Les planetes. Les notres et les autres ; De la Terre aux Exoplanetes

190 Pages·2010·5.178 MB·French

by  Therese Encrenaz, James Lequeux

Thérèse Encrenaz
Préface de James Lequeux
LES PLANÈTES
les nôtres et les autres
Qu'est-ce qu'une planète? La réponse semble aller de soi ; pourtant, la définition des
planètes n'a cessé d'évoluer au cours des siècles et leur nombre a fluctué au fil des
découvertes successives. En 2006, la décision prise par l'Union Astronomique
Internationale de retirer à Pluton le titre de « planète » a bien souligné les difficultés
de leur définition. La découverte récente de plusieurs centaines d' « exoplanètes »
autour d'étoiles de notre galaxie proches du Soleil ouvre une dimension
supplémentaire et spectaculaire à la recherche en astrophysique. Nous savons L
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actuellement très peu de choses sur la nature physique des exoplanètes. En revanche,
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nos connaissances sur les planètes du système solaire se sont accumulées au cours des
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dernières décennies, notamment grâce à leur exploration spatiale. Cet ouvrage se L
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propose d’abord de caractériser ces dernières, à la fois dans leur globalité et dans leur
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spécificité. Il utilise ensuite ces connaissances pour tenter d'imaginer la nature des È
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exoplanètes à partir des quelques paramètres dont nous disposons. Avec en tête la
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question d'une éventuelle vie extraterrestre : celle-ci pourrait-elle exister ou avoir S
existé dans le système solaire ou au-delà ? le
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Thérèse Encrenaz est directrice de recherche au CNRS. Elle travaille au Laboratoire d'Études ô
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Spatiales et Instrumentales en Astrophysique (LESIA) à l'Observatoire de Paris. Elle est e
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spécialiste de l'étude des atmosphères planétaires et a participé à de nombreuses missions e PLANÈTES
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spatiales.
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les autres
Thérèse Encrenaz
Isbn : 978-2-7598-0444-3 T
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21 € é
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www.edpsciences.org è Préface de James Lequeux
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Création graphique : Béatrice Couëdel E
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La collection« UNE INTRODUCTION À ... »se propose de faire n
connaître à un large public les avancées les plus récentes a
de la science. Les ouvrages sont rédigés sous une forme z
simple et pédagogique par les meilleurs experts français.
Collection « Une Introduction à »
dirigée par Michèle Leduc et Michel Le Bellac
Les planètes
Les nôtres et les autres
De la Terre aux Exoplanètes
Thérèse Encrenaz
Préface de James Lequeux
17,avenueduHoggar
Parc d’activités de Courtabœuf,BP112
91944Les UlisCedexA,France
ImpriméenFrance.
©2010,EDPSciences,17,avenueduHoggar,BP112,Parcd’activitésdeCourtabœuf,
91944LesUlisCedexA
Tous droits de traduction, d’adaptation et dereproduction par tous procédés réservés pour tous pays. Toute
reproductionoureprésentationintégraleoupartielle,parquelqueprocédéquecesoit,despagespubliéesdansle
présentouvrage,faitesansl’autorisationdel’éditeurestilliciteetconstitueunecontrefaçon.Seulessontautorisées,
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collective, etd’autrepart,lescourtescitationsjustifiéesparlecaractère scientifiqueoud’informationdel’œuvre
danslaquelleellessontincorporées(art.L.122-4,L.122-5etL.335-2duCodedelapropriétéintellectuelle).Des
photocopiespayantespeuventêtreréaliséesavecl’accorddel’éditeur.S’adresserau:Centrefrançaisd’exploitation
dudroitdecopie,3,rueHautefeuille,75006Paris.Tél.:[phone].
ISBNEDPSciences978-2-7598-0444-3
Thérèse Encrenaz, née en 1946, est directrice de recherche
au CNRS ettravaille au LESIA (Laboratoire d’Études Spatiales
et Instrumentales en Astrophysique) à l’Observatoire de Paris.
Elle est spécialiste de l’étude des atmosphères planétaires, en
particulier par sondage à distance, à partir d’observations de-
puislesoloulessondesspatiales.Elleaétéimpliquéedansles
missions spatiales Vega, Phobos, Galileo, Mars Express, Venus
Express et Rosetta. Elle est l’auteur d’environ 200 articles à co-
mité de lecture et d’une dizaine d’ouvrages de vulgarisation.
Elle areçu lamédaille d’argentdu CNRS en 1998,lamédaille
Janssen de la Société Astronomique de France en 2007, et la
médaille David Bates de l’Union Géophysique Européenne en
2010.
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Remerciements
Je tiens à remercier Fabienne Casoli et Athena Coustenis qui ont bien voulu relire
ce manuscrit. Merci aussi à Marc Ollivier et à Athena pour leur aide dans la réalisa-
tion des figures. Enfin je remercie tous les collègues qui m’ont permis d’utiliser des
documentsleurappartenantpourlaréalisation decetouvrage.
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Table des matières
Remerciements 3
Préface 7
Introduction 9
1 Commentexplorerlesplanètes? 15
1.1 LaTerre dansl’espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 L’observationau télescope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 L’observationdepuis l’espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4 Àlarecherche desexoplanètes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 La naissance desplanètes 33
