Sciences de la Terre

Objectifs de la leçon

• Décrire les principales caractéristiques de chacune des planètes intérieures.
• Comparer chacune des planètes intérieures à la Terre et les unes aux autres.

Vocabulaire

• jour
• planètes intérieures
• planètes terrestres
• année

Introduction

Sur quelles preuves les géologues planétaires peuvent-ils s’appuyer pour déterminer la géologie des planètes intérieures ? Sur Terre, les scientifiques peuvent collecter et analyser la chimie d’échantillons, effectuer des datations radiométriques pour déterminer leur âge, et regarder des images satellites pour voir les caractéristiques à grande échelle. Des rovers se sont posés sur Mars et ont renvoyé d’énormes quantités d’informations, mais une grande partie du reste de ce que l’on sait sur les planètes intérieures provient d’images satellites.

Les planètes intérieures

Les planètes intérieures, ou planètes terrestres, sont les quatre planètes les plus proches du Soleil : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. La figure ci-dessous montre les tailles relatives de ces quatre planètes intérieures.

Contrairement aux planètes extérieures, qui ont de nombreux satellites, Mercure et Vénus n’ont pas de lunes, la Terre en a une et Mars en a deux. Bien sûr, les planètes intérieures ont des orbites plus courtes autour du Soleil, et elles tournent toutes plus lentement. Du point de vue géologique, les planètes intérieures sont toutes constituées de roches ignées refroidies avec des noyaux de fer, et toutes ont été géologiquement actives, au moins au début de leur histoire. Aucune des planètes intérieures n’a d’anneaux.

Terre

Bien que la Terre soit la troisième planète à partir du Soleil, cette leçon commencera ici. Nous en savons beaucoup plus sur la Terre, donc ce que nous savons peut être utilisé pour la comparaison avec les autres planètes.

Surface de la Terre et vie

Comme vous pouvez le voir sur (Figure ci-dessus), la Terre possède de vastes océans d’eau liquide, de grandes masses de terres émergées et une atmosphère dynamique avec des nuages de vapeur d’eau. La Terre a également de la glace qui recouvre ses régions polaires. La température moyenne à la surface de la Terre est de 14°C (57°F). L’eau est liquide à cette température, mais la planète possède également de l’eau dans ses deux autres états, solide et gazeux. Les océans et l’atmosphère contribuent à maintenir les températures de surface de la Terre assez stables.

Pour l’instant, la Terre est la seule planète connue pour abriter la vie. La présence d’eau liquide, la capacité de l’atmosphère à filtrer les rayonnements nocifs et de nombreuses autres caractéristiques font que la planète est particulièrement adaptée pour abriter la vie. La vie et la Terre s’influencent mutuellement ; par exemple, l’évolution des plantes a permis à l’oxygène de pénétrer dans l’atmosphère en quantités suffisamment importantes pour que les animaux puissent évoluer. Bien que la vie n’ait pas été découverte ailleurs dans le système solaire, d’autres planètes ou satellites peuvent abriter des formes de vie primitives. La vie peut également être trouvée ailleurs dans l’univers.

Structure et tectonique des plaques

La chaleur qui est restée de l’accrétion de la planète, de la compression gravitationnelle et de la désintégration radioactive a permis à la Terre de fondre, probablement plus d’une fois. Lorsqu’elle s’est ensuite refroidie, la gravité a attiré le métal au centre pour créer le noyau. Les roches plus lourdes ont formé le manteau et les roches plus légères ont formé la croûte.

La croûte terrestre est divisée en plaques tectoniques, qui se déplacent à la surface à cause de la convection du manteau en dessous. Le mouvement des plaques provoque d’autres activités géologiques, comme des tremblements de terre, des volcans et la formation de montagnes. L’emplacement de ces phénomènes est généralement lié aux limites actuelles ou anciennes des plaques. La Terre est la seule planète connue pour sa tectonique des plaques.

Mouvements et satellites de la Terre

La Terre tourne sur son axe une fois par jour, par définition. La Terre tourne autour du Soleil une fois tous les 365,24 jours, ce qui est défini comme une année. La Terre possède une grande lune, qui tourne autour de la Terre une fois tous les 29,5 jours, période appelée mois.

La lune de la Terre est la seule grande lune en orbite autour d’une planète terrestre dans le système solaire. La Lune est couverte de cratères ; elle présente également de grandes plaines de lave. Le nombre considérable de cratères suggère que la surface de la Lune est ancienne. Il existe des preuves que la Lune s’est formée lorsqu’un gros objet – peut-être aussi gros que la planète Mars – a frappé la Terre dans un passé lointain (figure ci-dessous).

