Mercure, une planète inattendue

2013/05/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia

Quand il est passé près de Mercure en janvier 2008, la sonde Messenger avançait trop vite. Il ne pouvait pas entrer en orbite autour de la planète. Donc, il a fait une approche que les astronomes appellent flyby. Il a obtenu des photos de la planète et, surtout, l'attraction de la gravité l'a aidé à freiner un peu. Mais il était encore trop rapide, il a dû passer deux autres fois sans s'arrêter près de la planète et finalement, le 18 mars 2011, il est entré dans l'orbite de Mercure.

Un des problèmes pour enquêter sur Mercure est la vitesse. Pour se rapprocher de la planète, les sondes se déplacent trop vite comme Messenger. La planète elle-même présente également une orbite très rapide, plus rapide que toute autre planète du système solaire, en raison de sa proximité avec le Soleil. Et la rotation de la planète est très lente. "Parce que le soleil lui-même freine la rotation de Mercure. Et il lui coûte beaucoup de tourner sur lui-même », affirme l'astronome Jesús Arregi de l'UPV et membre du Groupe des Sciences Planétaires.

Jesús Arregi (Aretxabaleta, 1958). Physique. Il a fait sa thèse de doctorat en astrophysique à l'UPV. Depuis sa fondation, il fait partie du groupe des Sciences Planétaires. Ed. © Par Jesús Arregi

Le jour de Mercure, le temps qu'il faut pour faire un tour complet autour de lui-même, est de 59 jours terrestres. Elle tourne très lentement. C'est pourquoi l'astronome italien Giovanni Schiaparelli a dit que Mercure avait toujours la même différence orientée vers le soleil. Dans les années 1960, grâce au radar, les astronomes ont découvert que tous les côtés de la planète regardaient le Soleil avant ou après.

Ceci est très important pour les chercheurs actuels, car les conditions sont très différentes, qu'elles soient ou soient dans l'obscurité par rapport au Soleil. « 59 jours après l'enquête, ils assurent que toutes les parties de Mercure ont passé leur journée de lumière et leur nuit », déclare Arregi. "Il peut y avoir des incidences sur la différence entre la nuit et le jour. Il convient d'analyser ce genre de questions avant de publier quoi que ce soit, alors que les données pourraient être déformées. C'est pourquoi on laisse un peu de temps pour que le cycle soit accompli". Messenger est entré en orbite en Mars 2011 et les premiers résultats des recherches effectuées avec les données recueillies ont été diffusés en Octobre.

Informations en photos

Il y avait beaucoup d'espoir avec les photos. Avant Messenger, en 1974 et 1975, était la sonde Mariner 10 près de Mercure, mais n'entre pas en orbite. Il a fait trois flybys et sur les trois était éclairé le même côté de Mercure. La sonde a fait beaucoup de photos, mais elle n'a pu les faire qu'à 45% de la surface de la planète. Les photos de Messenger ont également montré la partie que je n'avais pas vu auparavant.

"Ce sont des photos très haute définition", affirme Arregi. "Les sorties en noir et blanc nous donnent une résolution de 250 mètres. C'est, vous voyez tout ce qui est plus grand. Ci-dessous pas encore. La résolution des couleurs est d'un kilomètre. Et puis, sur les photos spéciales, qui ont été faites pour étudier des détails spéciaux, vous obtenez une résolution de dix mètres. Par conséquent, les photographies sont obtenues avec beaucoup de détails, ce qui a rendu possible tant de découvertes."

Grâce à la résolution des photos on voit aussi des cratères qui n'ont pas été vus auparavant. Selon les experts, les plus petits cratères de la surface de Mercure sont de la taille d'une tasse et les plus grands de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre. Et ils ont des informations très utiles pour les astronomes. En l'absence de la planète atmosphérique, les cratères générés sur la planète se sont peu dégradés. Surface non érodée. Sur les pierres, il reste des restes de tout ce qui s'est passé. Et les cratères aident à interpréter cette écriture particulière.

Les astronomes ont connu l'activité géologique grâce aux images des cratères. Le cratère produit par l'impact d'un corps doit être circulaire ou elliptique. Mais dans les photos envoyées par Messenger on voit quelques cratères déformés, résultat de mouvements géologiques.