2.1 Uneformation auseind’undisque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2 Unscénariocourantdansl’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3 Quelestl’âgedu systèmesolaire? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4 Lesgrandesétapes delaformation planétaire. . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.5 Planètestelluriquesetplanètesgéantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6 Entrelesplanètes: comètesetastéroïdes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.7 Lafamillede Pluton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3 À la découvertede laplanète Terre 49
3.1 Rochesetmétaux:unestructureinternedifférenciée . . . . . . . . . . . 51
3.2 Unesingularitéterrestre :latectoniquedesplaques . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Formationdes reliefsterrestres :leprincipe de l’isostasie. . . . . . . . . 56
3.4 Notremilieunaturel:l’atmosphèreterrestre . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.5 Lecycledel’eau:uneautre spécificité terrestre . . . . . . . . . . . . . . 62
3.6 EntrelaTerre etl’espace,lamagnétosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.7 Unebrèvehistoire duclimatterrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.8 LecoupleTerre-Lune:unsystèmedouble . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.9 LaTerre,uneplanèteunique... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4 Lesvoisinesde laTerre 75
4.1 Auplusprèsdu Soleil,Mercure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2 UneLunequiressembleàMercure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.3 Vénus,lafournaise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.4 Mars,unmondedésertique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.5 Évolution comparative desplanètestelluriques:lerôlede l’eau . . . . 98
5 Unpeu plusloin,lesplanètesgéantes 101
5.1 Deux classesde planètesgéantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.2 De JupiteràNeptune:trois décenniesd’exploration . . . . . . . . . . . 118
5.3 Les satellitesextérieurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6 Exoplanètes, lesnouveaux mondes 133
6.1 Unelonguequête seméed’échecs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.2 Quinzeansplustard,étatdeslieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.3 Laformation des systèmesplanétaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.4 Commentclasserlesexoplanètes?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.5 De ladétection àlacaractérisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7 À larecherchede mondeshabitables 169
7.1 Unenouvellediscipline, l’exobiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.2 Lavie ailleursdans lesystèmesolaire? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.3 Lavie dans lesexoplanètes? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.4 À larecherche demondeshabités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Annexe 185
6 Tabledesmatières
Préface
Le livre de Thérèse Encrenaz est un des tout premiers d’une nouvelle série, «Intro-
ductionà... »,destinéeàfairelepointsurunequestionscientifiquedansunlangage
simple et accessible, loin du jargon des spécialistes. Cette question, qui est ici la na-
ture, l’origine et l’évolution des planètes, est d’une actualité brûlante puisque nous
connaissonsmaintenantprèsde450planètesautourd’étoilesproches,quis’ajoutent
auxhuitmodestesplanètesde notreSystèmesolaire.
L’astronomieplanétaireestunesciencepresqueaussianciennequelacivilisation,
puisque déjà les Babyloniens et les Assyriens connaissaient le mouvement des pla-
nètes.Àpartir de Newton,lamécaniquecéleste,quiétudie etpréditcemouvement,
s’est développée pour atteindre un degré de raffinement qui en a fait «la reine des
sciences exactes»; les développements récents de cette discipline, dont on pensait
pourtant qu’elleavait atteint son aboutissement,sontétonnants etspectaculaires. À
l’inverse, faute de moyens d’observation appropriés, les progrès de l’étude physique
des planètesontété très lentsaprès lamoisson de découvertes faites au XVIIe siècle
par Galilée, Huygens et Cassini. Il y a seulement un demi-siècle, on ne savait en-
core à peu près rien de la nature des planètes et de leur atmosphère, sans parler
de leurs satellites. Puis, grâce aux grands télescopes, aux radiotélescopes, aux téles-
copes en orbite et aux sondes spatiales d’exploration directe, nos connaissances ont
littéralementexplosé.Unenouvellediscipline,laplanétologiecomparée,estnéedes
découvertes, souvent inattendues et surprenantes, faites au cours de ces cinquante
dernières années : elle nous offre des horizons passionnants sur l’origine et l’évolu-
tiondesplanètesetdenotreTerreelle-même.Desurcroît,ladécouvertedesplanètes
extrasolaires, qui est un des grands triomphes de l’astronomie actuelle, ouvre une
nouvelledimensiondansl’étudedesplanètes,etdesperspectivesprometteusespour
larecherchedelavieailleursquesurlaTerre.Cependant,nosconnaissancesfoison-
nantes sont loin d’être définitives : la variété des planètes et des satellites, et celle
des systèmes planétaires lointains où l’on rencontre des astres sans équivalent dans
notresystèmesolaire,posentbiendes problèmesquinesontpasencorerésolus.
Ilpourraitparaître impossibledefairetenirensipeudepagesunexposésimple
etcompletd’unematière aussicomplexeetaussiriche.C’estpourtantce qu’aréussi