Astronomie en générale/ LES SAISONS SUR LES AUTRES PLANÈTES DU SYSTÈME SOLAIRE

1. D'où viennent les saisons?
 

Sur Terre, les saisons, et les modifications climatiques qui les accompagnent, proviennent essentiellement de l'inclinaison de l'axe de rotation de la planète. Cette inclinaison atteint, à l'équinoxe du printemps (et d'hiver), un angle de 23,5° comparativement au plan perpendiculaire à la ligne Terre-Soleil du plan orbital.

Ci-contre : schématisation du positionnement de la Terre et de son axe dans l'espace, par rapport au plan orbital. La surface éclairée par le soleil dans chaque hémisphère, change au cours de l'année, selon qu'il se trouve à droite (comme ici, hiver au Nord) ou à gauche par rapport à la Terre.

De cette inclinaison, résulte un ensoleillement prolongé (ou au contraire, inexistant) des zones situées au delà des zones tempérés, dans les cercles polaires Arctique et Antarctique. Mais c'est bien sur toute la planète que se font sentir les effets de ces variations d'ensoleillement. Aux solstices (été, automne), Si l'angle de l'axe de rotation de la Terre est toujours le même par rapport au plan orbital, il est par contre situé dans le plan parfaitement perpendiculaire à la ligne Terre-Soleil : l'inclinaison de l'axe n'engendre aucune différence entre les hémisphères Nord et Sud.

 

Mais la Terre présente une orbite relativement homogène, en forme de cercle quasi-parfait. Or, dans le système solaire, un autre facteur important peut jouer sur l'apparition de changements climatiques globaux, revenant régulièrement au cours des ans : l'excentricité orbitale : dans le cas de planètes comme Mercure, dont l'éloignement par rapport au Soleil varie presque du simple au double au cours de sa révolution autour du Soleil, la puissance de l’ensoleillement varie proportionnellement à cette distance, et cette variation pourrait tout à fait être l'origine de l'apparition de changements climatiques saisonniers. 

 

Ces "saisons" affecteraient par contre l'ensemble de la planète dans un même sens : tandis que les saisons dues à l'axe de l'inclinaison favorisent un hémisphère par rapport à l'autre, l'éloignement ou le rapprochement dû à l'excentricité affecte l'ensemble de la planète de façon homogène. 

 

Bien qu'il existe d'autres facteurs affectant le climat, parfois de façon tout aussi régulièrement que l'excentricité orbitale et l'inclinaison de l'axe de rotation, ces deux dernières représentent les deux facteurs principaux, déterminant l'existence ou non, de saisons. Puisque ces deux facteurs peuvent avoir différentes valeurs selon la planètes, il est raisonnable de penser qu'il existe également des saisons sur les autres planètes du système solaire. Et pourtant... s'il se trouve que c'est effectivement le cas sur certaines planètes, d'autres, n'ont pas de saisons, ou bien, en ont en surnombre, ou avec des caractéristiques incongrues. Qu'en est-il exactement pour chaque planète du système solaire?
 

L'inclinaison axiale diffère notablement selon les planètes. Plus l'inclinaison est élevée (à condition d'une orbite peu excentrique), plus les saisons sont marquées.

2. Les saisons sur chaque planète
 

Mercure, le climat spatial

 

Mercure, la plus petite planète de notre système solaire, est aussi la plus proche du Soleil, présente la particularité d'une très forte excentricité orbitale, passant d'un aphélie à 70 millions de km du Soleil (que l'on pourrait qualifier de solstice d'hiver) à un périhélie de 46 millions de km, un solstice d'été au cours duquel on assiste d'ailleurs à un étrange ballet du Soleil dans le ciel mercurien. Néanmoins, un nouveau facteur empêche l'apparition des saisons qui auraient pu être les plus prononcées du Système solaire : Mercure n'ayant presque pas d'atmosphère, les modifications climatiques se révèlent relativement mineures. La variation de la puissance de l'ensoleillement entraîne toutefois une forte variation des températures de surface au cours de l'année mercurienne, qui dure 88 jours. Aux pôles, au fond de certains cratères, des zones ne voient jamais le soleil.

 

Article détaillé : Atmosphère et climat sur Mercure

 

Vénus, le four de vapeurs acides

 

Avec une inclinaison axiale relativement faible et une excentricité orbitale tout aussi modérée, Vénus est la seule planète tellurique du système solaire qui ne possède vraiment aucune saison. En fait, si des variations saisonnières faibles pourraient exister, elles seraient de toute façon négligeables du fait de l'épaisse atmosphère et du puissant effet de serre dû à son gaz carbonique, qui retient la chaleur, ainsi que des vents spectaculairement rapides qui balaient l'atmosphère et répartissent l'énergie sur toute la planète. L'atmosphère composée notamment de dioxide de carbone et d'azote, mais aussi, faiblement, d'acide sulfurique et de vapeur d'eau, couvre la planète. Sur Vénus, c'est toujours l'été, c'est toujours un sauna, et en plus c'est toxique. Le climat y est très agité, avec les vents qui font accomplir à l'ensemble de l'atmosphère une rotation autour de la planète, en 4 jours terrestres (alors que le jour vénusien, lui, équivaut à 243 jours terrestres!)

