Description du système solaire. 1ère Partie

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1 Université de Lille Licence Sciences de la Vie, de la Terre et de l Environnement UE Sciences de l'univers Astronomie Description du système solaire 1ère Partie 1/47

2 Description du système solaire 2/47

3 Description du système solaire I. Les planètes telluriques Mercure Vénus Terre Mars II. Les planètes gazeuses Jupiter Saturne Uranus Neptune III. Les petits corps Ceinture d astéroïdes Ceinture de Kuiper Nuage de Oort et comètes 3/47

4 Les planètes système solaire influence gravitationnelle du Soleil sphère de rayon ~ 1 a.l. centrée sur le Soleil 8 planètes jusqu'à 30 UA, orbites ~circulaires et ~coplanaires 4 planètes telluriques: Mercure, Vénus, Terre, Mars 4 planètes gazeuses: Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune planètes telluriques: densité moyenne élevée ~ 4-5 g.cm -3 surface solide (croûte) recouvrant un manteau de silicates et un noyau de fer planètes gazeuses: densité moyenne faible ~ 1 g.cm -3 pas de surface solide formées essentiellement d'hydrogène et d'hélium comme le Soleil entourées d'un système d'anneaux et de nombreux satellites 4/47

5 I. Les planètes telluriques Mercure - planète de fer - noyau de fer (~50% volume) - champ magnétique Vénus - étoile du berger - 3 ème objet le + brillant du ciel Mars - planète rouge - oxyde de fer à la surface 5/47

6 I. Les planètes telluriques : masse, taille, orbite Mercure Vénus Mars Masse 0.05 M T 0.8 M T 0.1 M T Rayon 2450 km 6050 km 3400 km Distance 0.4 UA 0.7 UA 1.5 UA Révolution 88 j 225 j 687 j Rotation 58.6 j 243 j 24.6 h résonance la + lente, 3/2 rétrograde rotation-orbite Obliquité deg deg 25.2 deg saisons ~ Terre 6/47

7 I. Les planètes telluriques : les saisons orbite de la Terre et découpage des saisons 7/47

8 I. Les planètes telluriques : les saisons jour du solstice d été jour de l équinoxe jour du solstice d hiver trajectoires apparentes diurnes du Soleil en un lieu de l'hémisphère nord 8/47

9 I. Les planètes telluriques : atmosphère - pas d'atmosphère - température C jour / C nuit - atmosphère dense 96% CO % azote + dioxyde de soufre - pression = 90 x (Terre) - température 450 C (effet de serre) - atmosphère ténue 95% CO 2 + azote + argon - pression = 0.01 x (Terre) - temp. moyenne -55 C eau liquide impossible 9/47

10 I. Les planètes telluriques : surface Mercure Vénus Mars - sans activité volcanique - surface très cratérisée (impacts météoritiques lors de la formation) - volcanisme (SO 2 ds atmosphère) - surface assez jeune - cratères d impact - activité volcanique jusqu à x 10 6 ans - cratères d impact - calottes polaires (glace de CO 2 et H 2 O) cratères de Vénus (tailles ~ 50 km) Mars Olympus Mons (25 km alt., D=700 km) + gd du syst. sol. 10/47

11 I. Les planètes telluriques: Mars traces d écoulements, canyons, atmosphère différente dans le passé, et présence d eau liquide 11/47

12 I. Les planètes telluriques: Mars 12/47

13 I. Les planètes telluriques: Mars satellites de Mars: Phobos et Déimos diamètres 22.1 et 12.4 km, rayons orbitaux et km astéroïdes capturés? 13/47

14 I. Les planètes telluriques: système Terre-Lune 14/47

15 I. Les planètes telluriques: système Terre-Lune Terre rayon : 6378 km atmosphère eau liquide à la surface surface rocheuse avec peu de cratères activité volcanique et tectonique Lune diamètre 3470 km pas d'atmosphère sol très cratérisé rotation synchrone en 27.3 jours responsable des marées 15/47

16 I. Les planètes telluriques: système Terre-Lune force d attraction Lune force centrifuge force résultante Terre Lune effet de marée: résulte de la différence de force d'attraction de la Lune de part et d'autre de la Terre implique une déformation (bourrelet) de la Terre 16/47

17 I. Les planètes telluriques: système Terre-Lune bourrelet dû à la marée en avance p/r à la Lune (rotation Terre sur ellemême + friction) Lune exerce une force de rappel ralentissement de la rotation de la Terre + éloignement de la Lune p/r à la Terre (~4 cm/an) 17/47

