Exploration du système solaire

CEA Explorer et comprendre l’Univers

26 octobre 2020

Système solaire

  • Planètes
    • Corps sphérique
    • En orbite autour du Soleil
    • Qui a éliminé les autres corps de son entourage
  • Astéroïde
    • Petit corps (pas nécessairement sphérique)
    • En orbite autour du Soleil
  • Satellites
    • Corps en orbite autour d’une planète ou d’un astéroïde

Système solaire

  • Ceinture d’astéroïdes
    • Entre Mars et Jupiter
    • Grand nombre d’astéroïdes
  • Ceinture de Kuiper
    • Au-delà de Pluton (jusqu’à 120 UA)
    • Grand nombre d’astéroïde
  • Nuage de Oort
    • Petits astéroïdes
Système solaire, pas à l'échelle
(NASA)

@DoTryThisAtHome

Distribution de la masse

Objet Masse (%)
Soleil 99,80
Planètes principales 0,14
Nuage de Oort 0,05
Ceinture de Kuiper 0,001
Astéroïdes, satellites, anneaux < 0,0001
Planète Masse (%)
Mercure 0,01
Vénus 0,18
Terre 0,22
Mars 0,02
Jupiter 71,14
Saturne 21,30
Uranus 3,26
Neptune 3,86

Température des planètes

Deux types de planètes

Planètes telluriques

  • Similaires à la Terre
  • Densité : environ 5 g/cm3
  • Mercure, Vénus, Terre, Mars

Planètes joviennes

  • Similaires à Jupiter
  • Densité : environ 1,4 g/cm3
  • Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune

Soleil

Image du Soleil en éruption.
(NASA/GSFC/SOHO)

Soleil

  • Naine jaune de type G2
  • 100 fois plus gros que la Terre
  • 333 000 plus massif que la Terre

Soleil

  • Température du coeur : 15,7 millions °C
  • Fusion d’hydrogène

Éjections de masse coronale

(Solar Dynamics Observatory, NASA)

Missions d’exploration

Sonde spatiale SOHO Sonde spatiale SDO
(SOHO (ESA & NASA); NASA/SDO and the AIA, EVE and HMI science teams)

Les planètes telluriques

Mercure

Mercure
NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Mercure

Distance au Soleil 0,387 UA
Excentricité 0,206
Période de révolution 88 jours
Période de rotation 59 jours
Diamètre 4878 km
Densité 5,44
Température 430°C, -100°C, 167°C

Mercure

  • Planète la plus rapprochée du Soleil
  • Vitesse orbitale moyenne la plus élevée : 48km/s
  • Survolée par Mariner 10 et 1974 et 1975
  • Messenger en orbite

Messenger

Bassin de Rembrandt sur Mercure
NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Vénus

Mercure
NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech

Vénus

Distance au Soleil 0,723 UA
Excentricité 0,007
Période de révolution 224,7 jours
Période de rotation 243,01 jours
Diamètre 12 104 km
Densité 5,24
Température 477°C

Vénus

  • Astre le plus brillant dans le ciel après le Soleil et la Lune
  • Nuages empêchent de voir sa surface
  • Constitution interne très semblable à la Terre

Vénus

  • Atmosphère
    • 96% CO2
    • 3.5% azote
  • Nuages d’acide sulfurique
  • Effet de serre

Venera-13

Surface de Vénus photographiée par Venera-13
URSS

Vénus

  • Semble avoir une activité tectonique
  • Rotation rétrograde très lente

Terre

View of rising Earth about five degrees above the Lunar horizon

NASA/NSSDC

Lever de Terre tel que vu par les astronautes d’Apollo 8

Mosaic taken by NEAR in 1998

NASA/NSSDC

Mosaïque prise par NEAR en 1998

Constitution interne de la Terre

Diamètre équatorial 12 756 km
Diamètre entre les pôles 12 713 km
Masse 5,58 × 1024 kg
Densité moyenne 5,5

Constitution interne de la Terre

  • Matériaux accessibles : densité d’environ 3
  • Terre : densité moyenne de 5.5


  • Les matériaux situés au centre de la Terre doivent être plus denses

Constitution interne de la Terre

  • Centre de la Terre composé de fer et nickel
  • Densité : 7.87 pour le fer, 8.91 pour le nickel
  • Parmi les métaux les plus abondants dans l’Univers
Iron electrolytic and 1cm3 cube Nickel chunk

Âge de la Terre

4,6 Ga

Même âge que le reste du système solaire

Magnétisme terrestre

  • Champ magnétique qui protège du vent solaire
  • Cause du champ magnétique : courant dans le noyau liquide (peut-être…)

Magnétisme terrestre

NASA/GSFC/SOHO/ESA

Magnétisme terrestre

  • Particules chargées capturées par le champ magnétique
    • Forment les ceintures de Van Allen
  • Ceinture inférieure : protons et ions
  • Ceinture supérieure : électrons

Aurores polaires

Polarlicht 2

Aurores polaires

Aurora Australis From ISS

Aurores polaires

Aurora Borealis - Wickersham Dome - Alaska - 16 March 2013

Atmosphère terrestre

  • Mince couche autour du globe
  • 75% de la masse à moins de 10 km d’altitude

Atmosphère terrestre

Gaz Abondance
Azote (\(\mathrm{N}_2\)) 78%
Oxygène (\(\mathrm{O}_2\)) 21%
Argon (Ar) 0,93%
Eau (\(\mathrm{H}_2O\)) 0 - 4%
Gaz carbonique (\(C\mathrm{O}_2\)) 0,037%

La Lune

  • Mers formées il y a 3,3 à 3,8 Ga
    • Il y avait une activité volcanique
  • Hautes terres formées entre 4,2 et 4,4 Ga
  • Pas de noyaux de fer
    • Pas de champ magnétique
  • Pas d’atmosphère

