L’exploration du système solaire

> > L’exploration du système solaire ; écrit le: 15 février 2013 par Sameh

La planétologie a connu un fort développement depuis 1960, notamment grâce à l’exploration spatiale. Elle est aujourd’hui axée sur deux questions.

La première traite de l’origine et de l’évolution du système solaire, désormais placée dans le panorama plus large de la formation des systèmes exoplanétaires découverts. Y répondre requiert plusieurs outils. La modélisation numérique a considérablement progressé grâce à la puissance des ordinateurs, et permet de retracer les premières étapes de la formation planétaire au sein du disque protoplanétaire. Par ailleurs, l’observation d’objets primitifs permet de retracer les processus de formation et d’évolution : la découverte, depuis 1990, d’une nouvelle classe d’objets (dits transneptuniens) peuplant la ceinture de Kuiper, au-delà de l’orbite de Neptune ou les riches observations, en 1996 et 1997, de deux comètes nouvelles et brillantes, Hyakutake et Hale-Bopp, ont beaucoup apporté en ce sens. Les perspectives sont prometteuses. Sur Terre les télescopes de 8 à 10 mètres (dont le VLT) et les interféromètres millimétriques (comme IRAM et bientôt ALMA) délivrent des images très fines dans un vaste domaine spectral, du visible à la radio ; dans l’espace, parallèlement aux missions planétaires en cours, la mission européenne Rosetta nous offrira l’exploration in situ de la comète Churyumov-Gerasimenko. Enfin, la mission européenne üerschel (2009) et le successeur JWST de Hubble offriront une sensibilité .inégalée depuis l’infrarouge proche jusqu’au submillimétrique.

Le second thème, souvent appelé planétologie comparée, concerne les processus physico-chimiques intervenant sur Terre et sur les objets qui lui ressemblent : d’abord les planètes telluriques (Vénus et Mars), mais aussi des satellites, tels que Titan et les satellites galiléens. Titan, avec son atmosphère d’azote, présente de remarquables analogies avec la Terre. Depuis 2005, Titan est l’objet d’une intense campagne d’observations avec l’arrivée de la sonde Cassini ; un module de descente construit par l’Europe, Huygens, s’est détaché et s’est posé sur Titan pour des mesures in situ. Il a réalisé les premières images de la surface de Titan, et a mesuré la composition chimique de son atmosphère.

D’autres satellites extérieurs intriguent aussi : Encelade, un autre satellite de Saturne, présente une activité inattendue autour du pôle sud, avec éjection de « plumes ». En orbite autour de Jupiter, Io partage avec la Terre un volcanisme actif ; Europe, un autre satellite galiléen, pourrait abriter sous sa surface un océan d’eau, site d’exploration pour l’exobiologie.

Un mystère qui se dévoile : l’eau martienne

L’exploration de la planète Mars, commencée dès les années 1960, a été jalonnée d’échecs, mais aussi de beaux succès : les données des missions américaines Mariner 9 en 1971-1972 et Viking en 1976-1977 servent encore de référence. Mars ressemble à la Terre par l’inclinaison de son axe de rotation qui induit, comme sur Terre, de forts effets saisonniers, et par sa période de rotation, proche du jour terrestre. Sa surface ressemble à certains paysages désertiques de la Terre. Son atmosphère de gaz carbonique, en revanche, est très ténue : la pression est inférieure à 10 millibars au sol. La teneur en eau est extrêmement faible, moins du millième de la pression totale. Aujourd’hui, la pression et la température sont telles que l’eau ne peut être qu’à l’état de solide ou de vapeur. Des tempêtes de sable d’une violence inconnue sur Terre peuvent balayer la planète entière. Conséquence de la faible pression et de la forte inclinaison, un tiers de l’atmosphère se condense alternativement aux pôles sous forme de calottes de neige carbonique. La mission Mars Global Surveyor, lancée en 1998, a affiné nos connaissances, avec la mise en évidence d’un champ magnétique figé dans la croûte de la planète, qui montre que Mars possédait autrefois un champ magnétique intrinsèque. Cette découverte implique qu’au début de l’histoire de la planète l’énergie interne a été suffisante pour générer un effet dynamo, un champ magnétique et donc une magnétosphère. La disparition de cette magnétosphère, avant la fin du premier milliard d’années, a pu jouer un rôle décisif dans l’évolution de l’atmosphère martienne primitive.

En examinant la proportion d’isotopes lourds dans les gaz atmosphériques actuels (N2 et H2O), on peut en déduire que l’atmosphère primitive de Mars était sans doute plus dense, et donc, par effet de serre, plus chaude qu’aujourd’hui, ce qui autorisait la présence d’eau liquide en surface. De nombreux indices renforcent cette hypothèse : traces d’écoulement fluviatile, présence de cratères érodés.

Un autre résultat renforce cette hypothèse. Lancée en 2001, la sonde américaine Mars Odyssey est équipée d’un spectromètre à rayons gamma qui a détecté la présence de glace d’eau aux pôles, à quelques dizaines de centimètres sous la surface. Cela apporte une confirmation au scénario selon lequel Mars a initialement connu une activité plus forte (grâce à son champ magnétique) autorisant la présence d’eau liquide.

Enfin, la mission européenne Mars Express, lancée en juin 2003 et en opération en orbite martienne depuis janvier 2004, nous a permis de mieux comprendre la composition du sol martien, d’y étudier les signes d’hydratation, et d’analyser les cycles saisonniers des calottes polaires. Il en ressort que l’eau a dû couler en quantité significative dans le passé ancien de la planète, puis plus récemment sous forme locale et épisodique. Les images de la caméra de Mars Express ont aussi mis en évidence la présence, en certains endroits, des résidus glaciaires à moyenne latitude, vestiges d’un passé au cours duquel l’obliquité de la planète était bien supérieure à celle d’aujourd’hui.

Notons enfin que l’exploration spatiale planétaire ne se limite pas à Saturne et à Mars : une autre mission européenne, Venus Express, lancée à l’automne 2005, est en orbite autour de Vénus depuis juin 2006. Mercure sera la cible spatiale des années à venir, avec les missions Messenger de la NASA (lancement en 2004, arrivée en 2008) et Bepi-Colombo de l’ESA (lancement prévu en 2013). À plus long terme, l’ESA et la NASA préparent une nouvelle mission d’exploration du système de Jupiter et de son satellite Europe. De grandes questions demeurent. Quand le champ magnétique a-t-il disparu et pourquoi ? Jusqu’à quand le volcanisme a-t-il été actif ? Si l’atmosphère de Mars a bien été plus dense et plus chaude, comment a-t-elle disparu ? Qu’est devenu le gaz carbonique ? Si l’eau liquide a séjourné longtemps à la surface, la vie a-t-elle pu y apparaître ? Si oui, y a-t-il des niches où découvrir des traces de vie fossiles, voire d’une vie actuelle ? Ces questions sont au cœur de l’ambitieux programme d’exploration mené par les agences spatiales, à commencer par la NASA. L’ESA s’y est associée depuis quelques années avec la préparation de la mission ExoMars.

Vidéo : L’exploration du système solaire

Vidéo démonstrative pour tout savoir sur : L’exploration du système solaire

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