18 II. Les planètes gazeuses: Jupiter 18/47

19 II. Les planètes gazeuses: Jupiter distance : 5.2 UA période orbitale : 11.9 ans période de rotation : 10h à l équateur rayon équatorial : km planète la plus massive du système solaire (318 M T ) influence gravitationnelle non négligeable sur les autres planètes circulation atmosphérique complexe cyclone permanent ~15000 km de diamètre (grande tache rouge), lié à l'action du champ magnétique ~ 70 satellites 4 grands satellites découverts par Galilée en 1610: satellites galiléens Io, Europe, Ganymède, Callisto système d anneaux fins et ténus, découvert en 1979 par Voyager 19/47

20 II. Les planètes gazeuses: Jupiter Io (D=3600 km) Europe (3100 km) Ganymède (5300 km) Callisto (4800 km) Io: intense activité volcanique (éjectats de soufre) due à l'échauffement provoqué par les marées que Jupiter soulève sur ce satellite 3 autres satellites: mélange de roches et de glace d'eau Europe: hypothèse d un océan liquide de ~100 km de profondeur sous la surface glacée 20/47

21 II. Les planètes gazeuses: Saturne 21/47

22 II. Les planètes gazeuses: Saturne distance : 9.5 UA période orbitale : 29.5 ans période de rotation : 11h rayon équatorial : km système d anneaux spectaculaire anneaux = multitude de particules (taille typique ~ 1 cm) en collision composés essentiellement de glace d'eau origine probable : débris d'un satellite brisé par effet de marée en s approchant de la planète (limite de Roche) âge probable : ~200 x 10 6 ans mission Cassini-Huygens ( ) 22/47

23 II. Les planètes gazeuses: Saturne 23/47

24 II. Les planètes gazeuses: Saturne grande variété de structures d échelles spatiales différentes, la plupart résultant d interactions avec des satellites (internes ou externes) division de Cassini ex: division de Cassini (cause : résonance gravitationnelle avec le satellite Mimas) 24/47

25 II. Les planètes gazeuses: Saturne ~ 60 satellites confirmés (~ 30 de moins de 10 km de diamètre) 9 grands satellites découverts entre 1655 et 1899: Mimas, Encelade, Téthys, Dioné, Rhéa, Titan, Hyperion, Japet, Phoebé (par ordre croissant de distance à Saturne) composés de roches et de glace d eau surfaces cratérisées pour la plupart Encelade (diamètre ~500 km) : 25/47

26 II. Les planètes gazeuses: Saturne Titan : 2è plus grand satellite du système solaire (diamètre 5150 km) atmosphère dense : azote (~98%), méthane comparable à l atmosphère primitive de la Terre (mais avec T = C) lacs d hydrocarbures liquides 26/47

27 II. Les planètes gazeuses: Uranus 27/47

28 II. Les planètes gazeuses: Uranus distance : 19.2 UA période orbitale : 84 ans période de rotation : 17h particularité : axe de rotation dans le plan de l orbite autour du Soleil rayon : km 27 satellites, dont 5 grands : Obéron, Titania, Umbriel, Ariel, Miranda (découverts entre 1787 et 1948) système d'anneaux très étroits anneau e confiné entre les orbites de 2 petits satellites (satellites gardiens ) Cordélia et Ophélie 28/47

29 II. Les planètes gazeuses: Neptune distance : 30.1 UA période orbitale : ans période de rotation : 16h rayon : km atmosphère comparable à celle d'uranus, couleur bleue due à la présence de méthane gazeux 14 satellites naturels connus Triton: diamètre 2700 km seul grand satellite du syst. sol. en orbite rétrograde ( capture?) atmosphère ténue (10 mbar) composée d azote (+ traces CO, CH 4 ) 29/47

30 II. Les planètes gazeuses: Neptune système d'anneaux, avec la présence d'arcs de matière 30/47

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32 III. Les petits corps 3 groupes de petits corps: ceinture d'astéroïdes ceinture de Kuiper nuage de Oort 32/47

33 III. Les petits corps: ceinture (principale) d astéroïdes corps rocheux (plusieurs centaines de milliers) situés entre Mars et Jupiter tailles : entre ~100m et ~1000km plus grand : Cérès, 950 km de diamètre masse totale : ~ 1/1000 masse de la Terre orbites excentriques et/ou inclinées surfaces irrégulières et cratérisées résidus de petites proto-planètes en formation collisions, fragmentation en raison des perturbations gravitationnelles de Jupiter certains ont des orbites qui croisent celle de la Terre (géocroiseurs) certains heurtent la Terre: météorites 33/47

