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Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?



  1. #1
    Geb

    Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?


    ------

    Je commence cette discussion pour répondre à une question complexe auquel je voudrais apporter une réponse satisfaisante. J'ai lu dans le magazine Science & Vie (n°1045) qu'une planète tellurique (solide comme la Terre) devient inévitablement gazeuse (comme Jupiter) lorsque les agrégats qui la composent forment une sphère qui possède une masse supérieure à 14-15 fois celle de la Terre. Bien que cette théorie ne fait pas l'unanimité...

    J'y ai beaucoup réfléchi, je suppose que cela relève de la vitesse de libération de la planète en formation. Une fois qu'elle dépasserait (ce n'est toujours qu'une supposition) la vitesse de libération de gaz légers (comme l'He ou l'H), abondant dans le système stellaire en formation, il y a effet boule de neige et l'atmosphère de la planète gagne en volume jusqu'à en constituer la majeur partie.

    La Terre elle possède dans sa basse atmosphère des gaz de masse molaire supérieur à 28 correspondant à celle du diazote. Ce dernier est effectivement le gaz atmosphérique le plus léger. Je voudrais pouvoir expliquer mathématiquement une telle limite. Mais comment ?

    Ainsi, je pourrais affiner la limite théorique, l'exprimer précisément en kg et non plus en avoir une approximation en multiple de la masse terrestre. Ne serait-ce que comprendre les paramètres qui gouvernent ce processus m'aiderai beaucoup.

    Ce qui est dit plus haut m'a déjà permis de faire un constat : une accélération de pesanteur supérieur à 4 g sur une planète tellurique est fantaisiste. Mais là aussi j'ai besoin de votre aide... parce que pour postuler ceci il me faut estimer une valeur maximale pour la densité moyenne d'une planète rocheuse. Je la suppose de 9600 kg/m^3. Mais là, sans l'ombre de connaissances scientifiques sur le sujet.

    Cette question de densité mériterait de figurer sur le forum géologie.

    Je me base sur le fait que les étoiles sont incapables de fusionner des atomes plus gros que le fer. Bien que la formation des atomes de masse supérieurs soient possibles lors de réactions plus énergétiques (ce qui expliquerait sans doute les traces de nickel dans le noyau terrestre). Toutefois, une planète entièrement constituer de Fe aurait une masse volumique supérieur.

    Je peux m'expliquer : dans le cas de la Terre la pression (de l'ordre de 360 GPa au centre) parvient à rendre le fer plus dense qu'à la surface. En effet, ça masse volumique est d'environ 7800 kg/m^3 sous 1 atmosphère, et de 14-15 tonnes/m^3 au centre de la Terre. Bien que la température infernale de plus de 5000°C diminue cette tendance de compression.

    Je voudrais donc les formules, si toutefois elles ont été déterminées, pour pouvoir calculer la densité moyenne d'une planète tellurique dont la teneur en métal est connue.

    Voilà... c'est beaucoup de chose en une fois et je m'en excuse. Certaines données que beaucoup d'entre vous connaissent, mais j'espère en apprendre quelques unes à certains. C'est un problème difficile, auquel malheureusement je n'ai pu apporter de réponse mais qui me passionne... Il devenait utile de le partager avec vous !

    Le principal c'est de m'avoir lu... mais si vous pouvez apporter votre pierre pour combler le gouffre d'ignorance qui est actuellement le mien je vous en serait très reconnaissant.

    Merci d'avance

    -----

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  3. #2
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb
    (...)
    La Terre elle possède dans sa basse atmosphère des gaz de masse molaire supérieur à 28 correspondant à celle du diazote. Ce dernier est effectivement le gaz atmosphérique le plus léger. Je voudrais pouvoir expliquer mathématiquement une telle limite. Mais comment ?

    Ainsi, je pourrais affiner la limite théorique, l'exprimer précisément en kg et non plus en avoir une approximation en multiple de la masse terrestre. Ne serait-ce que comprendre les paramètres qui gouvernent ce processus m'aiderai beaucoup.

    (...) dans le cas de la Terre la pression (de l'ordre de 360 GPa au centre) parvient à rendre le fer plus dense qu'à la surface. En effet, ça masse volumique est d'environ 7800 kg/m^3 sous 1 atmosphère, et de 14-15 tonnes/m^3 au centre de la Terre. Bien que la température infernale de plus de 5000°C diminue cette tendance de compression.

