Planète Tellurique

Mercure, Vénus, la Terre et Mars sont des planètes "telluriques" ("similaires à la Terre") du Système Solaire. Leurs points communs : posséder, en leur centre, un noyau métallique entouré d'un manteau puis d'une croûte, tous deux solides et constitués de "rocheuses". Ce sont par ailleurs les planètes les plus proches du Soleil et ce n'est pas dû au hazard...

Etymologiquement, tellurique signifie "similaire à la Terre". Et il est vrai que les planètes Mercure, Vénus et Mars présentent des points communss avec leur soeur la Terre : leur structure interne est similaire, et elles sont constituées des mêmes matériaux, des roches principalement. D'où leur autre appelation de "planètes rocheuses".

Rocheuses ou gazeuses

Grâce notamment à l'étude de la Terre, les scientifiques comprennent de mieux en mieux leur structure : elles possèdent, en leur centre, un noyau métallique, entouré d'une épaisse enveloppe rocheuse, le manteau. Une fine couche de surface (la croûte, solide et rocheuse) entoure le tout. De la nature même des planètes telluriques découle leur physionomie : leur croûte est accidentée, presentant des failles, des vallées, des montagnes, parfois des volcans (conséquences des phénomènes qui sont à l'oeuvre dans le manteau.
Rocheuses, assez petites, ces quiatres planètes telluriques sont aussi les plus proches du Soleil.
Elles n'ont rien à voir avec les quatres planètes suivantes dans l'ordre de distance au Soleil, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, qui sont géantes et "gazeuses". En d'autres termes, elles nepossèdent pas de croûte solide : un objet posé à leur surface s'y enfoncerait donc inexorablement. Pluton, la dernière des planètes, quant à elle, n'est ni tellurique ni gazeuse.
Cette curieuse répartition est-elle le fruit du hazard ? Pas du tout. Elle remonte à l'époque où s'est formé le Système Solaire, et plus exactement au moment où le bébé Soleil a commencé à briller. Ce faisant, il a émis d'intenses flux de rayonnements et de particules. Dans le disque qui l'entourait, et où les planètes étaient en train de naître, ce flux a repoussé au loin les composés chimiques les plus fragiles (les glaces et les gaz). Dans la région proche du Soleil, seuls les composés les plus "résistants" (les roches et les métaux) sont restés, donnant naissance aux objets du type de la Terre.

Une petite question à propos des planètes telluriques (et des planètes chtoniennes) : est-ce que certaines pourraient approcher ou dépasser le diamètre d'une gazeuse comme Jupiter ?

Les planètes gazeuses ne se sont pas formées telles quelles : elles consistaient au tout début en des objets telluriques, dans le sens où elles étaient solides. Leur croissance rapide les a amené à dépasser une masse critique (une douzaine de masses terrestres environ) à partir de laquelle ces noyaux telluriques se sont entourés d'une épaisse atmosphère.

Une planète rocheuse une dizaine de fois plus grosse que la Terre sera nécessairement assez massive pour avoir capté, lors de sa formation, une masse de gaz suffisante pour faire d'elle une planète gazeuse. Une planète peut toutefois se former dans un endroit pauvre en gaz, c'est-à-dire à proximité de l'étoile, mais dès ce moment elle ne pourra pas devenir très massive. Au bout du compte, dès qu'il y a assez de matière disponible pour constituer une planète rocheuse massive, il y aura du même coup assez de gaz pour faire de cet objet une planète gazeuse.

Pour terminer, peu d'objets peuvent dépasser de beaucoup le diamètre de Jupiter, qu'ils soient rocheux, gazeux ou même quasi-stellaires. Prenons par exemple Jupiter et Saturne : le premier est trois fois plus massif que le second, pourtant il n'est qu'un peu plus grand. Il y a une raison physique : avec une masse de l'ordre de grandeur de celui de Jupiter, l'écrasement que subit l'objet sous son propre poids l'empêche de posséder un diamètre nettement plus grand que celui de Jupiter. Il apparaît une sorte de limite, bref, si on ajoutait de la matière à cette planète, le gaz ne ferait que se compacter, et la planète conserverait à peu près la même taille. Cela vaut aussi pour les naines brunes (objets dits "quasi-stellaires" plus haut), qui possèdent une taille directement comparable à celle de Jupiter, alors qu'elles peuvent posséder une masse plusieurs dizaines de fois supérieure. Elles seront naturellement plusieurs dizaines de fois plus denses.

