Condition de la vie sur un astre

[RDCA]

Bonjour à tous !

Je viens de découvrir votre forum parce que je suis à la recherche d'un information bien précise. Je ne suis pas scientifique malgré mes passions jeunes pour cette discipline et en particulier pour l'astronomie, il faudra donc faire preuve de vulgarisation à mon égard.
Voilà, mon interrogation,
Est-ce que la taille d'un planète conditionne la vie humaine sur cette dernière ?
Est-ce que la gravité ne sera pas plus importante ? Mais la gravité ne dépend pas forcément de la taille de la planète selon moi ?

Je me plait à écrire et il me vient ce genre d'interrogation dans la véracité de mon récit. J'ai récemment acheté un livre de Luminet sur les astéroïdes, connaissez-vous d'autres livres de vulgarisation assez généraliste ?

Merci à ceux qui pourront m'aider.

Et bonne journée à tous !
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[Tawahi-Kiwi]

Bonjour et bienvenue sur les forums Futura-Sciences,

Est-ce que la taille d'un planète conditionne la vie humaine sur cette dernière ?
Est-ce que la gravité ne sera pas plus importante ? Mais la gravité ne dépend pas forcément de la taille de la planète selon moi ?

Les deux sont lies via la masse (plus la planete est lourde, plus elle est grosse, et plus sa gravite en surface sera elevee). La taille sera donnee par la masse & la densite moyenne de l'astre. L'attraction a la surface sera donnee par la masse et la distribution de la densite au sein de la planete.

Neanmoins, la gravite n'est pas forcement lie a la taille, on a meme des exemples evidents dans le systeme solaire.
Lune: rayon 1700km - densite: 3,3 g/cm³ - gravite: 1,6 m/s²
Callisto: rayon 2400 km - densite: 1,8 g/cm³ - gravite: 1,2 m/s²
Mercure: rayon: 2450 km - densite: 5,4 g/cm³ - gravite: 3,7 m/s²

Le facteur qui joue entre ces trois exemples est la densite de l'astre (et donc sa composition, Callisto contient beaucoup d'eau, la lune beaucoup de roches classiques 'legeres', Mercure, beaucoup de fer)

Pour les planetes telluriques (et de part leur mode de formation) sauf exception, la relation taille-gravite est assez solide lorsque l'on fait eventuellement les ajustements necessaires lies a la composition.

Pour des exemples plus exotiques comme une planete ocean gelee (en considerant qu'il y a pas ou peu de coeur tellurique) aurait certainement une attraction en surface moins forte (pour taille equivalente). On connait mal le comportement de la glace a tres haute pression (pour une planete de ce type, on sait ce qui se passerait jusqu'a quelques milliers de km de profondeur) ou la glace (X) aurait une densite similaire aux roches de surface terrestre. Pour une telle planete d'une taille identique a la Terre (et extrapolant le champ de stabilite de la glace jusqu'a 6000km de profondeur, sans fusion), la gravite serait (calcul de tete, peut etre faux) 3x inferieure a notre gravite de surface.

Difficile de dire quelle taille devrait avoir une telle planete pour une gravite de 9,81 m/s² sans connaitre le comportement de la glace a ultra haute pression qui reste un domaine tres theorique.

T-K

[Gilgamesh]

On peut analyser ça au plan dimensionnel.

La gravité de surface c'est :

g = GM/R²
avec
G la cte de gravité
M la masse
R le rayon

La masse c'est le produit du volume V par la densité ρ

M = Vρ

et V pour un sphère, c'est :

V = (4π/3)R³

Si on retire toutes les constantes :

g ~ R³ρ/R²
g ~ Rρ

Donc la gravité de surface est simplement proportionnelle au produit du rayon par la densité (moyenne) de l'astre.

[Amanuensis]

Notons qu'une pesanteur de 9,81 m/s² n'est pas nécessairement l'idéal pour la vie humaine. Peut-être que la moitié serait mieux. Mais il est fort probable qu'il y a une importante marge de liberté sur ce qui est acceptable.

(Certains problèmes biologiques des humains laissent penser que la combinaison de la pesanteur, et d'une posture verticale (le passage vers laquelle est assez récent) est en cause. Comme les genoux, le col du fémur, la remontée du sang le long des jambes, l'étroitesse du bassin (et l'accouchement), ... Ces points poseraient moins de problème avec une pesanteur un peu plus faible (et réciproquement pourraient rendre une pesanteur supérieure à 1 g difficile à supporter).

[A voir en vidéo sur Futura]

[RDCA]

Impressionné par la rapidité des réponses sur ce forum. Je n'ai pas saisi tous les détails mais c'était suffisamment clair pour comprendre que selon la matière de la planète j'ai alors des densités qui peuvent varier. Cette densité entre dans le calcul de la gravité. Donc, si on peut imaginer toutes sortes de densité alors je peux me permettre d'imaginer toutes sortes de tailles de planète proposant des gravités en surface similaire.