    Je voudrais donc les formules, si toutefois elles ont été déterminées, pour pouvoir calculer la densité moyenne d'une planète tellurique dont la teneur en métal est connue.
    Je commence par la fin : non, il n'y a pas de formule. On n'en est pas encore à pouvoir calculer par une méthode analytique (une simple formule mathématique fonction de la pression et de la température, rho(P,T) = toussa) l'équation d'état d'une matière d'une composition chimique donnée, surtout quand ce n'est pas monoatomique

    Il existe, par contre, des tentatives de modélisation mais elles sont difficiles et coûteuses (en temps de traitement). On place les atomes dans une boite virtuelle et à l'aide des lois de la physique quantique et de la physique statistique on essaye de déterminer l'évolution, les interactions et l'état d'équilibre de la matière.

    Il existe 2 stratégies : soit on fixe a priori les forces entre atomes et molécules entre elles (ajustées à l'aide de mesures expérimentales). Methode simple, mais ne permettant pas de prévoir si les forces changent fondamentalement avec la pression. On arrive de cette façon a modéliser une dizaine de millions d'atomes à la fois, soit une boite d'un dizième de micron.

    Soit on calcule ab initio en partant des cartes de densités electronique et en resolvant les equations de la physique quantique (le seul paramètre est le numero atomique Z de l'atome) dans ce cas on peut accéder à des changements d'état plus fondamentaux mais on n'est capable de mener le calcul que sur une centaine d'atomes.

    La méthode la plus courante, et de loin, mais ça concerne surtout la zone mantellique c'est la salle de torture pour échantillon, l'expérimentation.

    Trois méthodes : soit la presse gros volume : 1 cm3... Byzance quoi, (P max 20 GPa, T max : 3000K) soit l'enclume de diamant : 1 µm3 (P max 150 GPa, T max : 4000 K). Ces deux méthodes permettent de soumettre l'echantillon a des temps de torture aussi long que l'on veut et pour certains paramètres permettent une mesure in situ. Au dela : expériences par onde de choc, on projette un palet contre une cellule à pls km/s et on mesure ce qui se passe dans la microseconde qui suit. Forecement c'est assez sommaire.

    Le centre de la Terre, ses 360 GPa et ses 5-6000 K nous nargue donc un peu. Mais patience

    De toute façon (c'était bien la peine, tiens) ce n'est pas ce dont tu as besoin.

    La Terre, en toute hypothèse n'a pas acquis son atmosphère par capture mais soit par degazage, soit par apport météoritique (ce qu'on appelle le "vernis tardif", après le Grand Impact qui a formé la Lune). Ce n'est pas comparable avec ce qui a pu se passer pour Jupiter et Saturne (dont l'histoire est par ailleurs surement foutrement tout aussi complexe mébon). C'est une évolution qui necessite de connaitre la tectonique du jeune manteau (Quelle était sa composition chimique ? Jusqu'à quelle profondeur convectait il ? Quand la surface devient elle solide ? Quand peuvent se former les océans ? Les continents ?) et la dynamique... du système solaire (qu'est ce qui nous tombait sur la tête à l'époque ?). La masse exacte de la Terre, c'est presque un détail au regard des autres inconnues. L'atmosphère (et l'océan d'ailleurs) c'est le résultat d'un échange entre les profondeurs et la surface auquel s'ajoute un apport cométaire ou micro-météoritique.

    Si la question c'est juste de savoir quelle est la masse moléculaire du gaz que peut retenir la Terre dans son atmosphère alors alleluia c'est plus simple. On rentre dans le domaine de la physique pure et dure

    C'est très bien expliqué ici :
    http://semsci.u-strasbg.fr/atmosph.htm

    a+

  4. #3
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Merci beaucoup Gilgamesh !

    Mais bien que tes interventions (chacune d'entre elles) soient heureuses, me voilà déjà accablé par les limites conjuguées des sciences de la Terre et de la physique des particules ! Aurais-tu ne serait-ce qu'une approximation personnelle à propos de la valeur de la densité maximale théorique (afin que je puisses affiner des calculs d'accélération gravifique) ?

    A défaut d'une réponse immédiate je voudrais pousser un peu plus loin mon raisonnement o combien lacunaires sur ce que tu dis relever fort heureusement de la "physique pure et dure" (propos que je ne peux qu'appuyer)

    Ayant pris connaissance du contenu de ce site Internet que tu m'as recommandé plus haut (et je t'en remercie vivement !), il me vient la question suivante : "La limite des 14-15 masses terrestre ne viendrait-elle pas de là ?"

