Naissance de notre système solaire

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1 Naissance de notre système solaire Refs: Faure Geochemistry

2 log abondance (atomes / 10 6 Si) Li H He C O Be N Ne Si S B CNO Ca Sc Fe Instable Ni Fe: produit dans la dernière phase de fusion Éléments > Fe: activation par neutrons Tc Pm Éléments fissionable Pt Pb Th U

3 Caractéristiques de l abondance solaire 1. Les éléments qui ont des nombres atomiques pairs sont plus abondant que les éléments voisins aux nombres atomiques impairs (effet zigzag) 2. Abondance extrême de H et He (> 99 wt%). Il existe une diminution exponentielle de l abondance des éléments en fonction de l augmentation du nombre atomique (jusqu à Z=45). log abondance (atomes / 10 6 Si) Li H He C O NeSi N S Be B Fe Ca 3. Certains éléments ont de faibles abondances. Les éléments adjacents à l hélium dans le tableau périodique : Li (N=3), Be (N=4), B (N=5), Sc (N=21). 4. Abondances élevées pour O (N=8), Fe (N=26) et Pb

4 Caractéristiques de l abondance solaire 5. Les nucleides dont le nombre de masse est un multiple de 4 ont des abondances élevées. O (N=8). 6. Les éléments dont le nombre atomique est supérieur à 26 (Z>26) ont de faibles abondances. log abondance (atomes / 10 6 Si) Li H He C O Mg N S Be B Fe Ca Ni Cr 7. Les éléments dont le nombre atomique est supérieur a 83 n ont aucuns isotopes stables. Par contre, ces éléments existent dans la nature car ils proviennent de la désintégration d isotopes radioactifs à longue demivie Pb

5 Au début... Nébuleuse solaire inter-stellaire composée de poussières et de gaz (6 milliards d années) Forces de gravité, magnétique et électrique augmentent la densité puit T et P Augmentation de la rotation, formation du disque central Gradient thermique/pression vers l interieur Première différenciation chimique

6 Condensation de la matière 1325 Oxides: CaO, Al 2 O, TiO, ÉTR (REE) 1025 Fe et Ni métalliques 925 Silicates de Mg et Fe: Enstatite [MgSiO 3 ] et olivine [Fe,Mg) 2 SiO 4 ] 725 Métaux Alkalins + oxydes Al/Si = feldspaths [NaAlSi 3 O 8 ] 400 H 2 S + Fe = Troilite [FeS] 280 H 2 O + Ca/Mg/Fe-silicates = amphiboles, serpentine <0 H 2 O glace 100 CO 2 glace 125 NH 3 H 2 O hydrate d ammoniac 150 CH 4 7H 2 O hydrate de méthane 180 N Ar et CH 4

7 Accrétion de matière Poussière des composés réfractaires (oxides, Fe, Ni) Les composés avec haute pression de vapeur vont aux extrémités du disque (H 2, He, H 2 O, NH 3, CH 4 ) Accrétion des proto-planètes de matière solide (10 à 1000 km diamètre) par la gravité et l attraction électrostatique Ignition du H dans le jeune soleil super chaud Éjection de 25% de sa masse vent de plasma solaire: p et e lavage des gaz de la nébuleuse solaire (H et He) vers l extérieur

8 Formation des planètes terrestres Mercure, Venus, Terre, Mars et les astéroïdes Agglomération des proto-planètes en planètes Chacune ont un noyau de fer entouré d un manteau silicaté Fusion par causée par la chaleur d accrétion et désintégration radioactive Refroidissement par radiation et solidification Addition plus tard des phases volatiles (H 2 O, NH 3, CO 2 ) par la capture de comètes

9 Formation des planètes joviennes Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton Agglomération des proto-planètes de matière solide et formation des noyaux Condensation et accrétion des volatiles Addition plus tard des phases volatiles (H 2 O, NH 3, CO 2 ) par la capture de comètes

10 log Mass (g) Distribution de masse Distance du Soleil (10 6 km)

11 Le Soleil 92.1% H 7.8% He 0.1% d éléments plus lourds 70 éléments Noyau millions K, 250 milliards atm Surface 5800 K Émissions photons + vent de p et e

12 Mercure Visité par Mariner 10 en Noyau Fe Croûte très mince silicatée Pas de tectonique de plaques Atmosphère O, Na, H (créée par le vent solaire) Glace de H 2 O aux pôles dans l ombre des cratères.