Merci.

[ansset]

Cette densité entre dans le calcul de la gravité. Donc, si on peut imaginer toutes sortes de densité alors je peux me permettre d'imaginer toutes sortes de tailles de planète proposant des gravités en surface similaire.

oui et non.
par exemple saturne a une "gravité de surface" équivalente à la terre , mais c'est une géante gazeuse d'un rayon "seulement" 10 fois plus grand.
à l'inverse, imaginer une planète bien plus petite que la terre avec une gravité de surface équivalente supposerait qu'elle soit extrêmement dense ( bien plus que mercure ).

[Gilgamesh]

Donc, si on peut imaginer toutes sortes de densité alors je peux me permettre d'imaginer toutes sortes de tailles de planète proposant des gravités en surface similaire.

Alors mouais, y'a un large spectre mais c'est pas non plus n'importe quoi et ça serait dommage de ne pas faire ça proprement alors qu'on a plein de modèles disponibles qui ont été créés pour décrire les exoplanètes (à moins évidemment qu'il soit indispensable à votre intrigue d'avoir des valeurs farfelues, mais si vous venez sur le forum, j'imagine que c'est pour faire ça dans les règles de l'art).

On dispose aujourd'hui principalement de 2 méthodes pour détecter les exoplanètes : la méthode de transit qui nous donne le rayon, et la méthode de vitesse radiale qui nous donne sa masse. Quand on peut appliquer les deux sur la même planète, c'est le bingo et on va pouvoir situer la planète sur un diagramme masse-rayon comme ci-dessous.

Bon, j'ai pas pris le plus simple, plutôt le plus complet que j'ai trouvé. Tapez "exoplanet mass radius diagram" sur Google image et vous en aurez des palanqués de plus simples, si celui-ci vous fait couler les yeux hors des orbites.

En abscisse on a la masse planétaire mesurée en masse terrestre (1 M_ⴲ ~ 6.10²⁴ kg) et en ordonnée on a le rayon mesuré en rayon terrestre (1 R_ⴲ ~ 6400 km).

On fait tourner des modèles avec des ingrédients qui correspondent aux matériaux disponibles dans les nébuleuses protoplanétaires :

- hydrogène H₂ (+ hélium je suppose) qui forme l'essentiel de la masse des géantes gazeuses
- eau (H₂O) qui forme l'essentiel de la masse des planète glacées / planètes océans
- roche (silicates) et métaux (Fe) qui forment l'essentiel de la masse des planètes telluriques

En entassant diverses couches de matériaux pour former des planètes de masses croissantes, on va obtenir des rayons qui croissent selon les différentes courbes colorés en fonction de la composition choisie et qui croisent les lignes de densité (indiquées par les lignes en pointillés grisés, en gramme/cm3).

Et là dessus pour les géantes gazeuses (composition : H₂) on rajoute la température de surface en Kelvin estimée à partir du flux de chaleur provenant de l'étoile exprimé en flux terrestre (1 F_ⴲ = 1400 W/m²), important notamment pour celles qui orbitent très près de leur étoiles (=Jupiters chaud) : le flux stellaire porte le manteau gazeux de l'étoile à des milliers de degrés ce qui provoque une forte expansion des couches supérieures et abaisse la densité moyenne.

edit : ah non, ici pas de Jupiter chaud, plutôt des Neptune chaud avec une atmosphère d'hydrogène (+2% H₂)

L'histogramme jaune à gauche donne la répartition des découverte
Les deux courbes en bas donnent la répartition des masses en distinguant 2 catégories de rayons.

source : https://www.cfa.harvard.edu/~lzeng/planetmodels.html

[Tawahi-Kiwi]

Donc, si on peut imaginer toutes sortes de densité alors je peux me permettre d'imaginer toutes sortes de tailles de planète proposant des gravités en surface similaire.

Dans les petites tailles, Mercure n'est pas un extreme, mais la grosse boule de fer-nickel l'est (pour des raisons de presences naturelles). Pour maintenir une gravite de surface terrestre, on reste donc fort limite de ce cote la; Au pif comme ca, je dirais que ce serait environ 2/3 de la taille de la Terre.

La plus petite planete vraisemblable possible ayant une gravite de surface de ~10m/s² doit faire ~4000km de rayon.

Sympa le diagramme Gilga' comme d'hab

T-K

[Amanuensis]

Il me semble constater un biais contre les satellites. On ferait mieux de parler de corps célestes, plutôt que de planètes !

Biais qui d'ailleurs amplifie celui, massif, dû aux méthodes de détection des exo-corps-célestes-non-stellaires. C'est ce biais qui, j'imagine explique pourquoi la Terre et Vénus paraissent exceptionnelles dans le diagramme donné deux messages plus bas.