Cours sur le système solaire Université Claude Bernard Lyon 1 Première année de licence Géosciences 1

1. Le système solaire

2. Qu’est-ce qu’une planète ?
Terme difficile à définir… redéfini en 2006 par l'Union
astronomique internationale :
- En orbite autour d’une étoile ;
- Sans toutefois être une étoile ;
- Suffisamment massive pour que l’effet de sa propre
gravité lui confère une enveloppe sphérique ;
- Dominant son environnement et ayant « dégagé le
voisinage autour de son orbite »
Quelquesbasessurlesplanètes

3. Des planètes en dehors du système
solaire ?
> 1000!!!
Quelquesbasessurlesplanètes

4. Quelquesbasessurlesplanètes

5. Quelquesbasessurlesplanètes

6. Quelquesbasessurlesplanètes

7. Comment connaître la
masse d’une planète ?
Facile si la planète a un satellite : on utilise la
3ème loi de Kepler
a ae
foyer
e = excentricité
G = 6.67x10-11 m3/s2/kg
Masse de
la Planète
Distance
Planète-
Satellite
Période de
révolution du
satellite
Quelquesbasessurlesplanètes

8. Europe tourne autour de
Jupiter :
• Période T de 3.55j
• Distance a = 670900km
Exemple de Jupiter
Quelquesbasessurlesplanètes

9. 1,00E+22
1,00E+23
1,00E+24
1,00E+25
1,00E+26
1,00E+27
1,00E+28
1,00E+29
1,00E+30
1,00E+31
SoleilJupiterSaturneU
ranusN
eptune
Terre
Vénus
M
ars
anym
ède
TitanM
ercureC
allisto
Io
LuneEuropeTritonPluton
La masse des
planètes
www.neufplanetes.org
Masseenkg
Masse de la Terre : 5.96 1024 kg
Masse de Jupiter : 1.9 1027 kg
Masse du Soleil : 1.9 1030 kg
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10. Quand on connaît la masse, on
connaît la densité !
Densité des silicates
Densité H2O
Quelquesbasessurlesplanètes

11. Lesoleiletlesplanètes

12. Catégorie : petite étoile jaune de type G2.
Masse : 2. 1030 Kg.
Volume : 1 392 000 km de diamètre (109 x D Terre).
Composition : Gaz = H (70%), He (28%).
Réacteur thermonucléaire : au cœur de l’étoile, fusion H en He.
Structure interne :
Lesoleiletlesplanètes

13. La chromosphère du Soleil avec en haut à
droite des protubérances, SOHO.Taches solaires.
SOHO, NGM Juillet 2004.
Protubérances
Protubérances
Télescope solaire suédois.
Le cœur sombre d’une tache
solaire (diamètre de la Terre).
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14. Silicates
O, Si, Al, Mg, Na, Ca, K
Fer, nickel et soufre.
Roches et métaux.
Lesoleiletlesplanètes

15. 80-90 mol% de H
10-20 mol% de He
et d’un peu de méthane
d < 2
Composition chimique
très proche de celle du
Soleil.
Gaz.
Lesoleiletlesplanètes

16. Me
T
J
S U
N
Champmagnétique/Terre
Mars et Venus n’ont pas de champ
magnétique !
Avec les sondes envoyées, on peut
mesurer le champ magnétique
Lesoleiletlesplanètes

17. Les plaines emplies de laves sont représentées en orange pâle dans le bassin Caloris (1 million de km2)
Les flèches blanches indiquent des plaines jeunes dont la composition semble proche de celles de Caloris.
Les flèches noires indiquent les « points rouges » qui seraient formés par des explosions volcaniques.
En bleu foncé, des zones occupées par de vieilles roches contenant peut-être de l’ilménite riche en fer.
Nasa/JHUAP/Arizona State University.
Image fausses couleurs.
Lancée le 3-08-2004, la sonde Messenger est passée le 14
Janvier 2008 à 200 km de Mercure.
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18. Noyau métallique :
Fer principalement
40 % de son volume
2/3 de sa M totale
 d élevée = 5,4.
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19. Atmosphère de Vénus.
Schéma de Vénus sans son atmosphère, d'après
la sonde Magellan.
Atmosphère :
dense (95 bars),
épaisse de 50 à 70 km,
96 % de CO2 ;
 effet de serre (460 °C).
Lesoleiletlesplanètes

20. Lesoleiletlesplanètes

21. La surface de Vénus photographiée
par la sonde Magellan.
Cartographie sonde Magellan :
- des milliers de volcans;
- des dômes (coulées de lave) ;
- des cratères d’impact.
On considère que Vénus est volcaniquement active de nos jours…
…bien qu'aucune éruption n'ait été vue par la mission Magellan !
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22. Relief (eau = agent d’érosion).Hydrosphère liquide et solide.
Atmosphère (vapeur d’eau).
Biosphère (H20)
Google Earth
World Wind Earth
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23. Météore Cratère , (Arizona),
D = 1 km., 49000 ans.
Le Wolfe Creek (Australie),
D = 875 m, 300 000 ans.
Cratère du Manicouagan, Québec ;
Age = 210 Ma, D = 70 km,
 météorite D = 3,5 km.
D impact = 20 x D météorite.
Cratère du Chixculub,
Mexique ;
Age = 65 Ma,
D = 200 km,
 météorite D = 10 km.
Cratère du Popigai, Sibérie ;
Age = 40 Ma, D = 100 km,
 météorite D = 5 km.
Le plus gros fragment de météorite
(Hoba = sidérite de 60 T) connu à ce
jour a été trouvé en 1920 en Namibie.
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24. Mars Pathfinder,
USA, 1996.
Mars Global Surveyor,
USA, 1996.
Plus d’activité géologique.
World Wind Mars
Google Mars
Phobos.
28 x 22 x 18 km.
Deimos.
Mars au plus près de la Terre = 55 M de km.
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25. Lesoleiletlesplanètes

