Sciences planétaires - Planetary science

Photographie de l'unité orbitale Apollo 15 des rainures à proximité du cratère Aristarque sur la Lune .

La science planétaire ou, plus rarement, la planétologie , est l'étude scientifique des planètes (dont la Terre ), des lunes , et des systèmes planétaires (en particulier ceux du système solaire ) et des processus qui les forment. Il étudie des objets dont la taille va des micrométéoroïdes aux géantes gazeuses , dans le but de déterminer leur composition, leur dynamique, leur formation, leurs interrelations et leur histoire. C'est un domaine fortement interdisciplinaire , issu à l'origine de l' astronomie et des sciences de la Terre , mais qui intègre désormais de nombreuses disciplines, notamment la géologie planétaire (avec la géochimie et la géophysique ), la cosmochimie , les sciences de l'atmosphère , l' océanographie , l' hydrologie , la science planétaire théorique , la glaciologie et l' exoplanétologie. . Les disciplines connexes comprennent la physique spatiale , lorsqu'elle est concernée par les effets du Soleil sur les corps du système solaire, et l' astrobiologie .

Il existe des branches observationnelles et théoriques interdépendantes de la science planétaire. La recherche observationnelle peut impliquer une combinaison d' exploration spatiale , principalement avec des missions d' engins spatiaux robotiques utilisant la télédétection , et des travaux expérimentaux comparatifs dans des laboratoires basés sur Terre. La composante théorique implique une simulation informatique et une modélisation mathématique considérables.

Les scientifiques planétaires sont généralement situés dans les départements d'astronomie et de physique ou de sciences de la Terre des universités ou des centres de recherche, bien qu'il existe plusieurs instituts de sciences purement planétaires dans le monde. Il y a plusieurs grandes conférences chaque année et un large éventail de revues à comité de lecture . Certains planétologues travaillent dans des centres de recherche privés et initient souvent des travaux de recherche en partenariat.

Histoire

On peut dire que l'histoire de la science planétaire a commencé avec le philosophe grec Démocrite , qui est rapporté par Hippolyte comme disant

Les mondes ordonnés sont illimités et diffèrent en taille, et que dans certains il n'y a ni soleil ni lune, mais que dans d'autres, les deux sont plus grands que chez nous, et cependant avec d'autres plus nombreux. Et que les intervalles entre les mondes ordonnés sont inégaux, ici plus et là moins, et que certains s'accroissent, d'autres fleurissent et d'autres se dégradent, et ici ils naissent et là ils s'éclipsent. Mais qu'ils se détruisent en se heurtant les uns aux autres. Et que certains mondes ordonnés sont dépourvus d'animaux, de plantes et de toute eau.

Dans les temps plus modernes, la science planétaire a commencé en astronomie, à partir d'études des planètes non résolues. En ce sens, l'astronome planétaire originel serait Galilée , qui découvrit les quatre plus grandes lunes de Jupiter , les montagnes sur la Lune , et observa d'abord les anneaux de Saturne , tous objets d'une étude ultérieure intense. L'étude de Galilée des montagnes lunaires en 1609 a également commencé l'étude des paysages extraterrestres : son observation « que la Lune ne possède certainement pas une surface lisse et polie » a suggéré qu'elle et d'autres mondes pourraient apparaître « comme la face de la Terre elle-même ». .

Les progrès dans la construction des télescopes et la résolution instrumentale ont progressivement permis une identification accrue des détails atmosphériques et de surface des planètes. La Lune a d'abord été la plus étudiée, car elle présentait toujours des détails à sa surface, en raison de sa proximité avec la Terre, et les améliorations technologiques ont progressivement produit des connaissances géologiques lunaires plus détaillées. Dans ce processus scientifique, les principaux instruments étaient les télescopes optiques astronomiques (et plus tard les radiotélescopes ) et enfin les engins spatiaux d' exploration robotique .

Le système solaire a maintenant été relativement bien étudié, et une bonne compréhension globale de la formation et de l'évolution de ce système planétaire existe. Cependant, il existe un grand nombre de questions non résolues et le taux de nouvelles découvertes est très élevé, en partie à cause du grand nombre de vaisseaux spatiaux interplanétaires explorant actuellement le système solaire.