Deux exemples d'informations fournies par les photographies de la surface de Mercure. À gauche, on voit un cratère elliptique modifié par l'activité géologique. À droite, une image haute définition, qui dépasse la précision du kilomètre (chaque pixel de l'image a seulement dix mètres à la surface de la planète). Ed. © NASA-JPL-Caltech; © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Cela a été une surprise. Les astronomes ne s'attendaient pas à ce que Mercure ait une activité géologique, parce qu'ils espéraient que c'était comme la lune. La Lune est considérée comme un astre totalement mort. Sa surface ne varie pas du tout. Mais il semble que celle de Mercure change peu à peu », explique Arregi. D'autre part, "dans le cas de la Lune nous avons des mers de lave qui sont plaines. Et à Mercure, on ne le connaissait pas. Nous savons maintenant qu'il y a là aussi, surtout à Iparralde. Ils sont très larges, mais leur composition n'est pas la même que celle de la Lune. Dans les pois, la concentration de silicates est plus élevée que dans celles de Mercure. Dans Mercure, les silicates d'aluminium, de sodium et de magnésium se trouvent dans une moindre quantité, ce qui signifie que les origines de la lune et du mercure ont été différentes."

Les cratères et les plaines de lave ne sont pas les seules structures visibles sur les photos. D'autres types de structures uniques sont visibles. « Ces structures ont été appelées honnêtes et nous les voyons brillantes sur les photos et avec une couleur bleuâtre », explique Arregi. Ce sont de petites structures, mais beaucoup se créent, s'unissent en formant des structures de forme irrégulière. De quelques mètres à quelques kilomètres de profondeur.

Les experts estiment que ces structures ne sont pas une simple conséquence de l'activité d'antan, mais qu'elles se produisent actuellement, ce qui signifierait que le matériel est évaporé dans ces zones. "On ne s'attendait pas", dit Arregi. "Comme Mercure doit supporter une température très élevée, très proche du Soleil, nous pensions qu'il n'aurait pas de matériel volatile, mais il l'a. Les dépressions se produisent par évaporation de ce matériel."

Comme une comète géante

Les zones bleues sur les photos sont des dépressions. Dans ces zones, le matériau de surface a été évaporé. Les astronomes ne s'attendaient pas à le trouver parce qu'ils espéraient que Mercure était comme la Lune, et aucun processus d'évaporation n'a lieu sur la Lune. Ed. © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laborator/Carnegie Institution of Washington

Contrairement à la lune, le matériau évaporé à Mercure produit du gaz. L'oxygène, l'hydrogène, l'hélium, le sodium, le potassium et d'autres éléments volent autour de la planète, mais en très petites quantités. « Ce n'est pas vraiment une atmosphère. Mercure n'a pas d'atmosphère », explique Arregi. La planète n'a pas assez de gravité pour supporter ce gaz.

De plus, le Soleil apporte aussi beaucoup. "Le soleil produit du vent solaire. Il émet des particules en grande quantité et à grande vitesse, principalement des électrons et des protons, qui sont constamment bombardés. Précisément quand ils touchent à la surface, ils extraient de la surface d'autres atomes, qui sont responsables d'une certaine atmosphère de Mercure. Les particules extraites de la surface par le vent solaire forment ce que nous appelons exosphère. C'est une atmosphère très fine, composée de particules très spéciales".

Le mot atmosphère n'est pas le plus approprié pour décrire la présence de ces particules: les particules s'évaporent de la surface et sont traînées par le vent solaire en continu. En ce sens, Mercure se comporte comme une comète. « Dans le cas des comètes, la queue est produite principalement par le vent solaire, et à Mercure c'est aussi la voie de la création de l'exosphère », affirme Arregi.

Le cœur d'une planète

Mercure n'est pas une comète, c'est une planète, mais c'est une planète spéciale. Dans une classification générale, elle fait partie du groupe de quatre petites planètes proches du Soleil, avec Artizar, Terre et Mars. Il est clair que ce n'est pas un géant gazeux comme Jupiter ou Saturne. Mais à l'intérieur du groupe des planètes "pierreux" est également spécial, et la cause est dans le cœur de Mercure.