    En effet, d'après ce que j'apprends par ton aide la loi de distribution des vitesses permet de calculer la part théorique de molécules données qui atteindrait une vitesse de libération connue, en fonction de divers paramètres...

    Ne pourrait-on pas y voir une masse qu'un noyau (de glace ou de roche) ne doit pas franchir pour ne pas garder trop d'He ou d'H dans son atmosphère. Au risque, bien entendu, de se voir posséder une atmosphère énorme semblable à celle de Jupiter. Au regard de la composition actuelle de l'enveloppe gazeuse jovienne (90 % d'H, 10 % d'He), j'ai tenté un autre rapprochement.

    En effet, la matière visible de l'Univers est constituée à plus de 90 % d'H. J'étais en droit de penser qu'une pouponnière de jeunes étoiles (comme la nébuleuse d'Orion) possède sensiblement la meme composition (allégation résultant d'un raisonnement logique mais contestable). A partir du moment où la planète en formation est assez massive pour conserver les molécules simples (et donc abondantes) de par son attraction, elle serait inévitablement gazeuse. Quant au rayon de la planète (autre paramètre indispensable pour compléter la formule donnant la vitesse de libération), dépendant de la densité de la planète (à masse constante) et donc de la place qu'elle occupait dans le jeune système stellaire lors de son agrégation (je crois qu'une discussion traite de ce sujet).

    Est-il utile que, nouveau de mon état, je le mentionne ? Ce forum étant ouvert à tout les inscrits, j'attends les réponses des esprits plus ou moins éclairés sur le sujet.

    Merci encore

  5. #4
    DonPanic

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Salut
    Si une planète tellurique était hypermassive, sa température ne serait-elle pas telle qu'elle émettrait du rayonnement et serait détectable ?
    D'autre part, la masse maximale d'une planète tellurique n'est-elle pas contrainte par la vitesse de rotation imprimée par son accrétion et limiterait cette masse par expulsion centrifuge de matière ?
    Dernière modification par DonPanic ; 27/11/2005 à 13h32.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb
    Merci beaucoup Gilgamesh !
    Ayant pris connaissance du contenu de ce site Internet que tu m'as recommandé plus haut (et je t'en remercie vivement !), il me vient la question suivante : "La limite des 14-15 masses terrestre ne viendrait-elle pas de là ?"

    En effet, d'après ce que j'apprends par ton aide la loi de distribution des vitesses permet de calculer la part théorique de molécules données qui atteindrait une vitesse de libération connue, en fonction de divers paramètres...

    Ne pourrait-on pas y voir une masse qu'un noyau (de glace ou de roche) ne doit pas franchir pour ne pas garder trop d'He ou d'H dans son atmosphère. Au risque, bien entendu, de se voir posséder une atmosphère énorme semblable à celle de Jupiter.

    Tout a fait, c'est en effet l'idée. Les modèle de formations des systèmes planétaires font intervenir un disque sédimenté de grumeaux de poussière (grumeaux centimétrique alors que les poussières à la base sont micrométrique) au sein d'un disque de gaz plus épais (> 1UA). Ces grumeaux s'agglomèrent et il se forme un planétessimal de taille kilométrique qui "nettoie" son sillon planétaire de toutes les poussières qui s'y trouvent, en les collectant par gravité. C'est une phase courte, par construction, problématique car instable (en deça d'1 km le corps, trop affecté par la trainée visqueuse spirale vers l'étoile en qq siècles). L'étape suivant correspond a des collision de planètessimaux, formé par centaines de milliards, pour former des corps de tailles 'megametrique' (qq fraction du diamètre terrestre jusqu'à 10 fois plus). La aussi on a un phénomène de boule de neige gavitationnel. Qand un planétessimal a atteint une taille critique, il nettoie sont orbite pour atteindre ce qu'on appelle sa masse d'isolation, et former un "coeur planétaire" d'environ 1/10e de masse terrestre (ce qui représente l'agglomération d'environ 1 millard de planéssimaux). C'est une phase relativement rapide également 0,1 MA. Le simulations numérique montrent qu'ensuite les orbites des coeurs planétaires se perturbent les unes les autres et que de ciculaire initialement elles deviennent élliptique ce qui favorisent les trajectoires de collision. C'est la phase de nettoyage du système durant laquelle les corps silicaté atteignent leur taille maximal. C'est une phase relativement longue, de l'ordre de 10 MA. Mais quand le seuil fatidique de gravité est atteint le noyau s'habille de gaz en 0,1 MA a peine et ça donne un Jupiter ou un Saturne.

    a+

  8. #6
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    L'étape suivant correspond a des collision de planètessimaux, formé par centaines de milliards, pour former des corps de tailles 'megametrique' (qq fraction du diamètre terrestre jusqu'à 10 fois plus)
    pfff non, à biffer

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  10. #7
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Pour affiner les calculs concernant l'atmosphère, j'apprécierais que l'on me procure les paramètres qui influence la température de ce qui correspond à la thermosphère sur Terre...