Merci Naos pour ta réponse très complète, qui m'en a fait venir une autre...

Le rapport entre la masse et la taille des planètes gazeuses est donc très relatif. En est-il de même pour les planètes telluriques, ou peut-on définir à peu près leur masse en connaissant leur taille ?

On note la même chose, mais dans une moindre mesure, étant donné que les planètes rocheuses sont plus légères et que le matériau qui les constitue est moins compressible.

La Terre et Mars sont constitués des mêmes matériaux. Mars est deux fois plus petit que la Terre, donc huit fois moins volumineux. Cependant, il n'est pas huit fois, mais dix fois plus léger que la Terre, parce que son globe subit une moindre compression. Une autre manière de décrire ce phénomène consisterait à affirmer que dix masses martiennes peuvent tenir dans huit volumes martiens seulement ; pas besoin de dix, car la compression sous l'effet du poids propre de l'objet rétrécit l'objet final, qui possède alors les mensurations de la Terre.

Le noyau solide des planètes gazeuses atteint une douzaines de masses terrestres, pourtant le diamètre de ces noyaux n'est pas beaucoup plus élevé que celui de la Terre-même. La densité de ce matériau dépasse donc de plusieurs fois celle du globe terrestre. Mais ceci ne s'applique pas tout à fait aux seules planètes telluriques, car il ne faut pas oublier la pression exercée par la couche gazeuse.

Pour revenir où nous en étions, il est possible de relier approximativement masse et taille d'une planète tellurique. On part d'un matériau dont un mètre cube pèse en moyenne 3,5 tonnes. Dans le cas de la Lune, la compression est faible : au total un mètre cube de Lune pèse 3,33 tonnes. Dans le cas de Mars, la compaction est plus avancée : on frise les quatre tonnes. Dans le cas de Vénus, le rétrécissement se poursuit encore plus loin, vu que l'on dépasse maintenant les cinq tonnes. La Terre, en tant qu'objet solide le plus massif connu dans le Système Solaire, représente le cas extrême, avec 5,52 tonnes par mètre cube.

Mercure constitue un cas à part parmi les planètes telluriques : c'est la plus petite, mais sa densité avoisine celle de la Terre. C'est sans compter sur la structure interne d'une planète tellurique, qui se divise en deux composantes : un noyau métallique et une enveloppe rocheuse. Le noyau métallique, on s'en doute, s'avère plus dense que la roche de l'enveloppe. Chez Mars, Vénus et la Terre, on observe que le noyau et l'enveloppe se partagent équitablement le rayon de la planète : une moitié pour le noyau et l'autre pour l'enveloppe. Dans Mercure, le partage s'effectue selon la proportion trois quarts-un quart : le noyau métallique est donc anormalement gros, et Mercure rendu au final anormalement lourd.

La Lune, en réalité, constitue aussi un cas à part, mais inversé : elle n'a quasiment pas de noyau métallique. C'est pourquoi sa densité est inférieure à la densité typique d'une planète tellurique, étant donné que cette densité typique intègre une part de métal.

Rien n'empêche, sur un coin de table, de dessiner un graphique masse/taille ou densité/taille reprenant les cinq objets telluriques cités ici. Une ligne reliera facilement Mars, Vénus et la Terre, alors que Mercure et la Lune se situeront nettement au-dessus et en dessous, respectivement, ce cette courbe.

il faut savoir qu'a l'origine la lune etait une planète mais avec trop proche distance avec la terre (plus volumineux et dense). il y a eu un choc entre les deux et que c'est la terre qui a gagné meme si elle reste depend a la lune car on sait aujourd'hui que sans la lune. l'environnement de la terre serait différent ( temperature, marée, continent)

Cela ma paraît comique de comparer un choc entre embryons planétaires à une lutte d'où le plus massif sortirait vainqueur. Mais soit : ce n'est pas tout à fait le cas, puisque la Lune est toujours là, constituée à partir des débris laissés sur orbite terrestre après la collision. C'est au sein de la Terre qu'est passé le noyau métallique occupant le centre de l'ancêtre lunaire, soit écrit en passant.

