Planètes telluriques et planètes géantes
La différentiation entre telluriques et géantes pourrait-elle se retrouver dans tes systèmes extrasolaires?
Le modèle de formation planétaire par accretion autour de particules solides conduit naturellement à l’existence de deux classes de planètes bien distinctes: les telluriques et les géantes. Quelle est la composition de leur atmosphère ? Pour le comprendre, revenons à la composition chimique du disque protoplanétaire. Les modèles thermochimiques prévoient qu’au sein des planètes géantes, où la pression est relativement élevée mais la température peu élevée, le carbone et l’azote sont préférentiellement sous forme de méthane et d’ammoniac. C’est bien ce qui est observé dans les planètes géantes. Dans le système solaire intérieur, les équilibres thermochimiques impliquant CH4, H20 et NH3 évoluent vers la formation de CO, CO, H20, N2 et H2. L’hydrogène moléculaire, trop léger, ne peut rester piégé dans le champ de gravité des planètes telluriques et s’échappe. On retrouve la composition atmosphérique globale initiale des planètes telluriques. Celle-ci a ensuite fortement évolué dans le cas de Vénus et de Mars; nous y reviendrons.
En ce qui concerne les planètes géantes, on observe deux cas de figure bien distincts. Jupiter et Saturne, dont la masse atteint respectivement 318 et 90 masses terrestres, sont essentiellement constituées de gaz protosolaire ; on les appelle les géantes gazeuses. En revanche, Uranus et Neptune, avec des masses respectives de 15 et 17 masses terrestres, sont surtout constituées de leur noyau initial de glace ; ce sont les géantes glacées. La composition chimique des planètes géantes a fourni une confirmation claire du modèle de formation des planètes géantes par accretion autour d’un noyau central.
En effet, le pourcentage des éléments lourds dans le gaz protosolaire est de 2% – la valeur canonique de l’Univers – alors qu’elle est de 100% dans le noyau initial. Prenons, conformément aux modèles théoriques, un noyau initial de 12 masses terrestres ; supposons que tous les éléments lourds sont également piégés dans les glaces et faisons l’hypothèse d’un mélange homogène au sein des planètes géantes après la phase d’effondrement du gaz protosolaire. Nous pouvons alors calculer l’enrichissement des éléments lourds vis-à-vis de l’hydrogène dans les planètes géantes, par rapport à la valeur cosmique 3 pour Jupiter, 7 pour Saturne, de 30 à 50 pour Uranus et Neptune. Or ces enrichissements ont été effectivement mesurés dans les planètes géantes. Leur modèle de nucléation se trouve ainsi confirmé sans ambiguïté.
Revenons aux planètes telluriques. D’où vient leur atmosphère? Nous l’avons vu, il ne s’agit pas de gaz protosolaire : l’hydrogène et l’hélium sont trop légers pour être piégés dans leur champ de gravité. Les planètes telluriques ont sans doute acquis leur atmosphère partiellement par dégazage et partiellement par bombardement météoritique, à partir des éléments gazeux contenus dans les astéroïdes et les comètes. L’eau de la Terre, en particulier, est sans doute partiellement d’origine cométaire ; c’est peut-être aussi le cas des molécules prébiotiques qui ont par la suite permis l’apparition de la vie terrestre.
Vidéo : Planètes telluriques et planètes géantes
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