    Pour que je puisses généraliser et par exemple, calculer la température maximale de l'atmosphère d'une planète tellurique, la plus massive possible...

    Dernières petites questions qui vont de pair... un calcul simple pour calculer la pression atmosphèrique en fonction de l'altitude, en ayant la pression au niveau du sol (et la constante solaire)... Mais est-ce suffisant ?

    Et ultime interrogation : comment fait-on pour expliquer la température moyenne de surface de la Terre (autour de 15°C) ? Quels sont les facteurs l'influençant ?

    J'ai déjà une petite idée de réponses à ces questions mais je n'ai que trop peu de temps pour vous les exposer... Pourriez-vous m'avancer en étant plus complet que je ne pourrai l'etre ?

    A la prochaine (plus longtemps cette fois) !

  11. #8
    DonPanic

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Salut
    Citation Envoyé par Gilgamesh
    (...)Mais quand le seuil fatidique de gravité est atteint le noyau s'habille de gaz en 0,1 MA a peine et ça donne un Jupiter ou un Saturne.
    Y a-t-il un gradient de densité des grumeaux en fonction de la distance au Soleil ?
    N'y a-t'il un stade avec une zone riche en caillase métallique et pauvre en gaz où l'accrétion est très rapide du fait de la densité des grumeaux métalliques,

    Si une planète tellurique était hypermassive, sa température ne serait-elle pas telle qu'elle émettrait du rayonnement et serait détectable ?
    D'autre part, la masse maximale d'une planète tellurique n'est-elle pas contrainte par la vitesse de rotation imprimée par son accrétion et limiterait cette masse par expulsion centrifuge de matière ?
    et où elle n'accrèterait que peu de gaz du fait d'un rayonnement thermique élevé ?

  12. #9
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb
    Pour affiner les calculs concernant l'atmosphère, j'apprécierais que l'on me procure les paramètres qui influence la température de ce qui correspond à la thermosphère sur Terre...
    Pour la thermosphère, en première approx je dirais qu'elle est à la température du rayonnement solaire (soit 6000K) avec un transfert par conduction aux basses couches de l'atmsophère, plus froides. Mais c'est sans garanties

    Pour que je puisses généraliser et par exemple, calculer la température maximale de l'atmosphère d'une planète tellurique, la plus massive possible...
    Si c'est ça, ce n'est pas la temperature de la thermosphère le critère pertinent amha.

    A priori, une planète tellurique peut être a n'importe quelle distance de l'étoile. Ca peut donc monter aussi au qu'on veut et dans ce cas la température maxi est en rapport avec la vitesse de libération des gaz. Après, ça dépend jusqu'à quelle pression résiduelle on considère qu'il y a une atmosphère.


    Dernières petites questions qui vont de pair... un calcul simple pour calculer la pression atmosphèrique en fonction de l'altitude, en ayant la pression au niveau du sol (et la constante solaire)... Mais est-ce suffisant ?
    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ic/barfor.html

    Faut que tu fixes une température...

    Et ultime interrogation : comment fait-on pour expliquer la température moyenne de surface de la Terre (autour de 15°C) ? Quels sont les facteurs l'influençant ?
    C'est un équilibre de rayonnement (puissance reçu - puissance émise, fonction de la température de surface) dans lequel intervient de façon cruciale l'effet de serre. Sans cela la température d'équilibre de la Terre serait de -18°C

    a+

  13. #10
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par DonPanic
    Salut

    Y a-t-il un gradient de densité des grumeaux en fonction de la distance au Soleil ?
    N'y a-t'il un stade avec une zone riche en caillase métallique et pauvre en gaz où l'accrétion est très rapide du fait de la densité des grumeaux métalliques,


    et où elle n'accrèterait que peu de gaz du fait d'un rayonnement thermique élevé ?

    Je dirais plutôt que la concentration en caillasse est a peu près uniforme, par contre les noyaux qui se forment sur des orbites internes sont dépourvus de glace planétaires (volatiles), donc beaucoup moins massifs.

