Post on 04-Apr-2015
1
Le Système Solaire :les planètes géanteset les mondes glacés
Alain Doressoundiram
2
Les planètes géantes : Jupiter
R (1 bar) = 71490 km D=5.2 UA Période orbitale = 11.9 ans Masse = 318 Terre Température au niveau de pression de
1 bar = -106°C Pesanteur = 24 (Terre=10) Structure en bandes Nuages blancs et ocres
3
Saturne
R (1 bar) = 60700 km D=9.5 UA Période orbitale = 29.5 ans Masse = 95 Terre Température au niveau de pression de 1 bar
= -135°C Pesanteur = 10 (Terre=10) Bandes Aplatie (10 %) !! Peu dense (0.69!!)
4
Uranus
R (1 bar) = 25560 km D=19.2 UA Période orbitale = 84 ans Masse = 14.5 Terre Température au niveau de
pression de 1 bar = -194°C Pesanteur = 8 (Terre=10) Peu de nuages , mais…
5
Neptune
R (1 bar) = 24760 km D=30.1 UA Période orbitale = 165 ans Masse = 17.2 Terre Température au niveau de pression
de 1 bar = -203°C Pesanteur = 11 (Terre=10) Nuages sombres et blancs, variables
102
435
-200
-100
Température(degrés Celsius)
Distance au Soleil(milliards de km)
0H20condense
NH4SHcondense
NH3condense
CH4condense
Couleurs,températures et
nuages
Couleur d’Uranus et Neptune: liée à l’abondance de méthane
7
CompositionVitesse de
libération
1,64
1,32
0,69
1,33
Densité
16h07m3,881730,11Neptune
17h14m4,011419,22Uranus
10h14m9,4595 9,55Saturne
9h50m11,2318 5,20 Jupiter
Rotation
propre
Rayon
(Terre)
Masse
(Terre)
Distance au Soleil
(UA)
planète
Caractéristiques propres à cette classe (taille, densité, rotation…)
2 sous-groupes : Jupiter et Saturne, Uranus et Neptune
J et S : énorme atmosphère: composition principale (H2 et He) qui rappelle celle
de la nébuleuse primitive
NB: vitesse thermique de H2 = 1-3 km/s
U et N : 60 à 70% masse contenue dans le coeur solide
Les quatre planetes geantes
Glaces et roches,
H2, He
Glaces et roches,
H2, He
H2,He en majorité
H2,He en majorité
24 km/s
21 km/s
35 km/s
60 km/s
8
Composition atmosphérique des planetes geantes
Hydrogène, helium Atmosphère sous les nuages
CH4, NH3, H2O, H2S: Equilibre thermochimiquedu carbone favorise CH4 par rapport à CO
Atmosphère au dessus des nuages Hydrocarbures produits par laPhotochimie du méthane:CH4 + photon CH3 + HCH3+CH3 C2H6 etc… Source externe d’oxygène et d’eau
9
Dynamique de l’atmosphère jovienne
Rotation rapide (J: 10h, 12km/s à l’équateur). donne la structure en bandes et zones de l’atmosphère sur Jupiter. Mouvements convectifs avec les zones claires (ascendants) et
ceintures sombres (descendants). Beaucoup de structures dynamiques à plus petite échelle et de durée
de vie variable.
10
La famille « Tache Rouge » s’aggrandit
11
Météorologie Des vents
violents, qui décroissent avec la latitude
Jupiter: vents forts même en profondeur (175 m/s à 20 bar!)
12
Orages joviens au clair de Io
13
Energie interne
Origine: Refroidissement depuis la contraction initialeChute de l’hélium
Conséquences: Maintien d’une météorologie active en profondeur
(vents horizontaux, convection verticale)
Jupiter Saturne Uranus NeptuneTempérature à l’éq.(K) 110 82 58 48 Température effective (K) 124 95 59 70Flux émis/flux absorbé 1.67 1.78 1.06 2.52
NB: * Température à l’équilibre calculée à partir de Flux solaire reçu – Flux solaire réfléchi vers l’espace * Température effective calculée à partir du flux planétaire réellement mesuré
Les planètes géantes émettent plus d’énergie qu’elles n’en reçoivent du Soleil !!