Mercure

La plus petite planète, Mercure, est la planète la plus proche du Soleil. Parce que Mercure est si proche du Soleil, il est difficile de l’observer depuis la Terre, même avec un télescope. Cependant, la sonde Mariner 10, représentée sur la figure ci-dessous, a visité Mercure de 1974 à 1975. La sonde MESSENGER étudie Mercure en détail depuis 2005. Elle est actuellement en orbite autour de la planète, où elle établit des cartes détaillées. MESSENGER signifie Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging.

Comme le montre la figure ci-dessous, la surface de Mercure est couverte de cratères, comme la lune de la Terre. Les anciens cratères d’impact signifient que pendant des milliards d’années, Mercure n’a pas beaucoup changé géologiquement. De plus, avec très peu d’atmosphère, les processus de météorisation et d’érosion n’usent pas les structures de la planète.

Il existe de nombreuses images, films et activités sur le site de MESSENGER : http://messenger.jhuapl.edu/index.php.

Année courte, jours longs

Mercure doit son nom au dieu messager romain, qui pouvait courir extrêmement vite, tout comme la planète se déplace très rapidement dans son orbite autour du Soleil. Une année sur Mercure – la durée de son orbite autour du Soleil – ne représente que 88 jours terrestres.

Malgré ses années très courtes, Mercure a des jours très longs. Un jour est défini comme le temps qu’il faut à une planète pour tourner sur son axe. Mercure tourne lentement sur son axe, tournant exactement trois fois pour chaque deux fois qu’elle tourne autour du Soleil. Par conséquent, chaque jour sur Mercure dure 57 jours terrestres. En d’autres termes, sur Mercure, une année ne dure qu’un jour et demi de Mercure !

Températures extrêmes

Mercure est proche du Soleil, il peut donc faire très chaud. Cependant, Mercure n’a pratiquement pas d’atmosphère, pas d’eau pour isoler la surface, et elle tourne très lentement. Pour ces raisons, les températures à la surface de Mercure varient considérablement. En plein soleil, la surface peut atteindre 427°C (801°F). Du côté obscur, ou dans l’ombre à l’intérieur des cratères, la surface peut être aussi froide que -183°C (-297°F) ! Bien que la majeure partie de Mercure soit extrêmement sèche, les scientifiques pensent qu’il pourrait y avoir une petite quantité d’eau sous forme de glace aux pôles de Mercure, dans des zones qui ne reçoivent jamais la lumière directe du soleil.

Un noyau de métal liquide

La figure ci-dessous montre un schéma de l’intérieur de Mercure. Mercure est l’une des planètes les plus denses. Son noyau liquide relativement grand, composé principalement de fer fondu, occupe environ 42 % du volume de la planète.

Vénus

Nommée d’après la déesse romaine de l’amour, Vénus est la seule planète portant le nom d’une femme. Les épais nuages de Vénus reflètent bien la lumière du soleil, si bien que Vénus est très lumineuse. Lorsqu’elle est visible, Vénus est l’objet le plus brillant dans le ciel, à part le Soleil et la Lune. Parce que l’orbite de Vénus est à l’intérieur de l’orbite de la Terre, Vénus apparaît toujours près du Soleil. Lorsque Vénus se lève juste avant le Soleil, cet objet brillant est appelé l’étoile du matin. Lorsqu’il se couche juste après le coucher du Soleil, c’est l’étoile du soir.

De toutes les planètes, Vénus est la plus semblable à la Terre en termes de taille et de densité. Vénus est également notre plus proche voisine. La structure intérieure de la planète est similaire à celle de la Terre avec un grand noyau de fer et un manteau de silicate (figure ci-dessous). Mais la ressemblance entre les deux planètes intérieures s’arrête là.

Pour en savoir plus sur Vénus, consultez le lien suivant : http://www.nasa.gov/worldbook/venus_worldbook.html.

Mouvement

Vénus tourne dans un sens opposé aux autres planètes et opposé à la direction dans laquelle elle tourne autour du Soleil. Cette rotation est extrêmement lente, seulement un tour tous les 243 jours. C’est plus long qu’une année sur Vénus – il faut seulement 224 jours à Vénus pour faire le tour du Soleil.

Atmosphère extrême

Vénus est recouverte d’une épaisse couche de nuages, comme le montrent les photos de Vénus prises dans les longueurs d’onde ultraviolettes (figure ci-dessous).

Les nuages de Vénus ne sont pas constitués de vapeur d’eau comme les nuages de la Terre. Les nuages de Vénus sont principalement constitués de dioxyde de carbone avec un peu de dioxyde de soufre – et ils contiennent également de l’acide sulfurique corrosif. Le dioxyde de carbone étant un gaz à effet de serre, l’atmosphère piège la chaleur du Soleil et crée un puissant effet de serre. Même si Vénus est plus éloignée du Soleil que Mercure, l’effet de serre fait de Vénus la planète la plus chaude. Les températures à la surface atteignent 465°C (860°F). C’est assez chaud pour faire fondre le plomb.