13 Venus Mariner 2 (1962) à Magellan ( ) Noyau de fer, ½ de son diamètre, mais sans champ magnétique Manteau de roches, partiellement liquide et convectif Croûte silicatée avec volcanisme dans le passé - volcans de bouclier, (et peut-être aujourd hui - SO 2 ) Pas de cratère d impact Surface peu ondulée, dunes de sable, vents légers Atmosphère: 90bar, CO 2 (et H 2 SO 4 ) mais sans H 2 O T à la surface = 450 C (effet de serre par CO 2 )

14 Terre Noyau de fer, +½ de son diamètre, avec un champ magnétique Manteau de roche, partiellement liquide et convectif Croûte silicatée différentiée par le volcanisme et la tectonique des plaques Atmosphère: 1bar, N 2, O 2, H 2 O et CO 2 T à la surface = 15 C (effet de serre par H 2 O)

15 Mars Mariner 4 ( 65), Mars 2 et Viking ( 76), Pathfinder ( 97), Mars rovers ( 04) Noyau de fer et FeS ~½ diamètre de la planète Manteau de roches, partiellement liquide Croûte silicatée roches volcaniques Tectonisme verticale par volcanisme sans plaques Atmosphère: 7 mbar de CO 2 T à la surface = 55 C ( 143 à 17 C) pas d effet de serre Calottes glacières (CO 2 et H 2 O) aux pôles Preuves que l intérieur contient de l eau

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22 Ceinture d astéroïdes Orbite entre Mars et Jupiter > découvertes, 26 > 200 km dia. Masse totale < masse de la lune. Solide, sans volatiles Ceres = 933 km dia, et 25% masse totale Type C (75%) foncée, carbonatée avec composition du soleil (sans H, He) Type S (17%) brillante, métaux-fe/ni avec silicates-mg Type M (6%) brillante, métaux-fe/ni Densité 1 (poreux, débris compactés?) Galileo visite Gaspra et Ida en 1991/93 NEAR orbite Eros (fev 2000) et atterri en fev 2001.

23 Jupiter Noyau rocheux 10 à 15 x la masse de la Terre, K Manteau de H liquide métallique (p et e ionisés) 4 E6 bars Conducteur et source du champ magnétique Trop petit pour s allumer (1/80 la masse H nécessaire) Croûte de H 2 et He liquide (traces de H 2 O, CO 2, CH 4 ) Atmosphère de H 2 et He (et gaz de S patrons) 28 satellites (lunes) Anneaux rocheux, très minces, nourris par la poussière des lunes

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25 Saturne Noyau rocheux, K Manteau de H liquide métallique (p et e ionisés) (comme Jupiter) Atmosphère de H 2 et He (75:25) liquide/gaz avec traces de H 2 O, CO 2 30 satellites (lunes) Anneaux km de large et très minces (<1 km) composés de H 2 O glace

26 Uranus Visité par Voyager 2 - Jan ème plus grande planète en diamètre Noyau liquide de H 2 O, CH 4 et NH 3 et d autres matériaux plus dense vers l intérieur. Pas de croûte Atmosphère de 83% H 2, 15% He et 2% CH 4 (bleu) T = 76 K (à pression de 1 bar) 21 lunes, 11 anneaux de poussière

27 Neptune Visité par Voyager 2 - Aug ème plus grande planète en diamètre, mais 3 ème en masse Atmosphère très profonde, composée de 79% H 2, 18% He et 3% CH 4 (bleu) Noyau liquide de H 2 O et d autres matériaux plus denses, diamètre = Terre. Pas de croûte T = 73 K (à pression de 1 bar) 8 lunes, 4 anneaux de poussière

28 Pluton (et Charon) Jamais visité Planète la plus petite ( x masse de la Terre) Atmosphère très profonde, composée de 79% H 2, 18% He et 3% CH 4 (bleu) Noyau rocheux avec manteau liquide de H 2 O Mince croûte de CH 4 gelée avec de N 2 et CO Atmosphère saisonale, (pression de 1 E 6 bar) T = 57.8 K 1 lune Charron (H 2 O glace?), double planète?

29 Nouvelle planète 2003UB313 découverte Jan fois plus loin que pluton 1.5 fois plus grande

30 Comètes Noyau solide et stable, de H 2 O glace et poussière et d autres solides Coma (atmosphère) nuage d eau, CO 2 et d autres gaz sublimé du noyau Nuage d H 2 (10 6 km diamètre Queue de poussière (long de 10 millions km) Queue ionique (long de 100s millions km) composée de plasma causée par le vent solaire Provient du nuage Oort, aux extrémités du système solaire (trillions de comètes, mass de Jupiter??)

31 Deep impact July 4, 2005 What is the depth to primitive material? Crater depth and form reveal material types. Composition of ejecta reveals interior materials. Changes in outgassing from impact.