Les marées auraient moindre amplitude, sans être absentes, car le Soleil soulève aussi des marées. Tout ce qui concerne la température et les continents répond de causes internes à la Terre ou solaires dans le cas du climat. La Lune interfère peu, pour ne pas dire pas du tout.

Merci beaucoup pour ces renseignements. A la suite de ça, j'ai une demande un peu plus personnelle si je puis me permettre, puisqu'elle concerne une création littéraire en cours.

Imaginons une planète tellurique fictive d'un diamètre double, voir triple à celui de la Terre. Peut-elle posséder une masse et une gravité à sa surface écquivalentes ? Cette différence de diamètre et de densité entraîne-t-elle d'autres conséquences ?

C'est exclu. Qu'une grosse planète présente à sa surface une même accélération de la pesanteur qu'une petite n'est possible que si la grosse planète est moins dense que la petite. Or, si nous restreignons nos réflexions aux planètes telluriques, cela n'est pas possible, puisque la densité augmente nécessairement avec la masse.

Je vais expliquer le mécanisme dans sa plus grande généralité, ce qui rendra un même schéma disponible pour toutes les cogitations de ce genre. Je considère les planètes comme sphériques, invariablement. Cela me semblait aller de soi pendant toute la rédaction de cette réponse, mais j'ajoute cette phrase après avoir écrit tout le reste, de manière à ce que soit établi dès le début de la lecture. Le poids provient de la force d'attraction gravitationnelle exercée par une planète sur un objet posé à sa surface. Cette attraction est directement proportionnelle à la masse de la planète et inversement proportionnelle au carré de la distance. Comme elle s'exerce de centre de gravité à centre de gravité, la distance dont il est question ici n'est autre que le rayon de la planète. Le tout revient à dire que la pesanteur est directement proportionnelle à la masse de la planète et inversement proportionnelle au carré de son rayon.

Avec une densité constante du matériau qui compose la planète, le volume et la masse de celle-ci sont strictement équivalents. En effet, si l'on multiplie le volume par un certain facteur, on multiplie la quantité de matière constituant la planète (sa masse) d'un facteur identique*. On sait que le volume est proportionnel au cube du rayon, donc la masse sera en première approximation également proportionnelle au cube du rayon.

On reprend la phrase qui clôt l'avant dernier paragraphe : "la pesanteur est directement proportionnelle à la masse de la planète et inversement proportionnelle au carré de son rayon". On sait maintenant que la masse est proportionnelle au cube du rayon. Il n'y a plus qu'à injecter cette donnée dans la phrase entre guillemets pour qu'elle devienne : "la pesanteur est proportionnelle au cube du rayon de la planète et inversement proportionnelle au carré du rayon". Comme on parle deux fois de rayon, on peut simplifier les deux ensemble. Une première proportionnalité au cube et une seconde proportionnalité à l'inverse du carré devient une seule et même proportionnalité au rayon tout court**.

Tout cela pour dire que si la taille d'une planète varie, la pesanteur à sa surface variera du même facteur...

...en première approximation seulement ! Et pour cause : les choses restent simples parce qu'on travaille avec une densité constante. Mais cinq objets telluriques du Système Solaire illustrent le contraire. Le volume a beau demeurer proportionnel au cube du rayon, la masse, si je me base sur les planètes Mars, Vénus et la Terre, est proportionnelle au rayon de la planète élevé à la puissance 3,33 (ou 10/3), et non 3 seulement. Avec une planète de diamètre double ou triple de celui de la Terre, sa masse vaudra dix ou une quarantaine masses terrestres, respectivement.

Si en doublant le rayon, la masse se trouve décuplée, une autre quantité sera décuplée en même temps : celle d'éléments radioactifs, qui en se désintégrant fournissent une part majoritaire de la chaleur interne d'une planète. C'est très logique : si une planète contient dix fois plus de matière, elle contiendra aussi dix fois plus de matière radioactive. La chaleur issue des désintégrations est évacuée par rayonnement, émanant de la surface vers l'espace environnant. Seulement, la surface d'une planète sphérique est proportionnelle au carré du rayon. En doublant ce rayon, une planète produira dix fois plus de chaleur, mais la surface rayonnante ne sera "que" quadruplée. Au bout du compte, une grosse planète conservera sa chaleur plus durablement, ce qui la rendra active à la fois plus intensément et plus durablement. Ici aussi, le Système Solaire offre une jolie progression :

1) La Lune : la croûte primitive constitue une majorité de la surface. Traces de volcanisme (hors mers lunaires) très limitées et anciennes, plus d'un milliard d'années.