L’atmosphère de Vénus est si épaisse que la pression atmosphérique à la surface de la planète est 90 fois supérieure à celle de la surface de la Terre. L’atmosphère dense obscurcit totalement la surface de Vénus, même pour les engins spatiaux en orbite autour de la planète.

Surface de Vénus

Comme les engins spatiaux ne peuvent pas voir à travers l’atmosphère épaisse, on utilise un radar pour cartographier la surface de Vénus. De nombreuses caractéristiques trouvées à la surface sont similaires à la Terre et pourtant très différentes. La figure ci-dessous montre une carte topographique de Vénus produite par la sonde Magellan à l’aide d’un radar.

Les sondes spatiales en orbite ont utilisé le radar pour révéler des montagnes, des vallées et des canyons. La plupart de la surface présente de grandes zones de volcans entourées de plaines de lave. En fait, Vénus a beaucoup plus de volcans que n’importe quelle autre planète du système solaire et certains de ces volcans sont très grands.

La plupart des volcans ne sont plus actifs, mais les scientifiques ont trouvé des preuves qu’il y a un certain volcanisme actif (Figure ci-dessous). Réfléchis à ce que tu sais sur la géologie de la Terre et sur ce qui produit les volcans. Que suggère la présence de volcans sur la géologie de Vénus ? Quelles preuves rechercheriez-vous pour trouver les causes du volcanisme sur Vénus ?

Vénus a également très peu de cratères d’impact par rapport à Mercure et à la Lune. Quelle est la signification de ce phénomène ? La Terre a aussi moins de cratères d’impact que Mercure et la Lune. Est-ce pour la même raison que Vénus a moins de cratères d’impact ?

Il est difficile pour les scientifiques de comprendre l’histoire géologique de Vénus. L’environnement est trop rude pour qu’un rover puisse s’y rendre. Il est encore plus difficile pour les étudiants de comprendre l’histoire géologique d’une planète lointaine à partir des informations données ici. Nous pouvons tout de même reconstituer quelques éléments.

Sur Terre, le volcanisme est généré parce que l’intérieur de la planète est chaud. Une grande partie de l’activité volcanique est causée par la tectonique des plaques. Mais sur Vénus, il n’y a aucune preuve de limites de plaques et les caractéristiques volcaniques ne s’alignent pas comme elles le font aux limites de plaques.

Parce que la densité des cratères d’impact peut être utilisée pour déterminer l’âge de la surface d’une planète, le faible nombre de cratères d’impact signifie que la surface de Vénus est jeune. Les scientifiques pensent qu’il y a un resurfaçage fréquent de Vénus à l’échelle de la planète, avec un volcanisme qui a lieu en de nombreux endroits. La cause est la chaleur qui s’accumule sous la surface et qui n’a pas d’échappatoire jusqu’à ce qu’elle détruise finalement la croûte et donne lieu à des volcans.

Mars

Mars est la quatrième planète à partir du Soleil, et la première planète au-delà de l’orbite de la Terre (Figure ci-dessous). Mars est une planète très différente de la Terre et pourtant plus semblable que n’importe quelle autre planète. Mars est plus petite, plus froide, plus sèche et semble dépourvue de vie, mais les volcans sont communs aux deux planètes et Mars en possède beaucoup.

Mars est facile à observer, c’est pourquoi elle a été étudiée plus en profondeur que toute autre planète extraterrestre. Les sondes spatiales, les rovers et les satellites en orbite ont tous fourni des informations aux géologues planétaires. Bien qu’aucun humain n’ait jamais posé le pied sur Mars, la NASA et l’Agence spatiale européenne se sont fixé pour objectif d’envoyer des personnes sur Mars quelque part entre 2030 et 2040.

Découvrez tout ce que vous voulez savoir sur Mars sur http://mars.jpl.nasa.gov/extreme/.

Une planète rouge

Vue de la Terre, Mars est de couleur rougeâtre. Les anciens Grecs et Romains ont donné à la planète le nom du dieu de la guerre. Mais la surface n’est pas rouge à cause du sang mais à cause des grandes quantités d’oxyde de fer présentes dans le sol.

L’atmosphère martienne est très mince par rapport à celle de la Terre et sa pression atmosphérique est beaucoup plus faible. Bien que l’atmosphère soit composée principalement de dioxyde de carbone, la planète n’a qu’un faible effet de serre, de sorte que les températures ne sont que légèrement plus élevées que si la planète n’avait pas d’atmosphère.