    En plus de cela, le sillon planétaire extérieurs étant plus allongé (2.pi.r...), il y a moyen d'accumuler plus de matériaux

    a+

  14. #11
    DonPanic

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Gilgamesh
    En plus de cela, le sillon planétaire extérieurs étant plus allongé (2.pi.r...), il y a moyen d'accumuler plus de matériaux
    J'ai un peu de mal à concevoir comment ça se goupille,
    C'est pas un planétésimal qui se ballade au milieu de caillasses, vu que tout orbite autour du Soleil...

  15. #12
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par DonPanic
    J'ai un peu de mal à concevoir comment ça se goupille,
    C'est pas un planétésimal qui se ballade au milieu de caillasses, vu que tout orbite autour du Soleil...

    Ce qui se trouve un chouia plus loin que le centre de gravité du corps en croissance tourne moins vite et un chouia plus près, plus vite. Ce différentiel de vitesse permet au corps en croissance de boulotter l'intégralité de son silllon orbital


    a+

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  17. #13
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Gilgamesh,

    1) La puissance reçue par unité de surface décroit selon l'inverse du carrée de la distance entre la photosphère stellaire et l'atmosphère de la planète. Tout ceci en se basant sur la loi de Stefan sur les corps noirs. Je n'avais pas eu le temps de le mentionner.

    2) La limite de Roche qui permet de calculer la distance limite à partir de laquelle un corps serait fractionné par les forces de marée d'un autre plus massif

    Et... pourrait-on calculer la température de surface en fonction de paramètres physique prédéfinis (distance à l'étoile, rayon, masse...) sans la présence de gaz à effet de serre ?
    Sans atmosphère la Terre aurait une amplitude thermique équivalente à celle de la Lune.
    Dernière modification par Geb ; 01/12/2005 à 16h27.

  18. #14
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb
    Gilgamesh,

    1) La puissance reçue par unité de surface décroit selon l'inverse du carrée de la distance entre la photosphère stellaire et l'atmosphère de la planète. Tout ceci en se basant sur la loi de Stefan sur les corps noirs. Je n'avais pas eu le temps de le mentionner.

    2) La limite de Roche qui permet de calculer la distance limite à partir de laquelle un corps serait fractionné par les forces de marée d'un autre plus massif

    Et... pourrait-on calculer la température de surface en fonction de paramètres physique prédéfinis (distance à l'étoile, rayon, masse...) sans la présence de gaz à effet de serre ?
    Sans atmosphère la Terre aurait une amplitude thermique équivalente à celle de la Lune.

    A l'équilibre, la surface planétaire reçoit autant d'énergie qu'elle en émet

    soient:
    R le rayon stellaire
    r le rayon planetaire
    T la température de l'étoile
    t la température de la planète
    D la distance
    s cte de stefan

    à l'équilibre
    section planète x puissance étoile/surface coquille orbitale = puissance planète

    pi.r².s.4.pi.R².T^4/(4.pi.D²) = s.4.pi.r².t^4

    tu simplifies et ça te donne

    t = T.racine(R/D)

    a+

  19. #15
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    evidemment j'ai oublié un truc

    il y a un 4 qui ne se simplifie pas à droite, donc il faut diviser par 4^1/4 (soit 1,41...) le résultat.

    j'arrive à 7°C d'équilibre, pas encore au -18°C donné pour la Terre. Je pense qu'il faut ensuite tenir compte de l'albedo : tout n'est pas absorbé par la surface, une partie est directement renvoyé vers l'espace (rayonnement non thermique)


    a+

  20. #16
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Gilgamesh,

    Tu m'excusera mais dans ma frénésie à vouloir vérifier tes calculs j'ai besoin d'une petite précision... qu'entends-tu par l'expression "surface de la coquille orbitale" ?

    Quelqu'un pourrait-il m'aider à trouvé pourquoi la température de la thermosphère est si élevée, à savoir entre 650 et 1400 K selon l'activité solaire (absorption quantique d'énergie des électrons ?) ? Et, commun démontrer cette température pour la Terre, par des calculs théoriques (pour généraliser) ?

    Pour continuer cette petite conversation que j'ai malheureusement bien que momentanément interrompue...

    J'ai remarqué qu'en définitif, le seul facteur significatif était la masse d'une planète dans sa capacité à retenir un gaz. En effet plusieurs facteurs s'entremêlent :

    - La masse de l'atmosphère
    - La vitesse de libération de la planète
    - La vitesse des gaz
    - La proportion des gaz atteignant la vitesse de libération
    - La température maximale de l'atmosphère
    - La distance de la planète à l'étoile
    - La composition de l'atmosphère
    - La masse et le rayon stellaire
    - La composition de la planète...

