécu que quelques heures avant la destruction des pressions.
Mais ce qui a suscité la curiosité des astronomes est une autre caractéristique de l'atmosphère de Vénus: l'atmosphère tourne plus vite que la planète elle-même. La période de rotation de Vénus est de 243 jours et celle de l'atmosphère de 4 jours
En fait, en l'absence de vent, l'atmosphère devrait tourner à la même vitesse que la planète. Mais dans l'atmosphère de Vénus, beaucoup d'énergie s'accumule. Cette énergie provient du Soleil : la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est très élevée et l'énergie s'accumule par l'effet de serre dans les nuages de l'atmosphère.
Cette atmosphère dense, en plus d'accumuler l'énergie du Soleil, la reflète aussi, et c'est pourquoi Vénus est si brillante. C'est la planète la plus visible de la Terre grâce à son atmosphère.
Cependant, cette atmosphère dense de Vénus ne protège pas totalement du vent solaire, et les particules chargées (ions) semblent produire des aurores continues. La lumière de l'aurore se produit lorsque les molécules de l'atmosphère, après avoir été excitées par les ions, sont récupérées. Pour se protéger complètement du flux d'ions, Vénus aurait besoin d'une puissante magnétosphère, un puissant champ magnétique.
La magnétosphère elle-même est sphérique, mais, en raison du vent solaire, elle prend forme de goutte (la face du soleil est plate et s'allonge du côté opposé). Cependant, la présence de la magnétosphère ne suffit pas non plus pour faire face au vent solaire, car elle a des points faibles.
Les aurores terrestres en sont un exemple : les aurores sont visibles dans les zones polaires et ce n'est pas un hasard. Dans les territoires où seraient les sommets de l'axe de rotation de la Terre, la magnétosphère est plus faible et le vent solaire est plus pénétrant dans l'atmosphère. En réalité, les aurores sont constantes, mais seules les plus intenses sont visibles pour les yeux humains.
En tant qu'origine et mesure similaires, les atmosphères de la Terre et de Vénus devraient être plus semblables – on dit que Vénus est la sœur de la Terre. Mais, comme on le sait, la composition est très différente. Les principaux composants de l'atmosphère terrestre sont l'azote et l'oxygène, et celui de Vénus le dioxyde de carbone. Apparemment, l'évolution de l'atmosphère terrestre a été très différente. Nous ne savons pas exactement comment cette évolution a été faite, mais tous les signes indiquent que dans le centre de la salsa il y a des êtres vivants. En définitive, elle est la conséquence d'une évolution ininterrompue.
Atmosphères lointaines
La plupart des planètes et des satellites de notre système solaire ont été observés directement pour déterminer s'ils ont l'atmosphère, mais avec ceux qui sont loin le travail est plus compliqué. Dans le cas de Pluton, par exemple, étant si petit, on peut penser qu'il n'a pas d'atmosphère. L'azote, le méthane et le monoxyde de carbone ont été détectés à la surface de Pluton, mais ils sont gelés loin du soleil, car la température est très froide (-220°C). Cependant, comme nous approchons du soleil, la température augmente et il est possible que ces composés deviennent des gaz et forment une fine atmosphère.
La structure et la température de l'atmosphère de Pluton ont été déterminées en 1988, quand il est passé devant le soleil. Et pour connaître l'atmosphère des planètes extrasolaires, exoplanètes, on utilise aussi le passage devant une étoile. Il recueille comment la lumière qui vient de cette étoile change et se compare à celle qui est reçue quand elle n'a pas de planète en avant. En filtrant la lumière de l'étoile dans l'atmosphère de l'exoplanète, la spectroscopie identifie les composants de l'atmosphère.
Il n'y a pas si longtemps, en 2001, une atmosphère a été découverte sur une planète en dehors de notre système solaire. Il appartient à une exoplanète de la constellation de Pegasus (HD 209458b), située à 150 ans lumière de la Terre. Pour cela, nous avons utilisé le télescope spatial Hubble. Et ce n'était pas un progrès lent, étant donné que la première exoplanète a été détectée quelques années plus tôt (1995), une planète qui orbitait autour d'une étoile semblable au soleil.
Exoplanète a profité d'un événement particulier pour détecter son atmosphère: Il passa entre la Terre et l'étoile qui priait. Et ainsi, la lumière émise par l'étoile a traversé l'atmosphère de l'exoplanète. Grâce à lui, il a conclu qu'il était un géant du gaz.
