Mercure

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Mercure est la planète la plus proche du Soleil et la moins massive du Système solaire. Son éloignement du Soleil est compris entre 46 et 70 millions de kilomètres, ce qui correspond à une excentricité orbitale de 0,2 (plus de douze fois supérieure à celle de la Terre), et de loin la plus élevée pour une planète du Système solaire.

Elle est visible à l'œil nu depuis la Terre avec un diamètre apparent de 4,5 à 13 secondes d'arc, et une magnitude apparente de 5,7 à −2,3. Son observation est toutefois rendue difficile par son élongation toujours inférieure à 28,3° qui la noie le plus souvent dans l'éclat du soleil. En pratique, cette proximité avec le soleil implique qu'elle ne peut être vue que près de l'horizon occidental après le coucher du soleil ou près de l'horizon oriental avant le lever du soleil, en général au crépuscule.

Mercure a la particularité d'être en résonance spin-orbite 3:2, sa période de révolution (~88 jours) valant exactement 1,5 fois sa période de rotation (~59 jours), et donc la moitié d'un jour solaire (~176 jours). Ainsi, relativement aux étoiles fixes, elle tourne sur son axe exactement trois fois toutes les deux révolutions autour du Soleil.

Chiffres clés

Données orbitales :

• Distance par rapport au Soleil : 46 à 70 millions de km soit 0,31 à 0,47 UA
• Période orbitale : 187,95 jours
• Durée d’une journée : 58 jours 14 heures
• Vitesse orbitale : 59 à 38,9 km/s
• Excentricité orbitale : 0,2056
• Inclinaison orbitale : 7°
• Inclinaison axiale : 0,5°

Données physiques :

• Diamètre : 4 874 km, soit 38% de la la Terre
• Masse : 300 milliards de milliards de tonnes soit 6% de la Terre
• Volume : 160 900 millions de km³ soit 6% de la Terre
• Densité moyenne : 5,48 g/cm³
• Gravité : 37,8% de la Terre
• Température à la surface : 173° à 427° C
• Densité moyenne : 5.43 g/cm³

Composition atmosphérique :

• Hydrogène : 99%
• Hélium : 1%

Principales caractéristiques

Mercure est une planète tellurique

Elle est faite de roches, comme ses voisines Vénus, Mars et la Terre. Mais elle présente la particularité d’avoir un noyau surdéveloppé et d’être essentiellement composée de fer. Un gros cœur sous une couche de roc. Sa croûte rocheuse n’est pas très épaisse, une dizaine de km seulement. En dessous se trouve un manteau de roches semi-fondues composé principalement de fer, de soufre et de silicate, qui s’entend sur environ 600 km. C’est son cœur qui prend toute la place ! Ce noyau métallique, vraisemblablement liquide, occupe près des 2/3 de son volume (61% contre 17% pour le noyau terrestre). De ce fait, la petite planète est particulièrement dense.

Une orbite la plus excentrique du Système solaire

Mercure a l'excentricité orbitale la plus élevée des planètes du Système solaire, avec pour valeur environ 0,21. Cela implique que sa distance au Soleil varie de 46 à 70 millions de kilomètres au cours de sa révolution. Cette variation de distance par rapport au Soleil fait que la surface de Mercure est soumise à une force de marée exercée par le Soleil qui est environ 17 fois plus forte que celle de la Lune sur Terre. Combiné avec sa résonance de 3:2 de la rotation de la planète autour de son axe, cela entraîne également des variations complexes de la température de surface.

L'excentricité de l'orbite de Mercure varie de manière chaotique de 0 (orbite circulaire) à une valeur très importante de plus de 0,45 sur plusieurs millions d'années du fait de l'influence des autres planètes. En 1989, Jacques Laskar, du Bureau des longitudes, démontre que les planètes intérieures du Système solaire avaient toutes des courses chaotiques. Cependant, Mercure est celle dont le mouvement est le plus chaotique.

La révolution et la rotation de Mercure sont couplées

Mercure a l'excentricité orbitale la plus élevée des planète En 1968, la sonde Mariner 10 apporte la meilleure précision concernant la période de rotation à 58,646 ± 0,005 jours. Il se trouve que cette période est exactement égale aux 2/3 de la révolution de Mercure autour du Soleil ; c'est ce qu'on appelle une résonance spin-orbite 3:23. Mercure fait trois tours sur elle-même quand elle fait deux tours autour du Soleil.

