lundi 18 novembre 2013

La météo du système solaire. Épisode 1 : Mercure, Vénus et Mars

Aujourd'hui, il fait -29° C à Oïmiakon en Sibérie et 38°C à Niamey au Niger. L'hiver arrive en France et les cyclones font des ravages en Asie. Pour relativiser un peu, je vous propose de faire un petit tour des conditions climatiques dans le système solaire, en commençant aujourd'hui par les trois planètes telluriques : Mercure, Vénus et Mars. Préparez la crème solaire indice 1 million, les doudounes hyperpolaires et les parapluies-d'acide-sulfurique.

  Mercredi 20/11 sur Mercure

Mercure devant le Soleil. Crédits : Hinode
Températures en baisse ce mercredi ; dans le centre on atteindra péniblement les 395° C. La nuit, environ 88 jours terrestres plus tard, alors que la planète aura accompli un tour complet autour du Soleil, les températures se stabiliseront vers-173°C. Aux pôles, la température descendra sous les -200°C. Pas un nuage, comme tous les jours depuis des milliards d'années. Nous fêterons les Edmond.

Mercure est la planète la plus proche du Soleil. Sa distance avec l'étoile varie entre 46 et 50 millions de kilomètres. Au périhélie, c'est à dire au point où la planète est la plus proche du Soleil, la température peut atteindre 430° C au zénith. Le Soleil brille alors avec une intensité 7 fois supérieure à celle que l'on connait sur Terre, parfait pour les panneaux photovoltaïques.

L'orbite de la planète autour du Soleil est assez excentrée pour ne pas dire excentrique, comme on peut le voir dans la vidéo ci-dessous.


La période de révolution de Mercure dure 88 jours, et sa période de rotation 58,6 jours. Il y a donc un rapport 3/2 entre les deux laps de temps. Ainsi, lorsque la planète a fait deux fois le tour du Soleil, elle n’a tourné que trois fois sur elle-même : en deux ans, il n'y a que trois journées !
Résonance 3 :2 de la Planète Mercure. Crédits : K. Madjer
Il n'y a quasiment pas d'atmosphère sur Mercure, elle possède une exosphère qui exerce une pression au sol de 0,00001 milliardièmes d'atmosphère. C'est pourquoi l'amplitude thermique est si grande : le rayonnement n'est pas piégé par la fine couche de gaz et la chaleur du jour n'est pas conservée. Mercure ne connait pas de saisons : son axe d'inclinaison est quasi nul (contrairement à la Terre). Aux pôles, les rayons du soleil arrivent presque parallèlement au sol. A certains endroits, comme au fond des cratères polaires par exemple, la lumière solaire ne pénètre jamais. Les températures y sont inférieures à -223 °C.

Vendredi 22/11 sur Vénus

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La planète Vénus, photographiée devant le Soleil. Crédits : Hinode/NASA
Températures stationnaires en cette fin de semaine, autour de 465° C. Temps lourd et nuageux, comme d'habitude. En fin de journée, il faut craindre des orages et des averses d'acide sulfurique. Les vents atteindront les 240 km/h avec des pointes à 300 km/h sur les reliefs. Nous fêterons les Cécile.

Vénus, presque aussi grande que la Terre, est la deuxième planète la plus proche du Soleil. Ce facteur n'explique pas à lui seul la chaleur infernale qui règne à la surface de la planète. Contrairement à Mercure, Vénus possède une atmosphère extrêmement dense, composée à 96,5% de dioxyde de carbone (CO2). Cette atmosphère génère un effet de serre colossal à l'origine des températures extrêmes observées. Au sol, la pression est de 92 atmosphères, une pression presque équivalente à celle exercée par un million de litres d'eau sur une surface d'un mètre carré ; c'est grosso-modo la pression que vous subiriez en plongeant à 1000 mètres de profondeur sous l'eau ! Dans ces conditions de pression et de température, le dioxyde de carbone est dans un état dit supercritique, entre le liquide et le gaz. Autant dire qu'on ne fait pas de jogging sur Vénus.

Comment se fait-il qu'à tailles comparables, la Terre et Vénus possèdent des atmosphères si différentes ? (Question de Philippe Guglielmetti). Sur Terre, le dioxyde de carbone est stocké dans divers réservoirs, le principal étant l'hydrosphère (les océans, les lacs etc.). Le taux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est donc régulé. Sur Vénus en revanche, l'atmosphère a rapidement perdu au cours de son évolution les vastes quantités d'eau (on parle d'océans) qu'elle contenait. Vaporisée, l'eau s'est dissociée en hydrogène et en oxygène. L’hydrogène, trop léger, a disparu à jamais, balayé par le vent solaire. L'oxygène a été stocké en surface sous forme minérale. Le dioxyde de carbone, massivement produit par le volcanisme très actif de Vénus, est plus lourd : il reste piégé et s'accumule dans l'atmosphère.

Une épaisse couche de nuages située entre 31 et 68 kilomètres d'altitude, réfléchit une grande partie des rayons solaires. Rares sont les rayons qui atteignent le sol, où règne une obscurité semblable à celle d'un après-midi de Décembre à Édimbourg. Ces nuages sont composés de dioxyde de soufre et d'acide sulfurique, et sont couverts par une fine couche de glace. Ils produisent quotidiennement des averses acides et brûlantes, dont les gouttes s'évaporent avant d'atteindre le sol. Il se pourrait même qu'il neige des métaux lourds sur Vénus, comme du sulfure de plomb ou de bismuth (lire cet article). L'atmosphère de Vénus fait un tour complet de la planète, dans le sens opposé à celui de sa rotation, en 4 jours seulement, engendrant des vents au sol de l'ordre de 100 mètres par seconde !