    Tout ces facteurs agissant l'un sur l'autre ! On comprends pourquoi les astrophysiciens utilisent des supercalculateurs !

    Il faudrait trouver des facteurs communs qui suffisent à déterminer eux seuls les valeurs de ces facteurs... Pour moi c'est la masse de la planète. En ayant fait tout les calculs indépendament, il vient que la masse est toujours présente ou utilisable pour déterminer les facteurs en présence (par des calculs annexes), c'est le dénominateur commun en quelque sorte.

    Si parmis vous quelqu'un trouvait une faille dans mon raisonnement je serais heureux qu'il me soumette ses critiques.
    Dernière modification par Geb ; 08/12/2005 à 20h39.

  21. #17
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb
    qu'entends-tu par l'expression "surface de la coquille orbitale" ?
    je te repond dejà la dessus :
    c'est la surface de la sphère dont le rayon est égal à l'orbite de la planète (150 millions km pour la Terre) et sur laquelle est répartie l'énergie du Soleil. La Terre n'intercepte qu'une fraction de cette énergie (celle correspondant à sa section pi.r²)

    a+

  22. #18
    DonPanic

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Salut
    Citation Envoyé par Geb
    Quelqu'un pourrait-il m'aider à trouvé pourquoi la température de la thermosphère est si élevée, à savoir entre 650 et 1400 K selon l'activité solaire
    Parce que la densité de gaz est extrêmement faible pour un fort rayonnement.
    Le phénomène est à peu près équivalent avec les gaz de la couronne solaire qui est à plusieurs millions de degrés quand la température de surface est autour des 6000°

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  24. #19
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par DonPanic
    Salut

    Parce que la densité de gaz est extrêmement faible pour un fort rayonnement.
    Le phénomène est à peu près équivalent avec les gaz de la couronne solaire qui est à plusieurs millions de degrés quand la température de surface est autour des 6000°
    La couronne c'est un chauffage magnétique, si l'énergie ne venait que du rayonnement ça ne pourrait depasser 5800 K.

    POur la yhermosphère j'avais donné un élément de réponse : chauffage par rayonnement solaire et ça rejoint ce que tu dis : densité faible / rayonnement fort.

    a+

  25. #20
    DonPanic

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Salut
    Citation Envoyé par Gilgamesh
    La couronne c'est un chauffage magnétique, si l'énergie ne venait que du rayonnement ça ne pourrait depasser 5800K
    Explique ça mieux, STP.
    Champ magnétique -> Champ électrique -> chauffage par effet joule ?
    Champ magnétique variable hte fréquence-> chauffage de plasma ionisé ?
    déplacement atômes ionisés dans champ magnétique intense -> chauffage ?

  26. #21
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par DonPanic
    Salut

    Explique ça mieux, STP.
    Champ magnétique -> Champ électrique -> chauffage par effet joule ?
    Champ magnétique variable hte fréquence-> chauffage de plasma ionisé ?
    déplacement atômes ionisés dans champ magnétique intense -> chauffage ?

    Sans gros risque de se tromper on peut bien imaginer que dans le capharnaüm electromagnétique qui regne à la surface du Soleil tout ceci existe, mais le chauffage principal, je crois, résulte :

    - des ondes d'Alfvén, c'est de la MHD donc j'ai du mal . Un topo qu'a l'air pas mal ici mais faut se forcer quand même :
    http://www.cetp.ipsl.fr/~mottez/canalcge/canalcge.html

    - de reconnexion magnétique.

    Le Soleil a une rotation différentiel : l'équateur tourne plus vite que les pôle. Comme il s'agit d'un plasma, les lignes de champs sont "gelées" dedans et dérivent avec ce qui fait que partant de ligne de champs bien parallèle aux méridien |||| tu finis par avoir des lignes de champs qui s'entortillent, se tendent comme des petits élastique s et deviennent parallèles à l'équateur =. Cette tension produit comme des "hernies" : les lignes de champs magnétiques sont éjectée de l'enveloppe forme une arche et retourne dans l'enveloppe: au point d'entrée/sortie tu as les taches solaires (qui vont donc toujours par deux). Quand 2 lignes de champs de sens opposées se reconnectent tu as libération d'énergie magnétique (la "tension de l'elastique") et ca peut atteindre des millions de degrés localement, c'est ce qui donne la brillance du Soleil dans le domaine X.


    a+

  27. #22
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Mais y a t'il des formules pour savoir la vitesse des molécules dans la thermosphère ?