2) Mercure : la croûte primitive subsiste en certains endroits, bien que la surface ait connu un renouvellement généralisé il y a assez longtemps. Le volcanisme se manifeste plus souvent, mais reste ancien.

3) Mars : quelques régions anciennes mais pas réellement primitives. Age moyen de la surface : deux milliards d'années. Volcanisme suffisant pour avoir modifié notoirement la surface planétaire à grande échelle. Pas de tectonique des plaques développée et épanchements volcaniques importants pas plus récents que quelques centaines de millions d'années.

4) Vénus : âge moyen de la surface d'un demi-milliard d'années, même les régions les plus anciennes ne dépassant apparemment pas le milliard d'années. En conséquence de quoi les cratères d'impact ne sont plus les accidents de relief les plus répandus à la surface : on en compte moins de mille sur Vénus. La tectonique des plaques a existé (on le sait depuis quelques jours seulement) mais ne semble pas subsister actuellement. Les volcans de Vénus sont plus que probablement toujours actifs, bien qu'il faille encore observer une éruption en direct pour en être certain.

5) La Terre : volcanisme et tectonique des plaques toujours en activité. Age moyen de la surface : 200 millions d'années au moins. Les échantillons affichant plus de trois milliards d'années existent mais sont rarissimes.

6) Une planète plus grosse que la Terre. Mettons la fameuse Gliese 581c, celle dont on a laissé croire à l'habitabilité potentielle. C'est sans compter sur son gabarit plutôt imposant pour une planète tellurique. Il est permis d'imaginer que sur une telle planète, le volcanisme est plus actif. Il y a donc plus de volcans et ils entrent en éruption plus souvent. La tectonique des plaques se caractérise par un niveau d'activité plus élevé aussi (et le volcanisme en dépend, donc c'est bien la tectonique des plaques qui prime sur le volcanisme), ce qui donne en fin de compte plus de plaques tectonique et un mouvement de ces plaques plus rapides.

Avec un volcanisme généreux, l'atmosphère a de quoi être fournie, puisqu'elle est dégazée du sous-sol lors des éruptions. Pour que les conditions y soient seyantes, il est nécessaire de trouver de l'eau liquide, et pourquoi pas une forme de vie, qui donne un coup de pouce intéressant pour piéger le dioxyde de carbone, gaz atmosphérique principal des planètes telluriques. Sans eau, la planète s'apparentera davantage à Vénus qu'à la Terre, et je suis persuadé que c'est le cas de Gliese 581c.

* : La densité D est égale à la masse divisée par le volume. Mathématiquement : D = M/V. Le volume est proportionnel au cube du rayon, donc on peut écrire : D ~ M/R³. En multipliant des deux côtés par R³, on obtient finalement DR³ ~ M. Comme D est constante en première approximation, il apparaît que M est proportionnel à R³, donc que la masse est proportionnelle au cube du rayon.

** : on raisonne mathématiquement aussi : on part d'une pesanteur P qui se trouve proportionnelle au rayon de deux manières : P ~ M et M ~ R³ (ci-dessus), donc P ~ R³. Ensuite, P ~ 1/R². On combine les deux pour établir P ~ R³/R², qui devient après simplification P ~ R. Ce n'est pas plus facile à comprendre ? Il y a un signe dans le langage mathématique pour exprimer une proportionnalité (qui ressemble à lettre alpha), mais j'ai utilisé le tilde (~) faute de mieux et de pouvoir utiliser le signe exact.

je vais plus sur une question de la création de vie sur terre. beaucoup de scientifiques disent que la vie sur terre est apparu grace a des chute de comète et autre objet celestre.
de plus des scientifiques pensent que grace a jupiter que tout ces objets tombaient sur les planètes telluriques. cependant, aujourd'hui jupiter a le roles contraire a celui qu'ils disent comme quand jupiter nous protège d'un groupe de comète, il y a pas tres longtemps.
dc je voudrais savoir ton avis sur le role de jupiter dans notre système solaire? et c'est ce que les jupiter des autre système ont eu le meme impact?