Dans le groupe des planètes pierreuses il n'y a pas de normes, mais le modèle général serait un noyau métallique entouré d'une couche de roche. La seule exception à ce schéma de base est Vénus, car elle n'a pas de noyau métallique. Mais Mercure est encore plus rare, presque le cas contraire: en proportion il a un noyau géant.

Mars a un petit noyau de fer solide. La Terre, dans le noyau, a un fer solide et liquide qui occupe environ la moitié du rayon de la planète. Et Mercure a également un noyau de fer solide et liquide qui occupe presque les trois quarts du rayon de la planète. Ainsi, Mercure est très dense.

Par sa petite taille, il n'a pas la gravité de la Terre ou de Vénus pour compacter les matériaux autant que sur ces planètes et, cependant, il est plus dense que Vénus et seulement un peu plus léger que la Terre. Cela est dû à sa proportion de fer. En fait, les astronomes ont souvent mentionné que Mercure semble le noyau d'une planète qui a presque complètement perdu la couche extérieure de pierre.

Le noyau est l'un des grands mystères de Mercure. Il couvre les trois quarts du diamètre de la planète, pour l'expliquer, les astronomes peuvent devoir examiner les théories de la création des planètes. Ed. © NSF

Personne ne sait pourquoi. Et l'un des objectifs de la sonde Messenger est qu'il doit recueillir des données pour clarifier l'origine du noyau géant de Mercure. Mais pour l'instant, il n'y a pas de bonnes nouvelles dans cette étude.

« Si les choses étaient mystérieuses auparavant, elles sont désormais plus mystérieuses », explique Arregi. "Auparavant, il y avait deux théories pour que Mercure soit si dense. Le premier est un choc d'un autre astre qui porterait la peau. Puisque les éléments les plus lourds restent toujours à l'intérieur, ce noyau qui est resté serait Mercure. La deuxième théorie est que la chaleur du soleil a provoqué l'évaporation de la peau et donc les éléments légers et volatils ont disparu. Mais Messenger a découvert que Mercure a des éléments volatils, beaucoup plus que Vénus ou la Terre et la Lune".

La composition chimique des éléments volatils correspond à la composition des météorites appelés condrites, c'est-à-dire qu'ils ont des composants métalliques et des métaux non oxydés, il est donc possible qu'au lieu d'être une planète qui a perdu sa surface, Mercure ait été créé par un processus inconnu à partir de météorites comme les condrites. Par conséquent, nous ne pouvons pas accepter les théories ci-dessus parce que nous avons les éléments suivants. Cela peut être une indication de la façon dont la naissance de Mercure a eu lieu. Et, en plus de clarifier la genèse, il faudra éclaircir un peu la matière première de cette génération. Mais nous n'avons pas encore assez de données et il n'y a pas d'hypothèses claires."

Pas de pôle sud magnétique

Sondes de recherche de mercure. En haut, Mariner 10, envoyé par la NASA dans les années 70. Au centre, le Messenger de la NASA, actuellement en orbite de mercure. Et en bas, les agences Bepicolombo, ESA et JAXA lanceront conjointement dans deux ans. Ed. 1-2 © NASA; 3 © ESA/JAXA

Un autre grand effroi a été le champ magnétique, à la fois dans la recherche de Messenger et avant. Dans les années 1970, la sonde Mariner 10 a découvert qu'elle avait un champ magnétique et a été étonnante. À cette époque aussi, les astronomes considéraient que Mercure est comme la Lune et que le satellite de la Terre n'a pas de champ magnétique. Une boussole ne fonctionne pas sur la Lune. Mais à Mercure oui. L'aiguille d'une boussole ne serait pas aussi rapide que sur Terre, puisque la zone de Mercure est 150 fois plus faible, mais finirait par se diriger vers le nord.

