Planète et atmosphere

[seong]

Bonjour,
On dit qu'une planète peu massive comme mars par exemple finit par perdre son atmosphère car sa gravité n'est pas assez forte pour le retenir.
Mais on dit aussi que la formation des astres commence par l'accretion des molécules de gaz dans l'espace 'vide'.
Il y a la une contradiction : comment une petite planète comme mars n'est pas assez massive pour retenir durablement son atmosphère alors que de minuscules molécules de gaz peuvent s'attirer et s'effondrer jusqu'à former des astres ?
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[titijoy3]

peut être que son atmosphère a disparu à cause du vent solaire et de la faiblesse (ou l'affaiblissement) de son champ magnétique?

quand une étoile est proche il est peut être plus difficile pour une petite planète de conserver ou créer son atmosphère ?

les nuages de gaz qui s'effondrent sur eux mêmes pour former une étoile sont peut être loin des autres étoiles ?

[Anathorn]

Le soleil s'est allumé très tôt dans le nuage protostellaire, quelques dizaines de millions d'années après l'évènement initial (probablement l'onde de choc d'une supernova qui aurait impacté notre nuage protostellaire et provoqué son effondrement à terme).
Les planètes ont suivi aussi assez tôt, la plus rapide à être créée étant Jupiter.
Mais les planètes se sont constitués dans un environnement opaque, plein de poussières et de petits trucs qui commençaient a s'accréter les uns avec les autres, pour finir par former des planètes qui vont nettoyer leur orbite.
Une double migration Jupiter / Saturne (le grand tack) qui se sont beaucoup rapprochés du soleil a causé le "nettoyage" de tout ce qui est au delà de l'orbite martienne.
Privant d'ailleurs Mars de matériaux au passage (sinon elle aurait été plus grosse).
Puis le billard (gravitationnel) cosmique a mis Jupiter et Saturne à leur place actuelle, progressivement. Donc les a écartés de nouveau vers la périphérie du système.

Les planètes internes, telluriques, ont continué de becqueter tout ce qui était en dessous de la virée jupitérienne pour devenir nos grosses mémères actuelles, sauf Mars, qui est resté sur sa faim à cause de l'autre gros lard qui a fait le ménage à coté sans qu'on lui demande rien .
Pendant que les planètes actuelles étaient en train de se former, le système était opaque, il s'est progressivement clarifié avec la bouffe (accrétion/nettoyage) des planètes et le soleil, dont les rayons ont percé de plus en plus loin dans la purée du disque initial, aidant à le "dissiper".

Mais la création du soleil et des planètes c'est de quelques dizaines a quelques centaines de millions d'années.
Depuis, il s'est passé 5 milliards d'années.
Donc évidemment, aujourd'hui tout ça nous semble bien clair, un espace bien "propre", bien "vide", mais c'est loin d'avoir toujours été le cas.
Les planètes ont eu le temps de recevoir et "d'installer" pas mal de trucs, comme une "dynamo" interne (champ magnétique) et une atmosphère avant de se prendre le soleil en pleine poire comme aujourd'hui.

[seong]

quand une étoile est proche il est peut être plus difficile pour une petite planète de conserver ou créer son atmosphère ?

les nuages de gaz qui s'effondrent sur eux mêmes pour former une étoile sont peut être loin des autres étoiles ?

Pourtant les planetes ont été formé après l'existance de leur étoile et à partir de l'accretion du disque de gaz autour de l'etoile...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Attention, Mars a bien eut une atmosphère. Donc aucun soucis quant à la formation, accrétion et tout ça.
Mais elle perdu son atmosphère (faible gravité, faible champ magnétique, et effet du rayonnement solaire pendant une longue durée, bien plus longue que le temps de formation de plus au début Mars avait certainement un bon champ magnétique mais petite son noyau s'est totalement solidifié et fini le champ magnétique).