Citation :

cependant, aujourd'hui Jupiter a le rôle contraire à celui qu'ils disent, comme quand Jupiter nous protège d'un groupe de comètes, il y a pas très longtemps.

C'est une fantaisie. Jupiter reste l'objet qui oriente comètes et astéroïdes vers la Terre.

Citation :

des scientifiques pensent que c'est grâce a Jupiter que tous ces objets tombaient sur les planètes telluriques.

Ce sont ces scientifiques qui ont raison. L'idée d'une "protection" par Jupiter s'est pleinement diffusée au moment de la chute de la comète Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter, événement qui s'est reproduit avec une autre comète très récemment. Le raisonnement consiste à déduire que si la comète est tombée sur Jupiter, alors elle n'aurait pas pu tomber sur Terre. C'est sans compter sur deux faits vérifiés : Jupiter est à l'origine de la ceinture d'astéroïdes et peut en désorbiter certains de manière à ce qu'ils tombent sur Terre ; c'est encore Jupiter qui capture des comètes de telle sorte qu'elles restent en permanence près du Soleil (ces comètes viennent de loin, et elles repartiraient vers ce même loin si Jupiter n'était pas là pour les freiner), ce qui rend un impact avec la Terre d'autant plus probable.

Citation :

est-ce que les Jupiter des autres systèmes ont eu le même impact ?

On connaît des exemples d'exoplanètes analogues à Jupiter, dans le sens où elles maintiennent autour de l'étoile un anneau de débris, que ce soit à l'intérieur de leur orbite ou à l'extérieur (dans ce dernier cas, on devrait alors parler d'analogue à Neptune, avec la ceinture transneptunienne). Je peux citer Fomalhaut ou epsilon Eridani, de mémoire. A partir de là, il n'est pas interdit d'envisager que des structures comme le nuage de Oort se soient également constituées, que des comètes s'en décrochent pour tomber vers l'étoile, et qu'elles y soient capturées en étant "récupérées" par la planète massive. L'essentiel pour qu'un système exoplanétaire se comporte comme le Système Solaire réside dans une organisation générale identique : les planètes massives "loin" de leur étoile. Dès que ceci se trouve acquis, alors des formations comme la ceinture d'astéroïdes, la ceinture transneptunienne et le nuage de Oort peuvent voir le jour, avec tous les phénomènes qui s'y déroulent. Des phénomènes qui peuvent concerner des planètes proches de l'étoile, s'il y en a.

Tes réponses sont vraiment claires et complètes Naos, merci, et surtout bien dirigées c'est-à-dire répondant exactement aux informations demandées.

Une petite question, est-ce qu'une planète composée essentiellement de sillicate, et dotée d'un noyau très restreint est-elle plus légère ? Et est-ce qu'une planète non différenciée est-elle plus légère ? Enfin, les planètes chtoniennes sont-elles proportionnellement moins massives ?

Merci !

Citation :

Une petite question, est-ce qu'une planète composée essentiellement de sillicate, et dotée d'un noyau très restreint est-elle plus légère ?

Oui, mais pas beaucoup. Si la Terre était presque exclusivement composée de silicates, sa densité vaudrait environ 5, contre 5,52 pour la Terre véritable. La masse n'est réduite que de 10 %, ce qui revient à multiplier la pesanteur à la surface par un facteur 0,9. Il n'est pas impossible que l'on rencontre la même limite que pour les planètes gazeuses, c'est-à-dire une situation extrême où l'ajout de masse ne fait que se tasser la planète sur elle-même sans la faire grandir.

Citation :

Et est-ce qu'une planète non différenciée est-elle plus légère ?

Non ; différenciée ou non, une planète contient toujours la même quantité de matière. Au lieu d'avoir un matériau global homogène, on observe une séparation entre matériaux denses ramassés au centre et matériaux plus légers surnageant autour. Mais la pesanteur ne change nullement.

Citation :

Enfin, les planètes chtoniennes sont-elles proportionnellement moins massives ?

Je ne comprends pas cette question. Proportionnellement à quoi ?