En raison de sa résonance 3:2, bien qu'un jour sidéral (la période de rotation) dure environ 58,7 jours terrestres, le jour solaire (durée entre deux retours successifs du Soleil au méridien local) dure 176 jours terrestres, c'est-à-dire deux années mercuriennes. Cela implique qu'une journée et une nuit durent chacune exactement une année sur Mercure, soit 88 jours terrestres (presque un trimestre).

Des températures extrèmes

L'absence d'atmosphère combinée à la proximité du Soleil engendre des températures en surface allant de 90 K (−183 °C) au fond des cratères polaires (là où les rayons du Soleil ne parviennent jamais) jusqu'à 700 K (427 °C) au point subsolaire au périhélie.
Mercure est une planète très chaude. La température moyenne en surface est d'environ 44° Kelvins soit 167° Celcius. Bien que la température de la lumière du jour à la surface de Mercure soit généralement extrêmement élevée, des observations radar effectuées dans le début des années 1990 à partir du radiotélescope d'Arecibo et de l'antenne de Goldstone indiquent la présence de glace d'eau aux pôles Nord et Sud de Mercure.

Sa surface est remplie de cratères

Dépourvue de véritable atmosphère pouvant la protéger des météorites, sa surface est très fortement cratérisée et globalement similaire à la face cachée de la Lune, indiquant qu'elle est géologiquement inactive depuis des milliards d'années. La surface de Mercure ressemble à un désert truffé de cratères. Ces cicatrices sont les traces des nombreux impacts météoritiques subis durant sa formation. La planète est également sillonnée de plaines, vestiges d’anciennes coulées de lave survenues lors d’éruptions volcaniques ou provoquées par des chutes de météorites. Aujourd’hui, Mercure est considérée comme une planète morte, sans activité interne.

Le diamètre des cratères de Mercure varie de petites cavités en forme de bol à des bassins d'impact multi-annulaires de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre. Ils apparaissent dans tous les états de dégradation, des cratères rayonnés relativement frais aux restes de cratères très dégradés. Les cratères de Mercure diffèrent subtilement des cratères lunaires en ce que la zone couverte par leurs éjections est beaucoup plus petite, conséquence de la plus forte gravité de Mercure à sa surface.

La connaissance de la géologie de Mercure n'ayant été basée que sur le survol de la sonde Mariner 10 en 1975 et sur des observations terrestres, elle fut la moins bien connue des planètes telluriques jusqu'à 2011 et la mission MESSENGER.

Le plus grand cratère connu est le bassin Caloris

Avec un diamètre de 1 550 km (soit près du tiers du diamètre de la planète, et en comparaison, l'État du Texas mesure 1 244 kilomètres de large d'est en ouest), qui fut formé à la suite de la chute d'un astéroïde d'une taille avoisinant les 150 km, il y a près de 3,85 milliards d'années. Son nom (Caloris, « chaleur » en latin) vient du fait qu'il est situé sur l'un des deux « pôles chauds » de la surface de Mercure, pôles faisant directement face au Soleil lorsque la planète est au périhélie15. L'impact qui a créé le bassin Caloris a été si puissant qu'il a provoqué des éruptions de lave qui ont laissé un anneau concentrique de plus de 2 km de haut entourant le cratère d'impact. Il s'agit d'une grande dépression circulaire, avec des anneaux concentriques. Plus tard, de la lave a certainement coulé dans ce grand cratère, et en a lissé la surface.

"Cette mosaïque du bassin de Caloris est une composition en couleurs améliorées superposée sur une mosaïque monochrome. La mosaïque couleur est constituée d'images obtenues lorsque le vaisseau spatial et le Soleil étaient au-dessus, conditions optimales pour discerner les variations de luminosité. La mosaïque monochrome est constituée d'images obtenues à des angles hors de la verticale du Soleil (c'est-à-dire des angles d'incidence élevés) et avec des ombres visibles afin de révéler clairement la forme topographique des caractéristiques géologiques.

La combinaison des deux jeux de données permet de corréler les caractéristiques géologiques avec leurs propriétés de couleur. Dans certaines parties de la scène, des différences de couleur d'une image à l'autre sont apparentes.

Le bassin de Caloris a été inondé par des laves qui apparaissent en orange sur cette mosaïque. Les cratères post-inondation ont creusé des matériaux sous la surface. Le plus grand de ces cratères a exposé des matériaux à faible réflectivité (en bleu sur cette mosaïque) provenant de sous les laves de surface, ce qui donne probablement un aperçu du matériau du fond du bassin d'origine."

