La
formation des atmosphères
L’une des
caractéristiques les plus frappantes des planètes du système solaire est la
grande diversité dans la composition de leur atmosphère, depuis les planètes
gazeuses géantes dominées par l’hydrogène et l’hélium, à Vénus et Mars, dont
l’atmosphère est principalement constituée de dioxyde de carbone, en passant
par le méthane de Titan, et bien sûr le cas très particulier de la Terre et de
son oxygène.
Formation
La capacité d’une
planète ou d’un satellite à retenir une atmosphère dépend de plusieurs paramètres.
Les atomes ou molécules susceptibles de former une atmosphère sont sujets à une
agitation d’origine thermique. Celle-ci leur donne en quelque sorte une vitesse
moyenne de déplacement qui est à comparer à la vitesse de libération de la
planète, c’est-à-dire la vitesse minimale qu’un objet doit dépasser pour
pouvoir échapper à l’attraction gravitationnelle (par exemple 11,2 kilomètres
par seconde pour la Terre).
Comme
l’atmosphère d’une planète est constituée des molécules ne pouvant pas
s’échapper, on peut montrer, en comparant agitation thermique et vitesse de
libération, que la composition de l’atmosphère dépend principalement de la
masse du corps, de sa taille et de sa température, donc de sa distance au
Soleil.
Trois cas de
figure
Pour le système solaire,
trois cas de figure apparaissent. D’abord les corps qui n’ont pas été capables
de conserver une atmosphère appréciable, généralement à cause d’une faible
masse, donc d’une faible gravité. Il s’agit de Mercure, de la Lune, de Pluton,
et de tous les satellites du système solaire, à l’exception notable de Titan.
Ensuite, les
corps très massifs capables de retenir tous les types de gaz, en particulier
l’hydrogène et l’hélium, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
Finalement, la
cas le plus intéressant, celui des planètes ou satellites ayant soit une masse
intermédiaire soit une très basse température : Vénus, la Terre, Mars et Titan.
Ces quatre corps ont perdu l’hydrogène et l’hélium, mais ont réussi à retenir
des gaz plus lourds comme le dioxyde de carbone ou la vapeur d’eau.
Les atmosphères
de Vénus, Mars et de la Terre trouvent leur
origine dans le même phénomène, le dégazage volcanique, par lequel les gaz
emprisonnés dans les roches lors de la formation de la planète sont
progressivement libérés par l’intermédiaire d’éruptions volcaniques.
Les trois principaux
gaz en jeu sont la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et le
dioxyde de souffre (SO2). Mais bien que les trois atmosphères soient nées du
même mécanisme, elles ont rapidement divergé et donné naissance à des
conditions très différentes, un enfer de CO2 à une température de 460 degrés
sur Vénus, une atmosphère de CO2 très tenue sur Mars, et un environnement sur
Terre marqué par la présence de la vie.
Un cas unique :
Titan
A part Vénus, la
Terre, Mars et les planètes géantes, Titan est le seul corps du système solaire
à posséder une atmosphère significative. Celle-ci est principalement constituée
d’azote, avec également une proportion de méthane.
L’azote provient
de la destruction, sous l’effet des rayons ultraviolets du Soleil, de molécules
d’ammoniac (NH3), un composé abondant dans les régions externes du système
solaire.
La présence de
méthane est plus mystérieuse. Ce gaz devrait disparaître en une dizaine de
millions d’années s’il n’était pas renouvelé en permanence. Une source de
méthane à l’intérieur de la planète doit donc exister, et c’est là l’une des
sujets d’étude de la mission Cassini-Huygens.
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