Surprise : Mercure n’est pas la planète la plus chaude du système solaire

Dans le grand schéma du système solaire, la plus grande source d’énergie est de loin le Soleil. Alors que la radioactivité et la contraction gravitationnelle pourraient fournir une quantité substantielle d’énergie aux noyaux des planètes massives, la lumière et la chaleur émises par notre étoile mère sont en grande partie responsables de la température de surface d’une planète. Selon une excellente approximation, le Soleil maintient non seulement la Terre, mais toutes les planètes à une température bien supérieure à ce qu’elles seraient sans lui : à peine quelques kelvins. (Sans source de chaleur externe, la plupart des températures planétaires s’équilibreraient à -270 ° C / -455 ° F.)

Pendant la journée, les planètes absorbent l’énergie du Soleil, mais le jour comme la nuit, elles renvoient de l’énergie dans l’espace. C’est pourquoi les températures se réchauffent pendant la journée et se rafraîchissent pendant la nuit, ce qui est à peu près vrai pour toutes les planètes qui ont à la fois un côté jour et un côté nuit. Nous prévoyons également des saisons – des périodes fraîches et des périodes chaudes – basées à la fois sur l’ellipse de l’orbite d’une planète et sur son inclinaison axiale.

Un modèle précis de la façon dont les planètes orbitent autour du Soleil, qui se déplace ensuite à travers la galaxie dans une direction de mouvement différente. La distance de chaque planète au Soleil détermine la quantité globale de rayonnement et d’énergie qu’elle reçoit, mais ce n’est pas le seul facteur en jeu dans la détermination de la température d’une planète. (Crédit : Rhys Taylor)

Mais si les différents paramètres orbitaux d’une planète étaient les seules choses qui déterminaient la température, alors la planète la plus proche du Soleil serait inévitablement la plus chaude, et elles se refroidiraient toutes progressivement à mesure que nous nous éloignerions de plus en plus.

Peut-être qu’une géante gazeuse suffisamment grande pour générer une fraction importante de sa propre chaleur changerait cet ordre (si Jupiter et Neptune étaient échangés, cela pourrait être le cas), mais en général, nous nous attendrions à ce que la température d’une planète baisse en proportion. à sa distance au Soleil. Nous pouvons vérifier cette attente en commençant par la planète la plus intérieure et en progressant vers l’extérieur.

L’image ci-dessus montre une projection orthographique de cette mosaïque globale centrée à 0° N, 0° E. Le cratère rayonné Debussy peut être vu vers le bas du globe et le bassin du pic-anneau Rachmaninoff peut être vu vers le bord oriental. Mercure est la planète la plus intérieure du système solaire et a été cartographiée en détail par la mission MESSENGER de la NASA. (Crédit : NASA / Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins / Carnegie Institution de Washington)

Mercure est chaud. Si nous sommes quantitatifs, il fait en fait extrêmement chaud ! En tant que planète la plus proche du Soleil, elle complète une orbite en seulement 88 jours terrestres, atteignant une température maximale pendant la journée d’un énorme 700 Kelvin (427 ° C / 800 ° F) à ses endroits équatoriaux les plus chauds. Mercure tourne très lentement, de sorte que son côté nuit passe un long moment consécutif dans l’obscurité, à l’abri du Soleil ; pendant ces périodes, il descend à seulement 100 Kelvin (−173 ° C / −280 ° F). Cette basse température est incroyablement froide et bien plus froide que toutes les températures naturelles connues ici sur Terre. C’est l’histoire de la planète la plus proche du Soleil : Mercure.

Qu’en est-il du prochain : Vénus ?

nuages ​​de Vénus

Cette vue de Vénus est une gracieuseté des données de Mariner 10, l’image de droite montrant les détails supplémentaires révélés par un traitement d’image supplémentaire. Les nuages ​​montrés ici sont situés à environ 60 kilomètres (~ 37 miles) au-dessus de la surface de Vénus, où existent des pressions et des températures semblables à celles de la Terre. (Crédit : NASA / JPL-Caltech)

Vénus est environ deux fois plus éloignée du Soleil, en moyenne, que Mercure, prenant environ 225 jours terrestres pour orbiter autour du Soleil. Il tourne également encore plus lentement que Mercure, passant plus de 100 jours terrestres consécutifs à la fois baigné de soleil, puis un temps égal dans l’obscurité. Et pourtant, quand on mesure la température de Vénus, il y a une surprise : Vénus est à la même température à tout moment, de jour comme de nuit, à une moyenne de 735 Kelvin (462°C/863°F), ce qui la rend encore plus chaude que Mercure !

Cet événement étrange a fait plus que déconcerter les astronomes lorsqu’ils l’ont découvert pour la première fois; ça les a mortifiés ! Vénus n’était pas assez grande pour générer sa propre chaleur, et pourtant il faisait plus chaud à minuit vénusien qu’à midi mercurien. C’était une observation qui appelait une explication, et nous avons donc commencé à comparer les deux planètes les plus intérieures.