Disciplines

La science planétaire étudie l'astronomie observationnelle et théorique, la géologie (exogéologie), la science atmosphérique et une sous-spécialité émergente dans les océans planétaires .

Astronomie planétaire

C'est à la fois une science observationnelle et une science théorique. Les chercheurs en observation s'intéressent principalement à l'étude des petits corps du système solaire : ceux qui sont observés par les télescopes, à la fois optiques et radio, de sorte que les caractéristiques de ces corps telles que la forme, le spin, les matériaux de surface et l'altération sont déterminées, et la l'histoire de leur formation et de leur évolution peut être comprise.

L'astronomie planétaire théorique s'intéresse à la dynamique : l'application des principes de la mécanique céleste au système solaire et aux systèmes planétaires extrasolaires . Chaque planète a sa propre branche.

Planète : Objet : Nommé d'après (NB : ces termes sont rarement utilisés)

Géologie planétaire

Article détaillé : Géologie planétaire
Voir aussi : Géologie des planètes terrestres solaires et Lune glacée

Les thèmes de recherche les plus connus de la géologie planétaire portent sur les corps planétaires au plus proche voisinage de la Terre : la Lune , et les deux planètes voisines : Vénus et Mars . Parmi ceux-ci, la Lune a été étudiée en premier, en utilisant des méthodes développées plus tôt sur la Terre.

Géomorphologie

Article détaillé : Géomorphologie

La géomorphologie étudie les caractéristiques des surfaces planétaires et reconstruit l'histoire de leur formation, en déduisant les processus physiques qui ont agi à la surface. La géomorphologie planétaire comprend l'étude de plusieurs classes de caractéristiques de surface :

  • Caractéristiques d'impact ( bassins multi-annelés , cratères)
  • Caractéristiques volcaniques et tectoniques (coulées de lave, fissures, rainures )
  • Caractéristiques glaciaires
  • Caractéristiques éoliennes
  • Altération de l'espace - effets d'érosion générés par l'environnement hostile de l'espace (bombardement continu de micro météorites, pluie de particules à haute énergie, jardinage à impact ). Par exemple, la fine couche de poussière à la surface du régolithe lunaire est le résultat d'un bombardement de micro météorites.
  • Caractéristiques hydrologiques : le liquide impliqué peut aller de l'eau aux hydrocarbures et à l' ammoniac , selon l'emplacement dans le système solaire. Cette catégorie comprend l'étude des caractéristiques paléohydrologiques (paléocanaux, paléolacs).

L'histoire d'une surface planétaire peut être déchiffrée en cartographiant les caractéristiques de haut en bas selon leur séquence de dépôt , telle que déterminée pour la première fois sur les strates terrestres par Nicolas Steno . Par exemple, la cartographie stratigraphique a préparé les astronautes d' Apollo à la géologie de terrain qu'ils rencontreraient lors de leurs missions lunaires. Des séquences superposées ont été identifiées sur des images prises par le programme Lunar Orbiter , et celles-ci ont été utilisées pour préparer une colonne stratigraphique lunaire et une carte géologique de la Lune.

Informations complémentaires : Géologie de la Lune

Cosmochimie, géochimie et pétrologie

Articles détaillés : Cosmochimie , Géochimie et Pétrologie

L'un des principaux problèmes lors de la génération d'hypothèses sur la formation et l'évolution des objets dans le système solaire est le manque d'échantillons pouvant être analysés en laboratoire, où une large gamme d'outils est disponible et l'ensemble des connaissances dérivées de la géologie terrestre. peut être mis à contribution. Des échantillons directs de la Lune, des astéroïdes et de Mars sont présents sur Terre, retirés de leurs corps parents et livrés sous forme de météorites . Certaines d'entre elles ont été contaminées par l' effet oxydant de l'atmosphère terrestre et l'infiltration de la biosphère , mais ces météorites collectées au cours des dernières décennies en Antarctique sont presque entièrement vierges.

Les différents types de météorites qui proviennent de la ceinture d'astéroïdes couvrent presque toutes les parties de la structure des corps différenciés : il existe même des météorites qui proviennent de la limite noyau-manteau ( pallasites ). La combinaison de la géochimie et de l'astronomie d'observation a également permis de retracer les météorites HED jusqu'à un astéroïde spécifique de la ceinture principale, 4 Vesta .