Un champ magnétique

Malgré sa petite taille et sa lente période de rotation de 59 jours, Mercure possède un champ magnétique notable. Révélé par les magnétomètres de Mariner 10, en mars 1974, il surprend les astronomes qui pensaient jusqu'à ce moment que Mercure était dépourvue de toute magnétosphère car sa vitesse de rotation lente diminue l'effet dynamo. De plus, il était supposé à l'époque que le noyau de la planète s'était déjà solidifié du fait de sa petite taille. Comme celui de la Terre, le champ magnétique de Mercure est dipolaire. Cependant, contrairement à la Terre, les pôles de Mercure sont alignés avec l'axe de rotation de la planète. Les mesures des sondes spatiales Mariner 10 et MESSENGER indiquent que l'intensité et la forme du champ magnétique sont stables.

Il est probable que ce champ magnétique soit généré par un effet de dynamo, d'une manière similaire au champ magnétique de la Terre. Cet effet de dynamo résulterait de la circulation du noyau externe liquide riche en fer de la planète. Des effets de marée particulièrement forts, causés par la forte excentricité orbitale de la planète, permettraient de maintenir le noyau à l'état liquide nécessaire à cet effet de dynamo.

Le champ magnétique de Mercure est suffisamment puissant pour dévier le vent solaire autour de la planète, créant ainsi une magnétosphère située entre deux arcs de choc (ou « bow shock »). La magnétosphère de la planète, bien qu'assez petite pour être contenue dans le volume de la Terre, est assez forte pour piéger le plasma du vent solaire.

le transit de Mercure

Un transit de Mercure se produit lorsque la planète se situe entre l'observateur et le Soleil. Elle est alors visible sous la forme d'un très petit point noir traversant le disque solaire. les transits de Mercure vus depuis la Terre ont lieu avec une fréquence relativement régulière à l'échelle astronomique d'environ 13 ou 14 par siècle, en raison de la proximité de la planète au Soleil.

Le premier transit de Mercure est observé le 7 novembre 1631 par Pierre Gassendi, bien que son existence ait été prévue par Johannes Kepler avant sa mort en 1630. En 1677, l'observation du transit de Mercure permet pour la première fois de mettre en avant le phénomène de la goutte noire, un effet de la diffraction des instruments optiques.

Le transit de Mercure a également permis de réaliser différentes mesures, dont celle de la taille de l'univers ou des variations à long terme du rayon du Soleil.

Les transits peuvent se produire en mai à des intervalles de 13 ou 33 ans, ou en novembre tous les 7, 13 ou 33 ans. Les quatre derniers transits de Mercure datent du 7 mai 2003, du 8 novembre 2006, du 9 mai 2016 et du 11 novembre 2019 ; les quatre prochains auront lieu le 13 novembre 2032, le 7 novembre 2039, le 7 mai 2049 et le 9 novembre 2052.

L'exploration spatiale

Les difficultés à surmonter

• Mercure est beaucoup plus près du Soleil que la Terre. Cela implique qu'une sonde se rendant sur la planète doit dépenser plus d'énergie que pour se rendre sur Pluton.


• Mercure possède une vitesse orbitale de 48 km/s, alors que la vitesse orbitale de la Terre est de 30 km/s. Par conséquent, l'engin spatial doit effectuer un grand changement de vitesse pour entrer dans une orbite de transfer vers Mercure.


• Il est nécessaire de se placer dans le plan orbital de Mercure, qui est incliné de 7° par rapport à l'écliptique, ce qui nécessite aussi de l'énergie


• Du fait de l'atmosphère négligeable de Mercure, un véhicule spatial dépend entièrement de ses moteurs à réaction, l'aérofreinage étant exclu. Pour ces raisons, une mission impliquant un atterrissage sur Mercure est très difficile, raison pour laquelle cela n'a encore jamais été fait.


• La proximité de Mercure avec le Soleil implique qu'une sonde orbitant autour de la planète reçoit environ dix fois plus d’énergie du Soleil que lorsqu'elle se situe sur une orbite terrestre et le sol de Mercure sur sa face éclairée réfléchit une grande partie de la chaleur qu’il reçoit du Soleil, accroissant les contraintes thermiques subies par un engin à basse altitude (les températures pouvant dépasser 400 °C à la surface de la sonde).

Ces difficultés impliquent qu'un voyage vers Mercure nécessite plus de carburant que ce qui est nécessaire pour s'échapper complètement du Système solaire. Par conséquent, son exploration a été plus tardive que des planètes telles que Vénus ou Mars et seules deux sondes spatiales l'ont visité avant l'arrivée de BepiColombo prévue pour 2025.