34 III. Les petits corps: ceinture (principale) d astéroïdes ceinture principale astéroïdes troyens à 60 de Jupiter (point de Lagrange L 4, L 5 ) 34/47

35 III. Les petits corps: ceinture (principale) d astéroïdes Eros (géocroiseur) sonde NEAR (2001) 35/47

36 III. Les petits corps: ceinture (principale) d astéroïdes histogramme de la répartition des astéroïdes en fonction de leur distance au Soleil 36/47

37 III. Les petits corps: ceinture (principale) d astéroïdes lacunes de Kirkwood = régions vides d'astéroïdes correspondent à des périodes orbitales interdites, commensurables avec la période de révolution de Jupiter i.e. quand la période de révolution d'un astéroïde est un multiple (p + q ) / p (p, q entiers) de la période de révolution de Jupiter résonances de moyen mouvement ( p + q ) : p ex: résonance 3:1, astéroïdes qui font 3 révolutions pour 1 effectuée par Jupiter très importantes pour comprendre la dynamique des astéroïdes responsables du transfert des astéroïdes de la ceinture principale vers géocroiseurs 37/47

38 III. Les petits corps: astéroïdes anneaux denses et étroits découverts en 2013 autour de Chariklo, par occultation stellaire! Chariklo : plus grand Centaure (D=250km) orbite entre Saturne et Uranus 2 anneaux largeur ~5km, séparation ~10km - brillants anneaux Saturne mais + brillants que ceux d Uranus ~20% de glace d eau formation? 38/47

39 III. Les petits corps: ceinture de Kuiper corps glacés, appelés objets transneptuniens zone au-delà de l'orbite de Neptune entre 30 et 55 UA similaire à la ceinture d'astéroïdes, mais 20 x +large et ~ 100 x +massive principal représentant: Pluton + son satellite Charon découvert en 1930, classée planète naine par l'uai en er objet découvert en 1992 plus de 1000 objets connus aujourd'hui contiendrait ~10 5 corps de plus de 100 km de diamètre vestiges condensés de la nébuleuse primitive à l'origine du système solaire source de comètes périodiques de période inférieure à 200 ans 39/47

40 III. Les petits corps: ceinture de Kuiper 40/47

41 III. Les petits corps: ceinture de Kuiper 41/47

42 III. Les petits corps: ceinture de Kuiper + Cérès (le + grand de la ceinture d'astéroïdes) planètes naines 42/47

43 III. Les petits corps: nuage de Oort et comètes ensemble sphérique (hypothétique) de milliards de petits corps situé à la limite externe du système solaire (~ 1 a.l.) aucune observation directe de ce nuage origine de la plupart des comètes (période supérieure à 200 ans) noyaux cométaires deviennent visibles en comète lorsque orbite modifiée (très excentrique) et passage à proximité du Soleil environ 2000 comètes connues la plus connue: comète de Halley P=76 ans, dernier passage en 1986, observée depuis 240 av J.C. 43/47

44 III. Les petits corps: nuage de Oort et comètes 44/47

45 III. Les petits corps: nuage de Oort et comètes comète Hale-Bopp (1997) essaims d étoiles filantes associés à des comètes ex: essaim des Perséides (maximum d'intensité ~ 12 août) associé à la comète Swift-Tuttle 45/47

46 III. Les petits corps: nuage de Oort et comètes composée de 3 parties : noyau, chevelure, queue noyau: corps solide constitué de glace et de poussière ("boule de neige sale") sublimation des glaces sous l'action du rayonnement solaire donnant naissance à la chevelure et à la queue chevelure (coma): gaz ionisé + poussière libérés du noyau de la comète queue ionique: rectiligne à l'opposé du Soleil, poussée à haute vitesse (~ 500 km/s) par le vent solaire queue de poussières: plus large, poussée par la pression de radiation solaire, incurvée dans le plan de l'orbite 46/47

47 III. Les petits corps: nuage de Oort et comètes crédits des images : SOHO, NOAO, Swedish Solar Telescope, NASA Magellan, NASA Messenger, ESA Venus Express, JAXA-NHK Kaguya, NASA HST, NASA Phoenix, NASA Viking, NASA Cassini, NASA Voyager, NASA Near, ESA Giotto, CNES, NASA Lunar and Planetary Institute, NASA JPL 47/47