Mais les supports magnétiques n'ont pas fini avec la découverte de Mariner 10. Les mesures de Messenger ont également été spectaculaires. « Le champ magnétique a une particularité très curieuse : il n'est pas centré », explique Arregi. C'est-à-dire que l'équateur du champ magnétique ne coïncide pas avec l'équateur de la planète, comme c'est le cas sur Terre. Le champ magnétique est déplacé vers le nord, c'est-à-dire qu'il est déplacé vers le haut. Dans le nord, l'intensité est 3,5 fois plus grande que dans le sud. Cela a des conséquences, par exemple, sur la protection contre le vent solaire. Le Nord est plus protégé que le Sud, face à toutes les particules provenant du Soleil. Cela influence à la fois la formation atmosphérique de Mercure et la dégradation de la peau, pour ainsi dire."

Les astronomes ne comprennent toujours pas pourquoi le champ magnétique est asymétrique et ne comprennent pas comment le noyau géant de Mercure a émergé. Ni pourquoi cause l'activité volcanique. Pour mener à bien ces études, l'ESA et JAXA, les agences spatiales européennes et japonaises, vont envoyer une nouvelle sonde à Mercure, Bepicolombo. Elle sera lancée en 2015 et entrera en orbite autour de Mercure quelques années plus tard. De nouveaux efforts seront nécessaires car la recherche de Mercure représente un grand défi. Parfois, l'obtention de données, au lieu d'apporter des réponses, apporte plus de questions.

Vivre à Mercure

Pôle Nord de Mercure. Les zones rouges sont toujours sombres. Les endroits où se cache la glace sont marqués de jaune. Ces emplacements pourraient être adaptés à l'installation d'une base. Ed. © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory

Apparemment Mercure est trop proche du Soleil pour pouvoir y vivre. Il n'est jamais situé à plus de 70 millions de kilomètres et la chaleur et le rayonnement sont énormes dans la partie qui regarde le soleil. Par exemple, la température est de 350 ºC. Il est difficile de vivre dans cette zone de Mercure. De l'autre côté, la nuit de Mercure, la température est d'environ -170 ºC et, dans un délai maximum de 30 jours terrestres, celui qui se trouve dans cette zone sera à côté du Soleil.

Mais il y a une autre option : vivre dans les cratères polaires. Dans les cratères polaires il y a des zones qui ne voient jamais le soleil et seraient de bons endroits pour installer une base. En outre, la sonde Messenger a confirmé la présence de glace dans ces zones, et la simple présence de cette eau faciliterait beaucoup la vie là-bas, en dépit d'être une eau solide. Le dégel ne serait pas du tout compliqué, car il y a beaucoup d'énergie à Mercure. Comme il est très proche du Soleil, l'énergie que reçoit la planète est environ 9.100 W/m 2, soit 6,5 fois plus que celle que reçoit la Terre. Sur Terre, en outre, l'atmosphère absorbe une partie de l'énergie, mais dans Mercure il n'y a pas de tels obstacles. Avec l'installation de panneaux solaires, obtenir de l'énergie à Mercure ne serait pas un problème.

Cela rend intéressant la colonisation de Mercure, l'obtention d'énergie et de matières premières minérales. L'utilisation de panneaux solaires permet de stocker l'énergie illimitée dans Mercure. En outre, certains experts proposent de construire des tours géantes dans les zones sombres des cratères pour élever les panneaux à la hauteur du Soleil. Ce type de constructions sont très difficiles sur Terre, mais dans la gravité de Mercure seraient beaucoup plus faciles.

En ce qui concerne les matières premières, il existe de nombreux matériaux intéressants sur la surface de Mercure. Par exemple, les experts considèrent que l'isotope hélium-3 est en grande quantité, un isotope qui faciliterait la fusion nucléaire sur Terre.

Le problème serait d'envoyer ce qui a été recueilli sur Terre. Mercure est très présent dans la zone de gravité du Soleil. Il est coincé. Et le voyage à l'extérieur est très compliqué. L'énergie peut être transmise au laser, bien qu'il n'existe pas encore de technologie optique appropriée pour cela. Mais il est beaucoup plus difficile de retirer les matériaux de Mercure. Cela demande beaucoup d'énergie et surtout du temps.

Cependant, Mercure pourrait être un bon endroit pour installer une base. Au moins plus approprié que la Lune, car il a une plus grande gravité, il a un champ magnétique qui protège du vent solaire et offre beaucoup d'énergie et de matières premières. La colonisation de Mercure est une étude à long terme.