 

La Terre et les 4 saisons

 

On connaît bien la Terre et ses saisons : dans les zones tempérées comme la nôtre (France), on distingue généralement 4 saisons, selon divers critères, dont la température moyenne, l'ensoleillement, l'apparition de neige ou la perte des feuilles de certains arbres... mais dans d'autres endroits, on distinguera les saisons selon des critères auxquels les Français ne sont pas forcément accoutumés, comme les saisons sèches ou saisons des pluies, l'hiver polaire, etc... Au sein du système solaire, les saisons sont relativement marquées et inverses selon l'hémisphère (Nord ou Sud) considéré : lorsque l'hiver vient en France, l'été s'approche en Australie.

 

Mars, la soeur presque jumelle

 

Mars est la planète qui, sur bien des aspects, ressemble le plus à la Terre, parmi les planètes du système solaire, et au niveau des saisons, elle n'y fait pas exception : d'une excentricité orbitale faible (mais tout de même 4,5 fois plus importante que celle de la Terre) et d'une inclinaison axiale similaire à celle de la Terre, on pourrait considérer que Mars se comporte sensiblement de la même façon que la Terre, avec les quatre saisons dans les zones tempérées, les nuits polaires, etc... Bien évidemment, résident quelques différences notables : pas de végétation, donc pas vraiment d'automne. Des températures moyennes qui avoisinent - 70° toute l'année. Pas de nuages de vapeur d'eau, Mars est une planète sèche à l'atmosphère ténue. Le sol rocailleux et désertique change finalement assez peu d'aspect durant l'année martienne, et il n'y a gère que la durée d'ensoleillement et des températures très basses, plutôt que très très basses, pour rappeler aux futurs occupants martiens qu'il existe bel et bien un été et des saisons sur Mars.

 

Jupiter, la géante immobile

 

Comme Vénus, Jupiter présente une excentricité orbitale très faible et une inclinaison axiale pratiquement inexistante. Il n'y a pas de saisons au sens terrien du terme sur Jupiter, qui possède pourtant une activité climatique très importante. Peut-être existe-t-il des saisons sur une autre échelle de temps que celle à laquelle nous sommes accoutumée : si l'on prend l'exemple de la grande tâche rouge, force est de constater que cette tempête dure depuis plusieurs siècles, à tel point qu'on ne représente presque plus Jupiter en image, sans elle. Il s'agit pourtant d'un événement climatique dont on pense qu'il est né au cours du dernier millénaire, et qu'il a toutes les chances de disparaître dans les siècles à venir. Peut-être les hommes du 4ème millénaire se demanderont-ils ce que leurs ancètres voulaient dire par "grande tâche rouge", lorsque celle-ci aura disparu depuis longtemps, sur une planète qui, au niveau des saisons, paraît on ne peut plus immobile.

 

Saturne, face A, face B

 

Saturne possède des caractéristiques axiale et orbitale relativement proches de celles de la Terre (excentricité seulement trois fois plus grande, inclinaison axiale maximale de 26,75°), elle n'est cependant étudiée que depuis peu de temps, avec l'arrivée dans son secteur, de la sonde Cassini, apparue dans les abords de la planète juste après le solstice d'hiver de l'hémisphère Nord, en Juillet 2004. L'aspect le plus étonnant de Saturne, a toujours été la présence d'anneaux gigantesques, bien visibles au télescope, et auxquels les saisons jouent un tour à la façon d'un vieux disque Face A / Face B : au cours de l'année (sur Saturne, l'année vaut environ 29 ans terrestre), l'une des faces du disque est ensoleillée la moitié du temps, soit environ 15 ans, l'autre face, pendant l'autre moitié du temps. Les observations n'ont pas encore permis de récolter suffisamment de données pour préciser le déroulement des saisons sur la planète.

 

Uranus la délirante

 

Si Uranus présente une excentricité orbitale parfaitement dans les normes du système solaire, il n'en va pas de même pour son inclinaison axiale, la plus forte du système solaire, atteignant plus de 80°... soit presque à angle droit! C'est donc sur cette planète que l'on trouve l'amplitude saisonnière (due à l'inclinaison axiale) la plus importante, avec des cercles polaires couvrant quasiment l'ensemble de la planète. En résulte, lors des solstices, qu'une grande partie de la planète est continuellement soumise à l'ensoleillement, tandis que l'autre reste dans l'ombre (pendant près de 42 ans!). 

 

Neptune et l'hiver éternel

 

Si les données axiales et orbitales de Neptune ne diffèrent que faiblement de celles de la Terre, il est difficile de ne voir sur cette planète, autre chose qu'un hiver perpétuel, avec des températures, soleil ou pas, avoisinant les -200° celsius. Quelques secondes sur cette planète, même à l'équateur, pendant l'équinoxe, avec le soleil au Zénith, et vous seriez transformés illico en bloc gelé plus dur qu'une pierre. Avec une période de révolution orbitale de plus de 164 ans, chacune des 4 saisons dure plus de 40 ans!

 

Ci-contre : Alors que les premières images de Neptune montraient une planète homogène apparemment exempte de perturbations, on a observé dans les deux dernières décennies, l'apparition de nuages avec les saisons sur Neptune (img NASA)