Notre système solaire: royaumes de feu et de glace.

Nous commençons votre visite du cosmos avec des géantes du gaz et de la glace, beaucoup de roches et la seule demeure connue pour la vie.

Par Francis Reddy  | Publié: vendredi, 02 août 2019

SUJETS CONNEXES: SYSTÈME SOLAIRE

DSCOVR, un projet conjoint de la NASA, de l’US Air Force et de la National Oceanic and Atmospheric Administration, a pour mission d’observer notre planète Terre en vue de surveiller le vent solaire en temps réel. Des images visuellement étonnantes comme celle-ci, prises à un million de kilomètres de distance, constituent un bonus.

NASA

Une perspective cosmique est toujours un peu énervante. Par exemple, nous occupons le troisième grand rocher d'une étoile naine d'âge mûr que nous appelons le Soleil, qui réside dans le calme et reculé d'une galaxie spirale à barreaux connue sous le nom de Voie lactée, elle-même l'une des milliards de galaxies. Cependant, nous pouvons également nous réjouir de savoir que notre petit bout de l'univers reste exceptionnel en tant que seul endroit où nous savons que la vie existe. Notre système solaire héberge une demeure pour la vie, la Terre, mais dans les décennies à venir, nous en apprendrons peut-être d'autres - peut-être des enclaves biologiques sur Mars ou la lune de Jupiter, Europa. Bien que notre système solaire ne soit probablement pas unique à cet égard, il sera plus difficile de trouver des preuves définitives de la vie sur des mondes en orbite autour d’autres étoiles. 

Au total, le système solaire contient environ 4 milliards de milliards de milliards de livres de matériaux, soit environ 1,0013 masses solaires. Le nombre sur le côté gauche de la décimale est la masse du Soleil lui-même, et environ 73 pour cent de ce qui est sur le côté droit est détenu dans la planète géante Jupiter. Le reste comprend tout le reste: la Terre et les autres planètes, les lunes, les planètes naines, les astéroïdes et les comètes de toutes tailles, ainsi que la poussière et les grains de glace. On pourrait décrire correctement notre système planétaire comme étant composé de Jupiter et de débris. 

L'étoile qui illumine nos journées, le Soleil, est la source de chaleur et de lumière du système solaire ainsi que sa masse centrale, un ancrage gravitationnel qui maintient tout en place lorsque nous voyageons dans la galaxie. Sa chaleur divise naturellement le système planétaire en deux zones de taille différente: l'une chaude, lumineuse et compacte, l'autre froide, sombre et tentaculaire. Voici comment tout cela va ensemble.

La zone chaude

La lumière met huit minutes, quelques secondes à peine, pour atteindre la Terre depuis la surface du Soleil. La distance moyenne est de 149,6 millions de kilomètres. Nous venons tout juste de commencer notre visite du système solaire, et les chiffres utilisant des unités familières sont déjà encombrants. Les astronomes ont donc conçu l'unité astronomique (UA; voir «Critères du système solaire», p. 26) comme un moyen plus simple d'exprimer les distances à l'échelle des orbites planétaires. La distance moyenne de la Terre au Soleil représente 1 UA. 

Le mercure se trouve le plus près du Soleil, à une distance moyenne de 39% de celle de la Terre, mais son orbite excentrique - la plus allongée des huit planètes principales - signifie que ce nombre varie. À sa plus grande distance, appelée aphelion, Mercure se situe à 0,467 UA du Soleil et, à son point le plus proche, appelé périhélie, il n’est qu’à 0,308 UA. Debout sur Mercure à ce moment-là, le Soleil apparaîtrait 3,2 fois plus gros que jamais. Les températures de surface atteignent 400 ° C (800 ° F), suffisamment chaudes pour faire fondre le plomb. Cuite au soleil, frappée par les particules chargées du soleil et ne représentant que 38% du diamètre de la Terre, Mercure ne conserve qu'une atmosphère. Cependant, de plus en plus de preuves suggèrent que, malgré son siège au premier rang dans la zone chaude du système solaire, Mercury possède de la glace. 