Notons que d'une manière générale la formation et l'évolution des atmosphères c'est extrêmement complexe. Suffit de voir Vénus : d'une taille comparable à la Terre, son atmosphère c'est le jour et la nuit par rapport à la Terre (et l'apparition de la vie, qui a très fortement influencé notre atmosphère, n'est pas seule responsable, l'absence d'eau liquide sur Vénus a dû fortement influencer son évolution).

[Tawahi-Kiwi]

Pourtant les planetes ont été formé après l'existance de leur étoile et à partir de l'accretion du disque de gaz autour de l'etoile...

Les planetes telluriques se forment essentiellement par accretion de materiaux solides condenses directement a partir du disque gazeux proto-stellaire.

La difference avec les planetes geantes est que leur masse est insuffisante pour accreter des gaz (en particulier hydrogene et helium).
Les gaz presents sur les planetes telluriques sont donc (en partie) le resultat d'une sorte de degazage volcanique (a tres grande echelle).

T-K

[Tawahi-Kiwi]

Suffit de voir Vénus : d'une taille comparable à la Terre, son atmosphère c'est le jour et la nuit par rapport à la Terre (et l'apparition de la vie, qui a très fortement influencé notre atmosphère, n'est pas seule responsable, l'absence d'eau liquide sur Vénus a dû fortement influencer son évolution).

Remarque qu'a l'origine, Venus et la Terre n'etaient peut etre pas si differentes que cela. Si tu remets tout les carbonates terrestres sous forme de CO₂ et la Terre un peu plus proche du Soleil histoire que H₂O puisse s'echapper, tu ne seras pas loin de la Venus actuelle.

T-K

[Deedee81]

Salut,

Remarque qu'a l'origine, Venus et la Terre n'etaient peut etre pas si differentes que cela. Si tu remets tout les carbonates terrestres sous forme de CO₂ et la Terre un peu plus proche du Soleil histoire que H₂O puisse s'echapper, tu ne seras pas loin de la Venus actuelle.

Oui je l'avais déjà lu. Et idem (à une moindre échelle) pour Mars. Trois soeurs ayant eut des destins extraordinairement différents

Une chose que je ne sais pas par contre, l'évasion de la vapeur d'eau de Vénus, c'est direct (molécules s'échappant dans l'espace) ou il y a d'abord photo-dissociation ? (je soupçonne le deux mais je n'en suis pas sûr)

[Tawahi-Kiwi]

Une chose que je ne sais pas par contre, l'évasion de la vapeur d'eau de Vénus, c'est direct (molécules s'échappant dans l'espace) ou il y a d'abord photo-dissociation ? (je soupçonne le deux mais je n'en suis pas sûr)

Selon ce diagramme:

Source: Wiki

l'oxygene (sous forme O₂) ne va pas s'echapper de la Terre comme de Venus en grande quantite. Alors que la vapeur d'eau se trouve juste entre les parametres pour la Terre et Venus. Donc theoriquement, la vapeur d'eau doit pouvoir s'echapper directement.

Neanmoins, il y a certainement une dissociation plus poussee dans la haute atmosphere venusienne vu quel se prend plus d'UV et des eruptions solaires plus intenses, surtout en l'absence de champ magnetique. Si l'oxygene dissocie se recombine, il ne s'echapperait donc pas.

Sur venus, la perte d'hydrogene est bien confirmee avec un rapport deuterium/hydrogene temoignant d'une perte de 99.9% de l'hydrogene initial (et donc vraisemblablement de H₂O+NH₃ dans l'atmosphere primordiale).
La perte en oxygene n'est manifestement pas aussi importante puisque les modeles et donnees de la basse atmosphere venusienne et des roches de surfaces semblent montrer qu'elle est relativement oxydee avec une quantite assez importante de Fe³⁺ sur les roches de surface, qui est donc un peu comme le cas de Mars (la couleur rouille de la planete rouge).

T-K

[Deedee81]

Je ne m'attendais pas à des explications aussi claires et aussi intéressantes (et je n'avais pas pensé qu'on pouvait l'avoir dans wikipedia). Je te remercie.