14
Structure interne
Enveloppe externe : hydrogène moléculaire puis métallique (J. et S.)
Présence au cœur d’un mélange de roches et de glace
Selon les modèles formation par accrétion de condensables puis attraction de la nébuleuse environnante
Phase de contraction
15
Les satellites des planètes géantes
Terre Vénus Mars Ganymède Titan Mercure CallistoIo lune Europe Triton Pluton
16
Satellites Galiléens
Age de la surfaceDistance à JupiterDensité diminue
17
Les surfaces glacées
Composition des surfaces : mélange de glace d’eau et de roches
Observation d’une activité tectonique et/ou volcanique sur Europe et Ganymède
Quelle source d’énergie?
Europe Ganymède Callisto
18
Un océan sous la glace? Europe (comme les autres satellites galiléens) est différencié
Sous la surface : de la glace molle ou de l ’eau liquide
19
Io
20
Io, la volcanique
• Composition de la surface et du volcanisme : soufre et silicate
• Plusieurs centaines de volcans actifs à la surface
Quelle source d’énergie?
Production d’une atmosphère ténue (1 nanobar), hétérogène, de SO2, S2 et NaCl
Io est l’objet le plus volcanique du système solaire
Avril 97 Septembre 97 Juillet 99
21
Les panaches volcaniques
Ra
Prometheus
22
Volcanisme explosif (Tvashtar)
• Observation d’une fontaine de lave (SO2)
• Aucun cratère d’impact quelle que soit la résolution des images
23
Effet du volcanisme explosif à grande échelle: Tvashtar
1999 2000
24
Diversité des couleurs sur Io• Le gaz émis par le volcanisme : à base de S2
• Condense à la surface sous forme de S3 : couleur rouge
• S3 se transforme en S8 : couleur jaune
25
Source d’énergie: effet de marée
La dissipation de l’énergie des marées : chauffage de l’intérieur des satellites
• Mais …. les satellites sont bloqués en rotation: toujours le même hémisphère vers Jupiter
C’est l’excentricité des orbites qui apporte l’énergie
• L’excentricité diminue en raison des forces de marée
Mais les résonances entre les satellites excitent leur excentricité (Io par Europe; Europe par Ganymède…)
26
Le système saturnien
Mimas
27
Seul satellite à posséder une atmosphère épaisse (1,5 bar)
90% N2, CH4, hydrocarbures (éthane…), nitriles (HCN, CH3CN…)
Photochimie couplée azote-méthane Origine de l’azote? NH3 primordial?
Brumes stratosphériques Surface hétérogène Reservoir de méthane : lacs? Nuages
Titan
28
L ’atmosphère de Titan
29
Comment la voir?
La surface de TitanComment la voir?
30
Objectif Titan
14 janvier 2005: atterrissage de la sonde Huygens
31
Les nuages de Titan
Pôle Sud Latitudes moyennes Sud (CH4) (CH4)
Hautes latitudes Nord (C2H6)
32
La surface de Titan vue par Huygens
09/11/05 CNFA
Mosaïque 17-8 km : réseau “fluviatile”
• Altitude : 8 km• Couverture : environ 20 km
33
Sources et puits de méthane sur Titan
34
Triton: un monde glacé
T=38 KAtmosphère, p= 14 microbarsDynamique! (geysers, stries)Réchauffement en cours?Un objet capturé ?
35
Les anneaux
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
36
Les anneaux de Saturne
270000 km d’extension et
~10m d’épaisseur locale!
Présence de « trous » qui
s’expliquent par le jeu des
résonances orbitales avec les
satellites
Division de Cassini :
résonance 2:1 avec Mimas
37
Les anneaux : origine Les quatre planètes géantes possèdent des anneaux
Application de la troisième loi de Kepler :Les anneaux ne peuvent exister sous forme d’un disque
continu
Particules rocheuses ou glacées du millimètre au mètre
Origine:Limite de Roche : distance à l’intérieur de laquelle une
planète brise les gros satellites par effet de marée
Erosion de satellites et météorites