En 1992, des astronomes de l'observatoire Arecibo à Porto Rico ont fait rebondir leurs radars sur les régions polaires de la planète, révélant des dépôts réfléchissants sur les planchers de quelques cratères où la lumière du jour ne brille jamais. Des décennies auparavant, les astronomes avaient émis l'hypothèse que la glace des comètes et des astéroïdes se brisant sur Mercure pourrait se frayer un chemin vers des «pièges froids» dans des cratères polaires ombrés en permanence. Les données recueillies par la sonde spatiale MESSENGER en orbite de mercure de la NASA en 2012 ont confirmé que ces cratères contenaient des couches riches en hydrogène, compatibles avec la présence de glace d'eau. Un processus similaire semble avoir préservé la glace de subsurface dans les zones polaires de la Lune.

La sonde soviétique Venera 13 détient le record de 2 heures et 7 minutes pour le plus long vaisseau spatial à survivre à la surface de Vénus. Il a renvoyé des images de son environnement ressemblant à du basalte, le vaisseau spatial lui-même étant partiellement visible au bas de l'image.

Bureau d'histoire de la NASA

Vénus, planète voisine de 95% de la taille de la Terre, se marie bien avec des propriétés telles que la masse, la densité, la gravité et la composition. Pourtant, avec une température de surface moyenne de 462 ° C (864 ° F) jour et nuit, Vénus reste plus chaude que le jour de Mercure, même si sa distance est de 0,72 UA. La raison en est l’atmosphère dense de la planète, composée presque entièrement de dioxyde de carbone piégeant la chaleur. La pression de surface de l'atmosphère est environ 92 fois supérieure à la pression exercée au niveau de la mer au niveau de la mer, ce que nous ressentirions à une profondeur de 1 000 mètres (3 000 pieds) sous l'océan. Sans surprise, aucun vaisseau spatial qui atterrit sur notre voisin intérieur n'a continué à émettre pendant plus de deux heures.

La cartographie radar de Vénus depuis la Terre et depuis un vaisseau spatial en orbite montre un monde de géographie fascinante. C'est la seule autre planète du système solaire à héberger des volcans actifs. En 2015, des scientifiques étudiant l'imagerie thermique réalisée par l'orbiteur Venus Express de l'Agence spatiale européenne (ESA) ont signalé des points chauds à 830 ° C (1 530 ° F) le long de la zone de rift Ganiki Chasma de la planète, un type de caractéristique associé au volcanisme terrestre. Les chercheurs ont observé des épisodes où la température de ces taches augmentait brusquement puis se refroidissait, suggérant des éruptions en cours.

Goldilocks zone

La prochaine étape est la Terre, mon chez-nous et la seule planète du système solaire où l’eau liquide existe librement à la surface. À notre connaissance, la présence d'eau est une nécessité pour la vie. Les astronomes élargissent ce concept pour définir la «zone habitable» d'une étoile - une gamme de distances orbitales où de l'eau liquide pourrait éventuellement exister - afin d'identifier les exoplanètes susceptibles de soutenir la vie telle que nous l'entendons. Bien que nous puissions contester la définition - il existe peut-être une biologie qui utilise des solvants autres que l'eau ou la vie peut se développer entièrement sous la surface - c'est un point de départ. Pour le système solaire, les valeurs conservatrices placent la zone habitable entre 0,99 et 1,69 UA. Des valeurs plus optimistes l'étendent dans les deux sens, de 0,75 à 1,84 UA. De toute façon, la zone exclut Vénus desséchée, mais comprend Mars,

Située à environ 1,5 UA, Mars est depuis longtemps considérée comme le meilleur moyen de retrouver la vie dans le système solaire. Mais avec la moitié de la surface de la Terre et seulement 38% de sa gravité de surface, la planète rouge était paralysée dans sa capacité à conserver l’épaisse atmosphère nécessaire au maintien des eaux de surface. Au cours de son premier milliard d'années, les couches supérieures de l'atmosphère ont lentement saigné dans l'espace et des impacts d'astéroïdes occasionnels ont chassé de grandes masses d'air martien. Une fois que l'atmosphère était suffisamment mince, Mars se refroidissait et ses eaux se glaçaient dans les glaciers et les calottes glaciaires que nous voyons maintenant. Aujourd'hui, la pression atmosphérique moyenne est de 0,6% au niveau de la mer. 