    Chaque molécules absorbent-elles la totalité de la puissance reçue du Soleil (1373 W/m&#178 ou comme je le suppose sans trop savoir comment il n'absorbe qu'une partie du rayonnement incident (formule de Bohr ?)...

    Ainsi je pourrais calculer la température maximale précise en me réferant à l'agitation thermique.

    Mais n'étant pas très doué en physique quantique, j'ai besoin de votre aide.

    Merci d'avance.

  28. #23
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb
    Mais y a t'il des formules pour savoir la vitesse des molécules dans la thermosphère ?

    Chaque molécules absorbent-elles la totalité de la puissance reçue du Soleil (1373 W/m²) ou comme je le suppose sans trop savoir comment il n'absorbe qu'une partie du rayonnement incident (formule de Bohr ?)...

    Ainsi je pourrais calculer la température maximale précise en me réferant à l'agitation thermique.

    Mais n'étant pas très doué en physique quantique, j'ai besoin de votre aide.

    Merci d'avance.

    Ah ben non la thermosphère n'absorbe pas tout évidemment (il faut bien qu'on reçoive quelque chose, nous autres).

    La réponse précise a ta question a mon avis est d'un niveau assez pêchu.

    D'abord parce que pour la thermosphère il y a des effets de chauffage magnétique, aussi (comme pour la couronne solaire). Alors là bon courage. Concrètement c'est du boulot de chercheur, c-a-d que c'est encore "en cours de résolution"

    Ensuite parce que si on s'en tient au chauffage d'un gaz partiellement ionisé par un rayonnement, je pressens que c'est non linéaire : la ionisation modifie l'absorbance.

    Donc, formule exacte, tintin.

    Faut que tu modelises en simplifiant en prenant un milieu d'absorbance données (fonction du nombre de mole/m3, avec un coefficient que tu n'a qu'a emprunter à l'absorbance de l'atmosphère basse) qui reçoit de l'énergie du sol et du Soleil (modélisé comme 2 corps noirs) et qui adopte sa température d'équilibre c'est à dire dont la température est telle qu'il rayonne exactement ce qu'il recoit.

    a+

  29. #24
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    J'ai enfin une relation pour la température de surface. J'ai obtenu 255,154 K (très proche de ce que Gilgamesh prédit à la fin du message n°9). Avec la formule suivante que j'ai récemment établie :

    t² = T² x R x racine(1-a) / 2 x (d-r-R)

    Données :

    a = albédo (lire plus bas)
    T = températude de surface de la photosphère solaire
    5 770 K
    R = rayon stellaire
    696 010 000 m
    d = distance entre les centre de masses des corps
    149 597 871 000 m (Unité Astronomique)
    r = rayon moyen de la planète
    6371007,9 m

    J'ai utilisé les chiffres les plus précis que j'ai pu trouver. Mais ce faisant, j'ai remarqué quelque chose de fâcheux...

    J'ai des valeurs variables en ce qui concerne l'albédo. Celles-ci oscillent entre 0,394 (mesure directe dans le Quid 2005) et 0,3 (approximation de l'encyclopédie Encarta 2003). Pour obtenir la température de surface de départ (-18°C) il m'a fallu recourir à l'albédo de 0,3.

    Je doute que l'effet de serre (qui est sans doute repris dans les mesures directes du Quid) ai une telle influence sur l'albédo d'une planète.

    Mais il me faudrait vos avis éclairés là-dessus.
    Dernière modification par Geb ; 18/12/2005 à 20h15.

  30. Publicité
  31. #25
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Chers "forumeurs",

    Pour trouver une réponse satisfaisante à ma question (celle qui a justifié l'inauguration de cette discussion) j'ai décidé de simplifier le problème...
    Je tente désormais de rechercher l'accélération maximale de pesanteur d'une planète ou la présence d'eau liquide est possible.

    Cela résout pas mal de problèmes bien que je ne sache pas comment font les astrophysiciens pour déterminer ce qu'on appel communément la "zone habitable" du système solaire.

    Pour commencer je voudrais savoir si on peut obtenir le rayon d'une étoile, sa masse et sa température centrale étant des paramètres connus... Je pense à utiliser la pression radiative sans vraiment savoir comment.

    Merci de bien vouloir m'aider à nouveau.

  32. #26
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Je reprends enfin la discussion que j'ai ouverte puisqu'à nouveau je ne puis me répondre à moi-même indéfiniment.