Naissance de la Lune

Hypothèse la plus plausible

  • Collision entre Terre et objet de la taille de Mars
  • Noyau de l’objet s’est intégré à celui de la Terre
  • Restes de l’objet ont formé la Lune

Rotation de la Lune

  • Période de rotation correspond à la période de révolution
  • C’est un exemple de résonance gravitationnelle

Mars

Mars
NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Mars

Mars Earth Comparison 2

Mars

Distance au Soleil 1,524 UA
Excentricité 0,093
Période de révolution 1,88 année
Période de rotation 24h 37min 23s
Diamètre 6794 km
Densité 3,94
Température 20°C, -140°C, -40°C

Missions d’exploration de Mars

Mars Global Surveyor

Cartographie (1997)

Mars gullies.800px.jpg

Spirit

Preuve qu’il y a eu de l’eau sur Mars (2004)

Spirit
NASA/JPL/Cornell

Spirit

  • Coincé dans le sable depuis 2009
  • Fin de la mission en 2011

Opportunity

Preuve qu’il y a eu de l’eau sur Mars (2004)

Opportunity tracks

NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.

Curiosity
NASA/JPL-Caltech

Curiosity

Curiosity
NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems

Curiosity

À la recherche de molécules organiques (2012)

Curiosity
NASA

MAVEN

Pourquoi Mars a perdu son atmosphère (2014)

MAVEN spin test

NASA/Kim Shiflett

Mars

  • Atmosphère ténue (0,01 bar)
    • Composée principalement de CO2 (95%)
  • Glace sèche (CO2) et eau glacée
  • Couleur orangée : rouille (oxyde de fer)

Mars

  • Composition semblable à la Terre
  • Croûte
    • Hautes terres criblées de cratères
    • Plaines volcaniques plus récentes
  • Manteau
  • Noyau métallique

Mars

  • Pas d’activité tectonique
  • Pas de chaînes de montagne
  • Points chauds crachent toujours leur lave au même endroit
  • Volcans gigantesques

Mont Olympus

  • Plus haut volcan du système solaire
  • Hauteur de 23 km (3 fois l’Éverest)
  • Large de 600 km

Mont Olympus

Olympus Mons

NASA/JPL

Satellites de Mars

Phobos (27 km)

221831main PIA10368

MRO || NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Satellites de Mars

Deimos (15 km)

Deimos vu par MRO

MRO || NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Les planètes joviennes

NASA

Jupiter

Cassini (2011) | NASA/JPL/University of Arizona

Jupiter

Distance au Soleil 5,203 UA
Excentricité 0,048
Période de révolution 11,86 années
Période de rotation 9h 50min 30s
Diamètre 142 800 km
Densité 1,31
Température -110°C

Jupiter

  • 70% de toute la masse des planètes
  • 1400 fois plus volumineuse que la Terre
  • 318 fois plus massive que la Terre
  • À peine plus dense que l’eau
  • Champ magnétique 17 000 fois plus grand que celui de la Terre
  • Aplatissement de 6%

Jupiter

  • Composition de la planète
    • Hydrogène (78%)
    • Hélium (20%)
    • Ammoniac
    • Hydrosulfide d’ammonium
    • Eau

Jupiter

  • Rotation différentielle
    • Période de rotation équatoriale plus courte que la période de rotation des pôles
    • Période de rotation de la surface plus courte que la période de rotation interne

Grande tache rouge

Grande tache rouge
Voyager 2 (1979) | NASA
Grande tache rouge
Juno (2017) | NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Bjorn Jonsson

Grande tache rouge

  • Grosse tempête
  • Dure depuis au moins 350 ans
Image de Jupiter par Juno
Juno (2018) | Gerald Eichstädt and Sean Doran (CC BY-NC-SA) based on images provided courtesy of NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Composition interne de Jupiter

Jupiter diagram

Io

Jupiter et Io
Cassini (2001) | NASA/JPL/University of Arizona

Satellites de Jupiter

  • Io
  • Ganymède
  • Europe
  • Callisto
  • 75 autres petits satellites

Saturne

Saturne
Cassini | NASA

Saturne

Anneaux de Saturne
Cassini | NASA

Saturne

Saturne
Cassini | NASA/JPL/Space Science Institute

Saturne

Distance au Soleil 9,54 UA
Excentricité 0,056
Période de révolution 29,46 années
Période de rotation 10h 13min 59s
Diamètre 120 000 km
Densité 0,7
Température -180°C

Saturne

  • Composée d’hydrogène et d’hélium
  • Champ magnétique 500 fois plus grand que celui de la Terre
  • Axe de rotation incliné (saisons)
  • Aplatissement de 10%

Anneaux de Saturne

  • Composés principalement de glace
  • 1 km d’épaisseur

Uranus

Uranus
Voyager 2 (1986) | NASA

Uranus

Distance au Soleil 19,19 UA
Excentricité 0,046
Période de révolution 84,04 années
Période de rotation 16,5h
Diamètre 51 120 km
Densité 1,3
Température -221°C

Uranus

Uranus

Uranus

  • Planète couchée
  • Atmosphère contient du méthane qui absorbe le rouge
  • Possède des anneaux
  • 27 satellites

Neptune

Neptune

Neptune

Distance au Soleil 30,06 UA
Excentricité 0,010
Période de révolution 164,8 années
Période de rotation 18 h
Diamètre 49 528 km
Densité 1,66
Température -230°C

Neptune

  • Composition interne très semblable à Uranus
  • Inclinaison de l’axe de rotation de 30°
  • Phénomènes atmosphériques probablement dus à la production d’énergie par contraction gravitationnelle

Pluton

Pluton
NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker
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