Les bases des mesas dans Deuteronilus Mensae sur Mars présentent des textures étranges. Les astronomes pensent qu'ils auraient pu se former à la suite de la fonte rapide de la glace qui se cache sous la poussière et les roches recouvrant actuellement les traits.

ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum)

Près du pôle hivernal, les températures atteignent –125 ° F (–125 ° F) - si froides qu’environ 30 pour cent de l’atmosphère de dioxyde de carbone recouvre la surface d’un placage de neige carbonique. Alors que seul le pôle sud contient une composante de glace sèche permanente, la glace d’eau réside dans les deux pôles sous la forme de dépôts polaires qui, grâce à une vaste cartographie spatiale, fournissent un inventaire minimal du contenu en glace de la planète. Si elles étaient fondues, l'eau contenue dans ces dépôts recouvrirait une surface lisse idéalisée de Mars dans une couche de liquide de 21 mètres de profondeur. Selon des études récentes, la planète aurait hébergé une mer contenant plus d'eau que l'océan Arctique il y a environ 4,3 milliards d'années. Cela aurait formé une couche d'eau globale au moins 6,5 fois plus profonde que ne pourraient en fournir les dépôts polaires actuels.  

Mars peut encore avoir sa journée au soleil. La luminosité de notre étoile augmente progressivement, ce qui pousse la zone habitable vers l'extérieur. Dans environ un milliard d’années, la zone habitable laissera la Terre griller en dehors de son bord intérieur. Mais la planète rouge va connaître une période plus tempérée de quelques milliards d’années à mesure que le Soleil passera à la phase géante rouge. Pour Mars, l’été arrive - bien qu’une grande partie de son eau ait été perdue dans l’espace au fil des ans, elle ne deviendra peut-être pas beaucoup plus hospitalière.

Les rochers

Vient ensuite la ceinture d’astéroïdes qui, avec la ceinture de Kuiper au-delà de Neptune, est un vestige du disque de débris rocheux et glacés qui a donné naissance à notre système planétaire. Contrairement aux idées d'Hollywood, la ceinture d'astéroïdes est principalement spatiale. La ceinture principale totalise moins de 5% de la masse de la Lune terrestre, et environ un tiers de celle-ci est contenu dans Cérès, le plus grand objet et la seule planète naine de la ceinture d'astéroïdes. Ajoutez à cela Vesta, Pallas et Hygiea, les trois autres plus gros astéroïdes, et la moitié de la masse de la ceinture est prise en compte.

Le disque autour de l'étoile Beta Pictoris est similaire à notre propre ceinture de Kuiper, riche en poussière et débris laissés par la naissance du système solaire.

NASA / ESA / D. Golimowski et H. Ford (JHU) / D. Ardila (IPAC) / J. Krist (JPL) / M. Clampine (GSFC) / G. Illingworth (UCO / Lick) / Équipe scientifique ACS

La ceinture principale commence à 2,06 UA, où les objets font quatre orbites autour du Soleil en l'espace de temps qu'il faut à Jupiter pour en créer une. Les astronomes appellent cela une résonance orbitale 4: 1. Chaque fois que la période orbitale d'un astéroïde correspond à une fraction entière de la période orbitale de Jupiter, la planète géante déstabilise facilement le minuscule rocher, rapidement - sur des échelles de temps astronomiques - le dégageant de son orbite d'origine. La résonance 2: 1 - deux fois pour chaque orbite de Jupiter - marque le bord éloigné de la ceinture principale, située à 3,27 UA. Alors que la ceinture principale représente la plus grande densité d’astéroïdes, beaucoup suivent les orbites qui s’écartent à l’extérieur grâce au travail de Jupiter. Au cours de la dernière décennie, une douzaine d'astéroïdes ont retenu l'attention des astronomes pour leur activité particulière (voir «Astéroïdes actifs» ci-dessus), ce qui montre que nous avons encore beaucoup à apprendre sur la «ceinture rocheuse» du système solaire. 