Une question peut-être idiote : comment connait-on le rapport D/H sur Vénus ? Les sondes ? Les spectres ?

[HSbF6]

Les nuages de poussière forme principalement que l’étoile (composé d’hydrogène et d’hélium). C’est ensuite par fusion de ces éléments légers, que des éléments plus lourd sont formés (Lithium, puis Béryllium, puis Bore, Puis Carbone etc...). C’est ensuite tout ces éléments éjecter qui se rassemble pour former des astéroïdes, puis des planètes etc...

[Tawahi-Kiwi]

Les nuages de poussière forme principalement que l’étoile (composé d’hydrogène et d’hélium). C’est ensuite par fusion de ces éléments légers, que des éléments plus lourd sont formés (Lithium, puis Béryllium, puis Bore, Puis Carbone etc...). C’est ensuite tout ces éléments éjecter qui se rassemble pour former des astéroïdes, puis des planètes etc...

Pas tout a fait.
Ce n'est pas l'etoile qui cree ses propres elements pour la formation de son cortege planetaire. Tout ces elements sont presents avant l'effondrement du nuage protostellaire; 99.86% fini dans le soleil. Ces elements lourds ont ete cree par d'autres etoiles et par des supernovaes et resident dans les nebuleuses avant la formation de nouvelles etoiles.

Parmi le 0,14% restant qui ne sont pas dans le Soleil, 99,9% sont de l'hydrogene et de l'helium qui finiront essentiellement dans les geantes gazeuses.

Les planetes telluriques sont vraiment les miettes de la formation d'un systeme solaire...

T-K

[Deedee81]

Salut,

Tout petit complément :

Notons que les éléments lourds se formant dans une étoile.... restent dans l'étoile ! Et même plutôt dans son coeur. Donc ils ne risquent pas de participer à son cortège planétaire. Il n'y a aucun mécanisme connu qui permettrait de les éjecter.

D'ailleurs :
- on ne détecte pas d'éléments lourds dans le vent solaire
- notre soleil est une petite étoile. Il ne fabrique pas beaucoup d'éléments lourds. Il fabrique surtout de l'hélium et une pincée seulement d'éléments à peine plus lourds. C'était encore plus vrai au tout début de la formation du système solaire évidemment. Il consommera l'hélium pour fabriquer des éléments un peu plus lourd dans environ... 5 milliards d'années, et se transformera à l'occasion en géante rouge. Mais faut pas rêver, notre Soleil ne fabriquera jamais d'uranium. Il faut des températures, pression, énergies colossales pour ça.

Ces éléments lours ne peuvent être libérés que si l'étoile explose, donc en fin de vie (là, suite à la "fusion en couches", il y a pas mal d'éléments lourds dans le manteau de l'étoile. Et il y a aussi bien sûr la synthèse explosive).
Il y a aussi production d'éléments lourds lors de collisions, par exemple d'étoiles à neutrons (une bonne partie de l'or vient de là !).
Et enfin le processus de spallation dans l'espace ne crée pas d'éléments lourds mais les transforme.
Tous ces processus sont bien décrits dans wikipedia.

Notons enfin que notre étoile étant petite, elle n'explosera pas, elle se transformera en naine blanche et tous ces beaux éléments formés dans notre Soleil seront tout bêtement perdus, coincés dans la naine blanche vieillissante.

Ces éléments lourds ne seront donc utilisés que dans la prochain cortège planétaire naissant avec une étoile dans le nuage ensemencé par ces productions.

[dr.Garou]

Mars avait certainement un bon champ magnétique mais petite son noyau s'est totalement solidifié et fini le champ magnétique).