Les caractéristiques de surface

Mars possède des montagnes, des canyons et d’autres caractéristiques similaires à la Terre. Certaines de ces caractéristiques de surface sont étonnantes pour leur taille ! Olympus Mons est un volcan-bouclier, semblable aux volcans qui composent les îles hawaïennes. Mais Olympus Mons est aussi la plus grande montagne du système solaire (figure ci-dessous).

Mars possède également le plus grand canyon du système solaire, Valles Marineris (figure ci-dessous).

Mars compte plus de cratères d’impact que la Terre, mais moins que la Lune. Une vidéo comparant les caractéristiques géologiques de Mars et de la Terre est visible ici : Vidéo sur la tectonique de Mars http://news.discovery.com/videos/space-3-questions-mars-tectonics.html

Y a-t-il de l’eau sur Mars ?

L’eau ne peut pas rester sous forme liquide sur Mars car la pression atmosphérique est trop faible. Cependant, il y a beaucoup d’eau sous forme de glace et même de calottes glaciaires proéminentes (figure ci-dessous). Les scientifiques pensent également qu’il y a beaucoup de glace d’eau présente juste sous la surface martienne. Cette glace peut fondre lorsque des volcans entrent en éruption, et l’eau peut s’écouler temporairement sur la surface.

Les scientifiques pensent que de l’eau s’est autrefois écoulée sur la surface martienne car il existe des caractéristiques de surface qui ressemblent à des canyons érodés par l’eau (Figure ci-dessous). La présence d’eau sur Mars, même si elle est aujourd’hui gelée sous forme de glace, suggère qu’il aurait été possible pour la vie d’exister sur Mars dans le passé.

Deux lunes martiennes

Mars possède deux très petites lunes qui sont des corps rocheux irréguliers (Figure ci-dessous). Phobos et Deimos portent le nom de personnages de la mythologie grecque – les deux fils d’Arès, qui ont suivi leur père dans la guerre. Arès est l’équivalent du dieu romain Mars.

KQED : À la recherche de la vie sur Mars

Le Mars Science Laboratory a été lancé le 26 novembre 2011 et recherchera toute preuve que la planète rouge était autrefois capable d’accueillir la vie. Curiosity est un rover de la taille d’une voiture qui parcourt la planète rouge à la recherche d’indices ; il s’est posé en août 2012. Pour en savoir plus : http://science.kqed.org/quest/video/searching-for-life-on-mars/.

Résumé de la leçon

• Les quatre planètes intérieures, ou planètes terrestres, ont des surfaces solides et rocheuses.
• Terre, la troisième planète en partant du Soleil, est la seule planète avec de grandes quantités d’eau liquide, et la seule planète connue pour abriter la vie. La Terre possède une grande lune ronde.
• Mercure est la plus petite planète et est la plus proche du Soleil. Avec son atmosphère extrêmement fine, Mercure a une grande amplitude de température. Comme la Lune, elle est couverte de cratères.
• Vénus est la deuxième planète en partant du Soleil et la plus proche de la Terre, en distance et en taille. Avec son atmosphère épaisse et corrosive, la température de surface est extrêmement élevée.
• Vénus possède des zones montagneuses, ainsi que des volcans entourés de plaines de lave.
• Mars est la quatrième planète en partant du Soleil. Mars est de couleur rougeâtre et possède la plus grande montagne et le plus grand canyon du système solaire. Elle possède deux petites lunes.
• La glace d’eau se trouve dans les calottes polaires et sous la surface de Mars.

Questions de révision

1. Nommez les planètes intérieures en partant du Soleil vers l’extérieur. Puis nommez-les de la plus petite à la plus grande.

2. Pourquoi les températures de certaines planètes varient-elles beaucoup ? Pourquoi certaines températures sont-elles beaucoup moins variables ?

3. Pourquoi Vénus a-t-elle des températures plus élevées que Mercure ?

4. Comment sont faites les cartes de Vénus ?

5. Citez deux grandes façons dont la Terre ne ressemble à aucune autre planète.

6. Pourquoi Mars est-elle rouge ?

7. Supposez que vous planifiez une mission sur Mars. Identifiez deux endroits où vous pourriez trouver de l’eau sur la planète. Pourquoi est-ce important ?

Lectures complémentaires / Liens supplémentaires

Points à considérer

• Les premiers humains pourraient atteindre Mars au cours des prochaines décennies. Quelles conditions devront-ils affronter ? Pourquoi pensez-vous que nous allons sur Mars plutôt que sur Mercure ou Vénus ?
• Pourquoi les quatre planètes intérieures sont-elles appelées planètes terrestres ? A quoi pourrait ressembler une planète si elle n’était pas une planète terrestre ?

.