26. Mais y a t-il eu de l’eau liquide à la surface de Mars
?
De par sa position dans le
Système Solaire, Mars aurait dû
accumuler autant d'eau que la
Terre au cours de sa formation.
Mais son atmosphère = 0,03%
de vapeur d'eau.
Les calottes polaires.
L'eau liquide n'existe plus à la
surface de Mars.
© Hubble, NASA.
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27. Etagement bien visible qui résulterait d'un dépôt de
sédiments dans un ancien lac maintenant asséché.
Viking I.
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28. Atmosphère = 95 % CO2.
Pression : 0,01 bar ; faible gravitation et
pas de champ magnétique pour se
protéger du vent solaire.
Un cyclone de 300 km
de diamètre
Lesoleiletlesplanètes

29. Multi-impact de Shoemaker-Levy 9,
Image UV, NASA, juillet 1994.
Io
Impacts S-L.
Lesoleiletlesplanètes

30. 4 gros satellites et 36 petits satellites
La glace domine (noyau rocheux ?).
Activité géologique décroissante de façon centrifuge.
Couche de glace fissurée.
Io. Europe.
Callisto.Ganymède.
Lesoleiletlesplanètes

31. Haemus Mons est une montagne
localisée près du pole sud d'Io, 100 sur
200 km à la base.
Io, La caldeira du volcan Tupan
d'après des photos de la sonde
Galilèo en aout 2001.
Io, Volcan Pelé, Galileo.
Io, éruption
Masubi,
Galileo.
Io et ses volcans de soufre.
Lesoleiletlesplanètes

32. Nasa.
Lesoleiletlesplanètes

33. Lesoleiletlesplanètes

34. Triton et ses volcans/geysers d'azote.
L’évolution orbitale de
Triton fait qu'il se
rapproche de Neptune.
Dans 100 Ma, il sera si
proche de Neptune qu'il
se disloquera, et Neptune
héritera d'un superbe
anneau supplémentaire !
Lesoleiletlesplanètes

35. Comète de Halley photographiée le 13
Mai 1910, source NASA.
Noyau de Halley, sonde
Giotto, Mars 1986, ESA.
Venus
Halley, 1886, Giotto,
ESA.
Halley…
tous les 76 ans.
- De la ceinture de
Kuiper, à peine au-
delà de l'orbite de
Neptune.
- Du nuage d'Oort.
Corps de forme irrégulière.
1 km < D noyau < 10 km.
Noyau = glace et de poussière.
En se rapprochant du Soleil, la glace de leur noyau s'évapore
 nuage de poussière tout autour = chevelure
(peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de km de D.
Lesoleiletlesplanètes

36. Lesoleiletlesplanètes

37. Comment expliquer la zonation chimique du Système Solaire
et les différents états de la matière (roche, gaz et glace) ?
Comment expliquer la petite
taille des planètes telluriques
et leur atmosphère ?
Lesoleiletlesplanètes

38. 3.Uneplanète,unehistoire

39. Observations dans la nébuleuse de l’Aigle:
Grains de < 5mm à proximité du centre
Intensitélumineuse
Distance au centre de la nébuleuse
3.Uneplanète,unehistoire

40. La séquence de condensation générale… à partir de la nébuleuse
solaire
(gaz enrichi en éléments lourds).
1600 K
1300 K
800 K
1000 K
500 K
175K
150 à
120 K
et hydrates solides NH3 H20, CH4
H20.
H et He ne condensent pas
(les 20 K ne sont pas atteints).
JP Bourseau, UCBL1
Des expériences de condensation de mélanges gazeux et surtout des
calculs thermodynamiques montrent :
Champ du Fer :
1600 à 1300 K
Champ des Silicates
1200 à 400 K
Champ des
glaces :
175 à 120 K
3.Uneplanète,unehistoire

41. • Les poussières s’attirent de manière électrostatique
• Lorsqu’elles deviennent plus grosse : attraction
gravitaire
• Problème : petits corps (< 1km) détruits facilement
par les collisions
Comment passer d’une poussière à un corps d’1km ~
comment passer d’acides aminés à la cellule
3.Uneplanète,unehistoire
Accrétion
Des poussières aux planètes
Des poussières
aux embryons de planètes…

42. 3.Uneplanète,unehistoire

43. Planètes gazeuses :
1- Noyau de glaces
2- Capture des gaz
Croissance rapide !
Planètes rocheuses :
Impacts
Croissance lente
3.Uneplanète,unehistoire
A partir d’1km de diamètre…
Accrétion
Des poussières aux planètes

44. • Les gros corps croissent
plus vite que les petits
(gravité + section efficace)
3.Uneplanète,unehistoire
Accrétion
Des poussières aux planètesCroissance des embryons
(<1000km)

45. moonkam.ucsd.edu
Les impacts géants
3.Uneplanète,unehistoire

46. Énergie libérée
(M’Mars’=7x10^23kg)
Augmentation de T (Cp
=1000 J/kg/K)?
• Formation de la Lune
- impact d’un corps de la taille de Mars
 Fusion ?
3.Uneplanète,unehistoire
Les impacts géants
Accrétion
Des poussières aux planètes
E cinétique = 1/2 M v^2
E cinétique = MT*Cp*DT
E cinétique = 3,5x10^31 J
DT ~ 6000K
R
GM
ev 2
 = 11 km/s
G = 6.67x10-11 m3/s2/kg

47. Ce qu’il faut retenir
•Ce qu’est une planète
•Les types de planètes
•Comment connaître la masse et la
composition de la planète
•Les causes des différences entre les
planètes
•Histoire de l’accrétion