Diagramme de phase du CO2. Crédits
Vénus, photographiée par Mariner. Crédits : NASA
Vénus n'étant que faiblement inclinée sur son axe, il n'y existe pas vraiment de saisons.

Mardi 19/11 sur Mars (hémisphère nord)

Mardi, on s'attend à une remontée des températures dans le nord pour cette belle journée de printemps. La température passera de -89°C à -44°C au cours de la matinée, avec des maximas de -31°C. En début d'après midi, on observa quelques nuages de cristaux de glace sur les reliefs ainsi que des nuages de cristaux de CO2 (de la neige carbonique en somme) à très haute altitude.


En fin d'après-midi, les vents soulèveront un peu de poussières, mais cela ne sera rien en comparaison des tempêtes de 1971 et 2001, qui avaient touché la planète entière. La pression continuera de baisser, au fur et à mesure qu'une partie de l'atmosphère se condense dans la calotte du pôle sud. Vous avez été nombreux à participer à notre jeu Dust Devil, voici la plus belle vidéo de tourbillon, soumise pa Curiosity, qui gagne son poids en barres chocolatées. Nous fêterons les Tanguy.



Mars est environ deux fois plus petite que la Terre mais possède des montagnes presque trois fois plus hautes que la chaine himalayenne. On peut se faire une idée de la masse extraordinaire du Mont Olympus sur les illustrations ci-dessous :
Olympus Mons, vue d'artiste à gauche (Crédits) et comparaisons d'échelles à droite (Crédits : Wikipédia).
Mars possède une toute petite atmosphère, dont la pression vaut 0,61 % de la valeur terrestre. Elle est constituée principalement de dioxyde de carbone (95,32 %), d'azote (2,7 %) et d'argon. Elle contient aussi un peu d'oxygène (0,13 %). Une particularité intéressante de cette atmosphère est qu'elle se condense alternativement aux pôles, en fonction des saisons. Ce phénomène est davantage marqué durant l'hiver austral (plus long et plus froid que l'hiver boréal), entrainant des variations de pratiquement un tiers de la pression atmosphérique ! Par ailleurs, les conditions de pression et de température varient beaucoup en fonction de l'altitude : on relève par exemple 30 pascals (0,0003 atmosphères terrestres) au sommet d'Olympus Mons (21 229 mètres d'altitude) et jusqu'à 1 155 pascals aux points les plus bas.
Photographie du pôle nord de Mars par la sonde MGS. Crédits : NASA.
L'inclinaison de Mars sur son axe de rotation est encore plus marquée que celle de la Terre (respectivement 25.19° et 23.44°) ; Mars possède donc des saisons bien définies. Mais son orbite est moins circulaire et plus excentrée, ce qui affecte leur intensité et leur durée dans les deux hémisphères. Dans l'hémisphère nord, la planète est à son aphélie (le point de son orbite le plus éloigné du Soleil) au printemps et à son périhélie (le point de son orbite le plus proche du Soleil) en automne, de sorte que, la distance compensant l'inclinaison, les saisons y sont moins marquées que dans le sud.  Les hivers sont doux et courts et les étés longs et frais. Dans l'hémisphère sud, c'est l'inverse : les hivers sont rigoureux et interminables, un peu comme à Paris, et les étés sont plus chauds et plus courts que dans l'hémisphère nord.
Illustration des saisons sur Mars, adapté des dessins de Léely illustratrice
Le climat martien n'a pas toujours été aussi extrême. Il y a quatre milliards d'années, voici à quoi ressemblait la surface de la planète rouge :


Dans le prochain épisode, nous parlerons des cyclones titanesques des planètes gazeuses et de ce bon vieux Soleil !

4 commentaires:

  1. Excellente idée, cet article, bravo !
    J'ai une question et une remarque.

    La remarque : "pression presque équivalente à celle d'un million de litres d'eau"... Une pression c'est une force sur une surface, donc là, il manque la surface ...

    La question : comment une planète de la même taille approximative que la Terre peut-elle avoir une atmosphère aussi dense que celle de Vénus ?

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  2. Merci Philippe :)
    C'est bien vrai, je vais corriger ça !
    Pour la densité de l' atmosphère, ce doit être à cause de l'absence d'eau : le CO2 massivement produit par l'activité volcanique s'accumule dans l'atmosphère au lieu de se fixer dans les océans comme sur Terre. Je vais vérifier et préciser cela aussi :)

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  3. Bonjour à vous !

    Je me permet de laisser ce commentaire car je viens de découvrir votre blog, et je dois l'avouer ; il me fascine.
    Je cherchais à me renseigner sur les différents phénomènes météorologiques dans notre système solaire et dans l'univers en général pour un livre de science fiction. Votre article était donc parfait !
    Je pense que je vais suivre votre blog avec une grande assiduité. Je suis étudiante en Lettres Modernes et les sciences me manquent depuis longtemps déjà. Mes connaissances sont limitées, mais je lis beaucoup d'ouvrages scientifiques pour les lectures personnelles, et j'avoue que vos articles ne font que nourrir mon imagination. Surtout que vous mettez vraiment en avant le côté amusant, ludique, magique et imaginaire des sciences - ce qui me plait.
    C'était juste un petit commentaire pour vous remercier et vous invitez à continuer. Ce que vous faites est vraiment super.

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  4. Bonsoir ! Merci beaucoup pour votre commentaire à la fois touchant et encourageant ! Si vous le voulez bien, je serai intéressé de lire ce que vous écrirez. Bon courage pour vos études et bonne chance dans vos projets :)

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