    D'abord ce n'est pas si divertissant et ensuite je pourrai ainsi partagé le bonheur d'arriver à mes fins.

    Donc par ce message je m'emploie à trouver les réponses aux questions posées dans ce post.

    Peut-être devrais-je profiter de la présence de forums sur Corot et les planètes extra-solaires pour enfin avoir le début du commencement d'une réponse ?

    En tout cas très chers lecteurs de ce post. Je ne peux que vous remercier d'avance... En attendant vos contributions.

    Cordialement,

    Geb

  33. #27
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    J'ai des valeurs variables en ce qui concerne l'albédo. Celles-ci oscillent entre 0,394 (mesure directe dans le Quid 2005) et 0,3 (approximation de l'encyclopédie Encarta 2003). Pour obtenir la température de surface de départ (-18°C) il m'a fallu recourir à l'albédo de 0,3.

    Je doute que l'effet de serre (qui est sans doute repris dans les mesures directes du Quid) ai une telle influence sur l'albédo d'une planète.

    Mais il me faudrait vos avis éclairés là-dessus.
    Faut bien voire que l'albedo dépend :

    * de la fenêtre de longueur d'onde (uniquement dans le visible ou bolométrique, c'est à dire en intégrant sur l'ensemble du spectre)

    * de la saison

    Perso je garderais comme toi 0,3. C'est le chiffre que j'ai vu le plus souvent cité. Pi le Quid... bof.


    a+

  34. #28
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Citation Envoyé par Geb Voir le message

    Pour commencer je voudrais savoir si on peut obtenir le rayon d'une étoile, sa masse et sa température centrale étant des paramètres connus... Je pense à utiliser la pression radiative sans vraiment savoir comment.

    Va falloir m'en dire plus, là Sa température centrale, connue ? De surface plutôt non ? Si c'est ça c'est trivial via la relation de Stefan. Sinon, de toute façon la masse (et un peu la métallicité, cad la composition chimique qui joue sur l'opacité) est le seul paramètre dont on ait besoin pour déterminer :

    - le rayon stellaire
    - la température de surface
    - la température centrale

    Je te trouve ça ce soir dans ma doc inchallah


    a+

  35. #29
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    En fait j'avais déjà publié la ralation masse luminosité sur ce forum, là :
    http://forums.futura-sciences.com/post662715-3.html

    Mais c'est pas très pratique en fait. Le plus simple est que tu te calle sur le Soleil L = 4e26 W, M = 2e30 kg et que tu utilises la loi de Stefan pour passer à la température.

    L = 4.pi.R2.sigma.T4=Lo[M/Mo]3

    Avec Lo et Mo resp. la luminosité et la masse du Soleil.

    Si tu veux affiner, la relation masse luminosité s'écrit empiriquement :

    L~Mn

    avec n fonction croissante de la masse, n~3-4. C'est ni plus ni moins que la relation décrivant la courbe de répartition des étoiles dans le diagramme H-R.

    Et dans ce cas tu as :

    L(2-n)/2nT2 = cte


    a+

  36. #30
    Geb

    Re : Densité et masse maximale d'une planète rocheuse ?

    Bonsoir Messieurs,

    Tout d'abord, merci à toi Gilgamesh pour ces promptes réponses.

    Ensuite, voici quelques questions qui restent encore en suspend et qui je pense n’ont pas attiré l'attention…

    Si c’est le cas, auriez-vous une réponse (ou son début), ou encore une démarche que je pourrais suivre pour répondre ?

    Petit rappel : Je tente actuellement de rechercher en espérant que ce soit plus facile que de rester flou, l'accélération maximale de pesanteur d'une planète ou la présence d'eau liquide est possible.

    Comment font les astrophysiciens pour déterminer la bien nommée "zone habitable" d’un système stellaire ?

    Comment pourrais-je moi-même procéder de manière à être exhaustif et efficace ?

    Existe-t-il une telle quantité de paramètres que les scientifiques en viennent à l’approximation en s’intéressant à un nombre plus restreint d’entre eux ?

    Dans quelles mesures les molécules atmosphériques absorbent-elles l’énergie du rayonnement solaire incident (photons) ?

    Et plus généralement comment cela se passe-t-il pour un gaz quelconque ?

    Voilà, je cherche activement de mon coté, mais ce serait un gâchis de ne pas solliciter vos connaissances personnelles. Cela permettra d’accélérer mes pérégrinations dans ce domaine passionnant qu’est l’astrophysique. Pour plus de découvertes !

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