Les météorites martiennes relativement peu connues ont fourni un aperçu de la composition géochimique de la croûte martienne, bien que le manque inévitable d'informations sur leurs points d'origine sur la surface martienne diversifiée ait signifié qu'elles ne fournissent pas de contraintes plus détaillées sur les théories de l'évolution de la lithosphère martienne . Au 24 juillet 2013, 65 échantillons de météorites martiennes avaient été découverts sur Terre. Beaucoup ont été trouvés en Antarctique ou dans le désert du Sahara.

Pendant l'ère Apollo, dans le programme Apollo , 384 kilogrammes d' échantillons lunaires ont été collectés et transportés sur Terre, et 3 robots soviétiques Luna ont également livré des échantillons de régolithe de la Lune. Ces échantillons fournissent l'enregistrement le plus complet de la composition de tout corps du système solaire à côté de la Terre. Le nombre de météorites lunaires a augmenté rapidement au cours des dernières années - en avril 2008, 54 météorites ont été officiellement classées comme lunaires. Onze d'entre elles proviennent de la collection de météorites antarctiques américaines, 6 de la collection de météorites antarctiques japonaises et les 37 autres proviennent de localités désertiques chaudes d'Afrique, d'Australie et du Moyen-Orient. La masse totale des météorites lunaires reconnues est proche de 50 kg.

Géophysique

Articles principaux: Géophysique et physique de l'espace

Les sondes spatiales ont permis de collecter des données non seulement dans la région de la lumière visible, mais dans d'autres domaines du spectre électromagnétique. Les planètes peuvent être caractérisées par leurs champs de force : la gravité et leurs champs magnétiques, qui sont étudiés par la géophysique et la physique spatiale.

La mesure des changements d'accélération subis par les engins spatiaux en orbite a permis de cartographier les détails fins des champs de gravité des planètes. Par exemple, dans les années 1970, les perturbations du champ de gravité au-dessus des mers lunaires ont été mesurées par des orbiteurs lunaires, ce qui a conduit à la découverte de concentrations de masse, mascons , sous les bassins d'Imbrium, Serenitatis, Crisium, Nectaris et Humorum.

Le vent solaire est dévié par la magnétosphère (pas à l'échelle)

Si le champ magnétique d' une planète est suffisamment fort, son interaction avec le vent solaire forme une magnétosphère autour d'une planète. Les premières sondes spatiales ont découvert les dimensions brutes du champ magnétique terrestre, qui s'étend sur environ 10 rayons terrestres vers le Soleil. Le vent solaire , un flux de particules chargées, sort et entoure le champ magnétique terrestre, et continue derrière la queue magnétique, des centaines de rayons terrestres en aval. À l'intérieur de la magnétosphère, il existe des régions relativement denses de particules de vent solaire, les ceintures de radiation de Van Allen .

La géophysique comprend la sismologie et la tectonophysique , la dynamique des fluides géophysiques , la physique minérale , la géodynamique , la géophysique mathématique et les levés géophysiques .

La géodésie planétaire (également connue sous le nom de géodésie planétaire) traite de la mesure et de la représentation des planètes du système solaire, de leurs champs gravitationnels et des phénomènes géodynamiques ( mouvement polaire dans un espace tridimensionnel variant dans le temps. La science de la géodésie comporte des éléments de à la fois l'astrophysique et les sciences planétaires. La forme de la Terre est en grande partie le résultat de sa rotation, qui provoque son renflement équatorial, et de la compétition de processus géologiques tels que la collision des plaques et du volcanisme , auxquels résiste le champ de gravité terrestre. Ces principes peuvent être appliqués à la surface solide de la Terre ( orogenèse ; peu de montagnes ont une hauteur supérieure à 10 km (6 mi), peu de tranchées marines profondes plus profondes que cela car tout simplement, une montagne aussi haute que, par exemple, 15 km ( 9 mi), développerait tellement de pression à sa base, en raison de la gravité, que la roche y deviendrait plastique , et la montagne s'effondrerait à une hauteur d'environ 10 km (6 mi) dans une zone géologiquement insignifiante. temps. Certains ou tous ces principes géologiques peuvent être appliqués à d'autres planètes en plus de la Terre. Par exemple, sur Mars, dont la gravité à la surface est bien moindre, le plus grand volcan, Olympus Mons , a une hauteur de 27 km (17 mi) à son apogée, une hauteur qui n'a pas pu être maintenue sur Terre. Le géoïde terrestre est essentiellement la figure de la Terre abstraite de ses caractéristiques topographiques. Par conséquent, le géoïde de Mars ( aréoïde est essentiellement la figure de Mars abstraite de ses caractéristiques topographiques. L'arpentage et la cartographie sont deux domaines d'application importants de la géodésie.