Le système TRAPPIST-1 contient les planètes les plus terrestres de tous les systèmes stellaires actuellement connus, et est représenté à l’échelle des équivalents de température de notre propre système solaire. Comme vous pouvez le voir, Mercure et Vénus diffèrent non seulement par leurs positions par rapport à la soi-disant zone habitable, mais aussi par leur taille et d’autres propriétés intrinsèques. (Crédit : NASA / JPL-Caltech)

En comparant ces deux mondes, il y a quatre différences très nettes :

  1. Mercure est beaucoup plus petit que Vénus,
  2. Mercure est d’environ deux fois plus proche au Soleil comme Vénus,
  3. Mercure est beaucoup moins réfléchissant que Vénus, et
  4. Mercure a non atmosphère, alors que Vénus a une très épais atmosphère.

En ce qui concerne l’absorption et la diffusion de la chaleur, il s’avère que la taille n’a pas beaucoup d’importance. Les planètes absorbent la lumière du soleil en fonction de leur surface transversale – proportionnelle à leur rayon au carré – et la rayonnent dans la même proportion. Si Mercure faisait le double de sa taille ou Vénus la moitié de sa taille, ni l’un ni l’autre ne verrait sa température changer de manière appréciable. Cette différence n’a absolument rien à voir.

Plus vous vous éloignez d’une source de luminosité, plus le flux est faible. La luminosité a une relation inverse au carré avec la distance, comme illustré ici ; un objet deux fois plus éloigné qu’un autre ne reçoit que le quart du flux et de l’énergie incidente. (Crédit : E. Siegel / Au-delà de la galaxie)

Le fait que Vénus soit presque deux fois plus éloignée du Soleil, cependant, compte beaucoup. Tout objet deux fois plus éloigné du Soleil ne reçoit qu’un quart de la quantité d’énergie solaire par unité de surface, ce qui signifie que Mercure devrait recevoir environ quatre fois plus d’énergie sur chaque partie de sa surface que Vénus. Au fur et à mesure que la lumière du Soleil se répand dans l’espace, un monde plus lointain intercepte de moins en moins son énergie. C’est le grand avantage de Mercure, qui rencontre près de quatre fois le flux par mètre carré par rapport à Vénus.

Et pourtant, Vénus est encore plus chaude, ce qui nous indique que quelque chose d’autre d’important doit se passer avec l’un des deux autres points.

La réflectivité d’un objet est normalement mesurée en termes d’albédo, avec un albédo de 0,0 représentant un absorbeur parfait et 1,0 représentant un réflecteur parfait. Toutes les planètes et les lunes ont des albédos dans cette plage. (Crédit : Toby Smith / Université de Washington)

Le degré de réflexion ou d’absorption d’un objet est connu sous le nom d’albédo, qui vient du mot latin albus, qui signifie blanc. Un objet avec un albédo (Bond Albedo, pour les géophysiciens) de 0 est un absorbeur parfait, tandis qu’un objet avec un albédo de 1 est un réflecteur parfait. En réalité, tous les objets physiques ont un albédo compris entre 0 et 1. La Lune, par exemple, semble avoir un albédo assez élevé pour nos yeux, avec une apparence blanche de jour comme de nuit.

La Lune et les nuages ​​au-dessus de l’océan Pacifique, photographiés par Frank Borman et James A. Lovell lors de la mission Gemini 7. Malgré l’apparence blanche de la Lune, elle absorbe en fait beaucoup plus de lumière qu’elle n’en réfléchit. (Crédit : NASA)

Ne laissez pas l’apparence blanche de la Lune vous tromper ! L’albédo moyen de la Lune n’est que d’environ 0,12, ce qui signifie que seulement 12 % de la lumière qui la frappe est réfléchie, tandis que les 88 % restants sont absorbés. Plus l’albédo d’un objet est faible, mieux il absorbe la lumière, ce qui signifie que plus l’albédo est élevé, moins la lumière du soleil est réellement absorbée. Mercure s’avère être similaire à la Lune à 0,119, tandis que l’albédo de Vénus est de loin le plus élevé de tous les corps planétaires du système solaire à 0,90.

Ainsi, non seulement Mercure reçoit quatre fois plus d’énergie par unité de surface, mais il absorbe près de neuf fois plus de lumière solaire qu’elle reçoit que Vénus !