Le noyau de Mars n'est pas solide, il s'agit bien d'un fluide encore aujourd'hui, du moins pour ce qu'on en sait (cf expérience SEIS et mesures gravimétriques). Par contre elle a bien perdu son champs magnétique, et ce pour une raison somme toute simple: le noyau présentant un gradient de température trop faible (du centre vers l'extérieur), il n'y a plus de convection importante dedans et de ce fait plus de champs magnétique.

[Deedee81]

Salut,

Le noyau de Mars n'est pas solide, il s'agit bien d'un fluide encore aujourd'hui, du moins pour ce qu'on en sait (cf expérience SEIS et mesures gravimétriques). Par contre elle a bien perdu son champs magnétique, et ce pour une raison somme toute simple: le noyau présentant un gradient de température trop faible (du centre vers l'extérieur), il n'y a plus de convection importante dedans et de ce fait plus de champs magnétique.

En effet, entre-temps, j'ai vu ces résultats. Merci d'avoir rectifié ce message que j'avais oublié par contre

[Anathorn]

Une petite question, svp, à nos spécialistes :
Dans la nucléosynthèse stellaire, on appelle les "métaux" tout ce qui est synthétisé au dessus de l'hélium, c'est ça non ?
Le terme "nucléosynthèse métallique" existe-il ?
Merci.

Bon en tout cas, finalement, on est de la progéniture de déchets stellaires... c'est pas hyper sexy comme statut ^^

[titijoy3]

ben si..poussière d'étoile moi ça me va !

comme le diamant !!

[Deedee81]

Salut,

Dans la nucléosynthèse stellaire, on appelle les "métaux" tout ce qui est synthétisé au dessus de l'hélium, c'est ça non ?

C'est en effet une habitude des astrophysiciens comme lorsqu'ils parlent de métallicité d'une étoile par exemple.

Le terme "nucléosynthèse métallique" existe-il ?

Non. Pour le coup ça ferait un peu pléonasme.

Bon en tout cas, finalement, on est de la progéniture de déchets stellaires... c'est pas hyper sexy comme statut ^^

Des crottes stellaires

[Geb]

Bonjour,

Selon ce diagramme:

Source: Wiki

Ce diagramme m'a laissé extrêmement perplexe au départ, parce qu'à ma connaissance, après un calcul de coin de table, la vitesse de l'hydrogène moléculaire à 291 K (là où est vraisemblablement placée la Terre) n'est pas aussi élevée.

Du coup, je me suis un peu renseigné et j'ai trouvé ceci :

- Atmospheric composition of exoplanets based on the thermal escape of gases and implications for habitability (Konatham et al., 2020)

In the formalism of Jeans escape in planetary atmospheres, as a guideline, a factor of one-sixth is used conventionally to compare U and V_esc in the atmospheric escape calculations. The origin of this factor is not known and does not represent any physical process in the underlying atmosphere, but it is generally accepted on an empirical basis that the escape process can happen if the thermal velocity (U) of the gas at the exobase is more than one-sixth of the V_esc [30,31].

Je ne suis pas certain que l' "origine de ce facteur n'est pas connue" et je ne serais pas étonné que ce soit une pirouette des auteurs pour éviter de faire une fastidieuse revue de la littérature.

Cela dit, un diagramme qui induirait moins en erreur serait par exemple celui-là :


Source : Escape of Atmospheres to Space

En effet, dans le diagramme ci-dessus, les "véritables" vitesses des gaz semblent bien indiquées, ainsi que le facteur d'un sixième qui est lui aussi bien précisé à même le diagramme.

Après, j'ai lu par ailleurs que ce qui importait en réalité, c'était la température de l'exobase. Donc, de mettre la Terre à 291 K n'est peut-être pas la meilleure solution non plus dans le diagramme Wiki (c'est aussi corrigé dans le diagramme que j'ai trouvé) ? En outre, si on pense à la capacité de Mars de retenir une atmosphère, ne devrait-on pas essayer d'estimer la température de l'exobase au début de l'histoire de la planète (qui pourrait avoir été différente) plutôt que sa température actuelle ?

Cordialement.