Sciences de l'atmosphère

Articles principaux: Science de l'atmosphère et modèle climatique mondial
Bandes nuageuses bien visibles sur Jupiter .

L' atmosphère est une zone de transition importante entre la surface planétaire solide et les ceintures ionisantes et radiatives plus raréfiées . Toutes les planètes n'ont pas d'atmosphères : leur existence dépend de la masse de la planète et de la distance de la planète au Soleil – des atmosphères trop lointaines et gelées se produisent. Outre les quatre planètes géantes gazeuses, presque toutes les planètes telluriques ( Terre , Vénus et Mars ) ont des atmosphères importantes. Deux lunes ont des atmosphères importantes: Saturne est la lune Titan et Neptune 's lune Triton . Une atmosphère ténue existe autour de Mercure .

Les effets de la vitesse de rotation d'une planète autour de son axe peuvent être observés dans les courants et courants atmosphériques. Vues de l'espace, ces caractéristiques apparaissent sous forme de bandes et de tourbillons dans le système nuageux et sont particulièrement visibles sur Jupiter et Saturne.

Exoplanétologie

Article détaillé : Exoplanétologie

L' exoplanétologie étudie les exoplanètes , les planètes existant en dehors de notre système solaire . Jusqu'à récemment, les moyens d'étudier les exoplanètes étaient extrêmement limités, mais avec le rythme actuel d'innovation dans les technologies de recherche , l'exoplanétologie est devenue un sous-domaine de l'astronomie en développement rapide .

Planétologie comparée

Article détaillé : Science planétaire comparée

La science planétaire utilise fréquemment la méthode de comparaison pour donner une meilleure compréhension de l'objet d'étude. Il peut s'agir de comparer les atmosphères denses de la Terre et de la lune Titan de Saturne , l'évolution des objets extérieurs du système solaire à différentes distances du Soleil, ou la géomorphologie des surfaces des planètes telluriques, pour ne donner que quelques exemples.

La principale comparaison qui peut être faite concerne les caractéristiques de la Terre, car elle est beaucoup plus accessible et permet d'effectuer une gamme de mesures beaucoup plus large. Les études analogues à la Terre sont particulièrement courantes en géologie planétaire, en géomorphologie et aussi en science atmosphérique.

L'utilisation d'analogues terrestres a été décrite pour la première fois par Gilbert (1886).

Activité professionnelle

Journaux

Corps professionnels

Grandes conférences

De plus petits ateliers et conférences sur des domaines particuliers ont lieu dans le monde entier tout au long de l'année.

Grandes institutions

Cette liste non exhaustive comprend les institutions et universités avec des groupes importants de personnes travaillant dans les sciences planétaires. L'ordre alphabétique est utilisé.

Agences spatiales nationales

Autres établissements


Concepts de base

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Carr, Michael H., Saunders, RS, Strom, RG, Wilhelms, DE 1984. La géologie des planètes terrestres . Nasa.
  • Morrison, David. 1994. Exploration des mondes planétaires . WH Freeman. ISBN  0-7167-5043-0
  • Hargitai H et al. (2015) Classification et caractérisation des reliefs planétaires. Dans : Hargitai H (ed) Encyclopédie des reliefs planétaires. Springer. doi : 10.1007/978-1-4614-3134-3 https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4614-3134-3%2F1.pdf
  • Hauber E et al. (2019) Cartographie géologique planétaire. Dans : Hargitai H (ed) Cartographie planétaire et SIG. Springer.
  • Page D (2015) La géologie des reliefs planétaires . Dans : Hargitai H (ed) Encyclopédie des reliefs planétaires. Springer.
  • Rossi, AP, van Gasselt S (éds) (2018) Géologie planétaire. Springer

Liens externes