Les albédos de diverses planètes et lunes et objets de la ceinture de Kuiper dans le système solaire. Vénus est incroyablement réfléchissante pour une planète : la plus réfléchissante de toutes. (Crédit : Bond Albedo / Wikipedia ; données de R Nave / Ga. State / NASA)

Pourtant, si vous avez vu deux photos en gros plan des récents transits de Mercure (ci-dessous, à partir de 2016) et de Vénus (ci-dessous, à partir de 2012), vous remarquerez que le Soleil semble “se courber” autour de Vénus, alors qu’il n’y en a pas. effet sur Mercure.

Cela est dû à la quatrième et très importante différence entre les deux mondes : Mercure n’a pas d’atmosphère, tandis que Vénus en a une très substantielle qui est environ 90 fois plus épaisse que celle de la Terre.

la planète la plus chaude

Transits de Vénus (en haut) et de Mercure (en bas) à travers le bord du Soleil. Notez comment l’atmosphère de Vénus diffracte la lumière du soleil autour d’elle, tandis que l’absence d’atmosphère de Mercure ne montre pas de tels effets. (Crédit : JAXA / NASA / Hinode (en haut ); NASA / TRACE (en bas))

Vous voyez, Mercure et Vénus n’absorbent pas seulement la lumière du Soleil ; chaque planète renvoie ensuite cette énergie sous forme de chaleur dans l’espace. Pour le mercure sans air, toute cette chaleur retourne immédiatement dans l’espace.

Mais sur Vénus, l’histoire est différente. Chaque quantum de rayonnement infrarouge – la chaleur réémissée – doit traverser cette atmosphère épaisse et épaisse, ce qui est difficile.

Plusieurs couches de nuages ​​​​sur Vénus sont responsables de différentes signatures dans différentes bandes de longueur d’onde, mais toutes montrent une image cohérente d’une planète “serre chaude” dominée par un effet de serre incontrôlable. (Crédit : Venus Express / Groupe des sciences planétaires)

Non seulement Vénus possède une atmosphère plusieurs fois plus épaisse que celle de la Terre, chargée d’énormes quantités de gaz absorbant l’infrarouge comme le dioxyde de carbone, mais elle est enveloppée de couches terriblement épaisses de nuages ​​hautement réfléchissants. Cette brume d’acide sulfurique, qui s’étend sur plus de 20 km d’épaisseur, encercle la planète à des vitesses de 210 à 370 km/h, piégeant la grande majorité de la chaleur rayonnée et la transférant sur toute la planète.

Les longues nuits ne permettent pas d’échapper à la chaleur, car les effets de piégeage et de thermalisation des couches nuageuses maintiennent la surface de Vénus à une température inhospitalière, à tel point que si vous additionnez le temps de fonctionnement de chaque atterrisseur qui a jamais atterri sur surface de Vénus, cela ne représenterait même pas une demi-journée terrestre.

Les régions polaires très froides de la Terre ont une température moyenne bien inférieure au reste de la planète : environ -20 degrés Celsius. Sans l’atmosphère terrestre, ces régions seraient plutôt représentatives de la température moyenne sur Terre, avec d’énormes fluctuations jour/nuit. (Crédit : ESA / IPEV / PNRA– B. Healey)

Mais dans les bonnes quantités, le piégeage de la chaleur atmosphérique peut être la meilleure chose qui soit jamais arrivée à un monde. Sans l’atmosphère terrestre, la température moyenne sur notre planète serait d’un maigre 255 Kelvin (-18 ° C / -1 ° F), soit approximativement la température du continent antarctique.

L’effet de couverture des nuages ​​et des gaz atmosphériques élève le climat de notre planète dans la zone tempérée où la vie telle que nous la connaissons a prospéré pendant si longtemps. Pourtant, au début de l’histoire du système solaire, avec un Soleil plus frais et une atmosphère beaucoup plus mince, Vénus avait probablement une température similaire à celle de la Terre aujourd’hui. Il avait probablement le même potentiel pour la vie et les processus biologiques, mais une catastrophe galopante a créé l’enfer permanent qui habite notre monde frère depuis des milliards d’années.

la planète la plus chaude

Cette vue accélérée des aurores sur Terre, la nuit, alors que la Station spatiale internationale survole la Terre, montre notre planète sœur, Vénus, s’élevant à l’horizon. Cette animation a été composée par l’astronaute de l’ESA Tim Peake. (Crédit : NASA/ESA)

Bien que la Terre ne risque pas le même sort, Vénus est à la fois le monde le plus chaud de notre système solaire et un récit édifiant d’un effet de serre incontrôlable. À mesure que nous comprenons mieux les processus qui déterminent le climat et la température de la Terre, il est de notre responsabilité d’orienter notre planète dans la bonne direction. Le lien entre le Soleil, l’atmosphère et le destin de la planète est écrit partout dans chaque monde de notre système solaire. C’est à l’humanité d’apprendre ces leçons et de décider ce que nous ferons ensuite.

Ethan est en vacances. Veuillez profiter de cet article plus ancien des archives de Starts With A Bang !

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