Au-delà du mur

Lorsque les comètes se dirigent vers le Soleil sur les jambes entrantes de leur orbite allongée, les astronomes commencent généralement à constater une activité accrue à mesure qu’ils s’approche dans les 3 UA. C’est à cette distance que la glace d’eau exposée commence rapidement à se sublimer, se transformant directement en gaz et alimentant des jets projetant la poussière réfléchissant la lumière du soleil dans l’espace. Cela semble être un endroit comme un autre pour tracer la ligne de démarcation entre la chaleur intérieure et le froid extérieur du système solaire.

L'observatoire de la dynamique solaire de la NASA a capturé le 5 juin 2012 le transit de Vénus plus de 250 ans après la première tentative des astronomes d'utiliser ce transit pour mesurer l'échelle de distance absolue du système solaire.

NASA / GSFC / SDO

À partir de là, les planètes sont des mondes gigantesques de masse, de densité et de composition chimique bien différentes de celles de leurs frères et sœurs plus proches du Soleil, où les températures plus clémentes ont permis de faire disparaître des substances plus volatiles. Là où les planètes intérieures sont construites en roche et en métal, les géantes extérieures sont des mondes gigantesques composés principalement d'hydrogène, l'élément le plus léger. Jupiter, le marionnettiste de la ceinture d'astéroïdes et la plus grande planète de la suite du Soleil, orbite à une distance de 5,2 UA. Il contient 318 fois la masse de la Terre et 11 fois sa largeur. Saturne, pas tout à fait deux fois plus éloignée à 9,6 UA, porte 95 fois la masse de la Terre et 9,5 fois plus large. 

L'hydrogène représente plus de 90% du volume des deux planètes. Les deux planètes dégagent également plus de chaleur qu'elles n'en reçoivent du Soleil alors qu'elles continuent leur contraction gravitationnelle et leur refroidissement des milliards d'années après leur formation. Leurs atmosphères sont essentiellement sans fond, passant de la forme gazeuse à la forme liquide de l'hydrogène, même conductrice de l'électricité, avec une profondeur croissante. Selon les détails de leur formation, il peut y avoir ou non un noyau solide de la taille de la Terre. L'orbiteur Juno de la NASA, qui doit arriver à Jupiter en juillet 2016, mesurera le champ de gravitation de la planète avec suffisamment de précision pour déterminer si un noyau existe.

Une paire de géants légèrement différents se trouve plus loin. Uranus, situé à 19 UA, et Neptune, à 30 UA, ont des atmosphères d'hydrogène plus petites qui représentent moins de 20% de leurs masses, soit 15 et 17 fois celles de la Terre, respectivement. Au lieu de cela, les éléments les plus lourds dominent leur masse, le carbone, l'oxygène, l'azote et le soufre étant probablement des candidats. Parce que les scientifiques pensent que les planètes ont incorporé ces produits chimiques lors de l'accumulation de débris gelés, Uranus et Neptune sont parfois appelés «géants de la glace». Les deux planètes ont une surface environ quatre fois plus grande que la Terre.

Des comètes comme 67P / Churyumov-Gerasimenko, qui font maintenant l’objet d’une enquête minutieuse de la part du satellite Rosetta de l’Agence spatiale européenne, pourraient être entraînées dans leur orbite extrême après un coup de pouce gravitationnel de Jupiter ou d’une autre grande planète.