[Geb]

Je ne m'attendais pas à des explications aussi claires et aussi intéressantes (et je n'avais pas pensé qu'on pouvait l'avoir dans wikipedia).

Bof... (voir mon message précédent)

Cordialement.

[Tawahi-Kiwi]

Ce diagramme m'a laissé extrêmement perplexe au départ,

Egalement, Il y a beaucoup de parametres qui devraient rentrer en compte qui n'apparaissent pas d'une maniere ou d'une autre dans ce diagramme lorsque l'on veut l'exploiter pleinement.

Mais sa valeur pedagogique n'est pas nulle. Les valeurs des deux axes pour chaque planete sont comprehensibles et la serie de gaz l'est egalement. A defaut d'etre correct, il donne l'idee generale.

T-K

[Geb]

Bonsoir,

Une question peut-être idiote : comment connait-on le rapport D/H sur Vénus ? Les sondes ? Les spectres ?

En tant qu'ancien lecteur assidu des défunts bulletins de l'ESA, je dirais les sondes : The Science Return from Venus Express (Svedhem et al., 2005)

The deuterium abundance is much higher on Venus than on the Earth, which indicates that large amounts of hydrogen have been lost in the past.

Il y a eu des tentatives de mesures depuis l'orbite terrestre avec l'International Ultraviolet Explorer, mais elles ne permirent que de fixer une limite haute et furent largement corrigées une fois les premières mesures in situ effectuées (en particulier avec la sonde Pioneer Venus Orbiter). Côté européen, il y a bien sûr l'instrument SPICAV embarqué sur Venus Express, qui a permis de corriger certaines imprécisions du Pioneer Venus Orbiter notamment (Bertaux et al., 2007) :

The present value of the D/H ratio tells us something (but not everything) about the history of water on the planet. As mentioned earlier, deuterium in the lower atmosphere is found to be ~150 times more abundant on Venus than on Earth (Donahue et al., 1997; Donahue, 1999; De Bergh et al., 1991). This enrichment of D/H is explained by preferential escape of H atoms from the upper atmosphere, with ion escape (H⁺ and D⁺) being also important. The present water content and D/H ratio can be interpreted either as the signature of an equivalent 3-km a primordial ocean, lost at present (mainly by hydrodynamic escape), or a steady state in which water is continuously supplied to the surface by comets (Grinspoon and Lewis, 1988) or volcanism, or a non-steady regime combining the two sources. The present lifetime of the atmospheric water is highly uncertain but is likely less than 100 Myr so that the primordial ocean is probably not the sole source of the present water. It may, however, be possible to derive constraints on the primordial water abundance by measuring precisely the atmospheric escape of water (i.e. of H atoms), and the fractionation factor describing the efficiency of D escape relative to H escape (Gurwell, 1995). The escape rate of D and other atoms from the planetary exosphere depends, first, on their abundance in the upper atmosphere and, second, on the peculiarities of the interaction of the solar wind with the atmosphere. While escape of hydrogen is approximately known, the abundance of deuterium in the upper atmosphere of Venus, and furthermore its escape rate, is poorly constrained by optical observations (Bertaux and Clarke, 1989), though mass 2 ion measured by the ion mass spectrometer on Pioneer Venus is proposed to be D⁺, instead of H²⁺, as was originally claimed (see the discussion above in the SPICAV UV section).

Mais sa valeur pedagogique n'est pas nulle. Les valeurs des deux axes pour chaque planete sont comprehensibles et la serie de gaz l'est egalement. A defaut d'etre correct, il donne l'idee generale.

Je ne dis pas le contraire, sauf que je trouve plus facile de "refaire le calcul soi-même" si tu as le diagramme de Catling & Kasting devant les yeux, c'est tout (et à mes yeux c'est aussi une "ambition" qu'un tel diagramme devrait avoir). En outre, je me plais à imaginer un prof de physique avalant son café du matin de travers à la vue du diagramme de Wikipedia.

Cordialement.