ESA / Rosetta / NAVCAM

Glaçage sur

La ceinture de Kuiper est une région en forme de beignet située entre 30 et 50 UA du Soleil, et Neptune joue un rôle clé dans sa formation. En fait, les astronomes pensent que la plus grande lune de Neptune, Triton, pourrait être un objet de la ceinture de Kuiper capturé (KBO). Comme sa contrepartie rocheuse entre Mars et Jupiter, la ceinture de Kuiper est un faible écho du vaste disque de débris du Soleil, la zone de construction de notre système planétaire. Dans cette région, les orbites dans les résonances favorables peuvent protéger les KBO des rencontres perturbatrices avec Neptune. Pluto, à 39 UA, est la plus brillante des familles KBO enfermée dans une résonance de 2: 3, réalisant deux orbites pour trois voyages effectués par Neptune autour du Soleil; les groupes stables occupent également d'autres résonances. Les KBO dans les résonances défavorables sont balayés de la ceinture, dispersés par Neptune vers l'intérieur et l'extérieur vers des orbites plus inclinées et allongées. 

Maintenant que le survol de Pluton est terminé, les scientifiques espèrent que la sonde New Horizons de la NASA sera en mesure de fournir des informations détaillées sur d’autres KBO lorsqu’il se dirige à travers la ceinture et sort du système solaire. Le vaisseau spatial Voyager 1 de la NASA, actuellement sorti à 132 UA, l'a déjà fait dans un sens. Il a quitté l'héliosphère, la bulle magnétique formée par le flux de particules chargées émises par le Soleil, et la plupart des particules maintenant détectées par l'engin spatial lui ont été transmises depuis l'espace interstellaire. Depuis l’emplacement de Voyager 1, le Soleil est un point brillant environ 24 fois plus lumineux qu’une Pleine Lune vue de la Terre. Néanmoins, la sonde mettra des millénaires à traverser le plus gros composant structurel du système solaire.

C'est le nuage d'Oort, où peut-être un billion de comètes gravitent au hasard dans une coquille sphérique centrée sur le Soleil. Elle s'étend de 5 000 à 100 000 UA, ce qui représente 1,6 années-lumière, soit environ 40% du chemin menant à Proxima Centauri, l’étoile la plus proche. Les astronomes pensent que le nuage d'Oort s'est formé au début de l'histoire du système solaire, lorsque des objets glacés beaucoup plus proches du Soleil ont été projetés vers l'extérieur par des interactions gravitationnelles avec les planètes. Ils peuvent maintenant prendre jusqu'à 30 millions d'années pour mener à bien une orbite. Le Soleil saisit si faiblement ces comètes que d'autres forces, telles que le champ gravitationnel global de la distribution de masse irrégulière de la galaxie (connue sous le nom de marée galactique), les étoiles qui passent et les nuages ​​moléculaires massifs les affectent fortement. En fin de compte, ces remorqueurs gravitationnels peuvent modifier le trajet d’une comète afin qu’elle commence sa longue chute vers le Soleil pour la première fois depuis son expulsion. Ces nouvelles comètes «dynamiques» empruntent des chemins extrêmement allongés et orientés de manière aléatoire. Les interactions gravitationnelles avec les planètes peuvent les détourner vers des orbites plus courtes, et les astronomes pensent que la célèbre comète de Halley en est un exemple.

Aux limites du nuage, les comètes s'échappent facilement dans l'espace interstellaire par les mêmes remorqueurs qui les poussent vers le soleil. Les comètes de notre système solaire ont peut-être déjà couru autour d'une autre étoile. Pourrions-nous un jour voir une comète d'un extraterrestre Oort Cloud, le royaume de glace d'une autre étoile? À la connaissance des astronomes, cela ne s'est pas encore produit, mais c'est tout à fait possible.

Source: http://www.astronomy.com/ 
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/08/our-solar-system-realms-of-fire-and-ice?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR1WoTmX4dfIbO9hQSp3wq9JFqcRn3w8WOn4H4KZkn2Dj9KtLbaAdmyRslk