Mariner 10

Mariner 10 est la première sonde à étudier Mercure de près. Développée par la NASA, et lancée le 3 novembre 1973, elle survole la planète à trois reprises, en mars et septembre 1974 et en mars 1975. À l'origine, elle est destinée à survoler et étudier Vénus.Mariner 10 est ainsi la première sonde à avoir utilisé l'assistance gravitationnelle d'une planète — Vénus — pour en atteindre une autre. La mission Mariner 10 a permit :

• La découverte d’un champ magnétique significatif et de la forte densité de la planète, révélatrice d’un noyau ferreux de grande taille.
• Les 2 000 photos prises par Mariner 10 permettent de cartographier près de 45 % de la surface de la planète (les régions à l'ombre étaient donc impossibles à cartographier..
• De découvrir la présence d'une très mince atmosphère, ainsi qu'une magnétosphère. Cette dernière fut une surprise pour les astronomes.
• D'obtenir des précisions sur la vitesse de rotation de Mercure.

Le 24 mars 1975, lorsque la sonde se trouva à court de carburant, son orbite ne pouvant plus être contrôlée avec précision, les contrôleurs de mission ordonnent à la sonde de s'éteindre. Mariner 10 serait ainsi toujours en orbite autour du Soleil.

MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging)

• L’objectif de la mission est d’effectuer une cartographie complète de la planète, d’étudier la composition chimique de sa surface et de son exosphère, son histoire géologique, sa magnétosphère, la taille et les caractéristiques de son noyau ainsi que l’origine de son champ magnétique.


• Elle est lancée le 3 août 2004 de Cap Canaveral, à bord d'un lanceur Delta II.


• Il faut environ six ans et demi à la sonde avant qu'elle n'entre en orbite autour de Mercure. Pour y parvenir, elle effectue durant son transit six survols rapprochés des planètes intérieures (la Terre en février 2005, Vénus à deux reprises en octobre 2006 et 2007 et Mercure à trois reprises, en janvier et octobre 2008 et en septembre 2009).


• Lors de ces survols MESSENGER cartographie plus de 95 % de la surface de Mercure.


• Après avoir épuisé les ergols utilisés pour maintenir son orbite, MESSENGER s'écrase sur le sol de Mercure le 30 avril 2015.

BepiColombo

À partir des années 2000, l'Agence spatiale européenne planifie en collaboration avec l'Agence spatiale japonaise une mission baptisée BepiColombo280. Celle-ci prévoit de placer deux sondes en orbite autour de Mercure :

• l'une pour l'étude de l'intérieur et de la surface de la planète (Mercury Planetary Orbiter), développé par l'ESA.


• L'autre pour étudier sa magnétosphère (Mercury Magnetospheric Orbiter), développé par la JAXA.


• Elles devraient rejoindre Mercure environ huit ans plus tard, fin 2025, en utilisant, comme les sondes précédentes, l'assistance gravitationnelle.

Le programme BepiColombo a pour objectif de répondre à des questions au sujet de :

• De la magnétosphère et de la nature du noyau de Mercure (liquide ou solide).


• La possible présence de glace au fond des cratères constamment à l'ombre,


• De la formation du Système solaire et de l'évolution en général d'une planète au voisinage de son étoile.


• Des mesures très précises du mouvement de Mercure vont également être effectuées, afin de vérifier la théorie de la relativité générale, explication actuelle de la précession du périhélie observée dans son orbite.

Observation

La magnitude apparente de Mercure peut varier entre -2,48 (alors plus lumineuse que Sirius) lors de sa conjonction supérieure et +7,25 (dépassant alors la limite de visibilité à l’œil nu située à +6 et la rendant donc invisible) autour de la conjonction inférieure. La magnitude apparente moyenne est de 0,23 avec un écart-type de 1,78, c'est-à-dire le plus grand de toutes les planètes, du fait de la forte excentricité orbitale de la planète. La magnitude apparente moyenne à la conjonction supérieure est de -1,89 alors que celle à la conjonction inférieure est de +5,93. L'observation de Mercure est compliquée du fait de sa proximité avec le soleil dans le ciel, car elle est alors perdue dans l'éblouissement de l'étoile. Mercure ne peut être observée que pendant une courte période de temps au moment de l'aube ou du crépuscule.

L'apparition la plus brillante (pleine phase) de Mercure est en réalité incompatible avec l'observation pratique, en raison de son extrême proximité de la planète avec le soleil à ce moment. Le meilleur moment pour observer Mercure est ainsi pendant son premier ou dernier quart, bien qu'il s'agisse de phases de moindre luminosité. Les premier et dernier quarts de phase se produisent lors de l'élongation la plus importante à l'est (vers septembre/octobre), et à l'ouest (vers mars/avril) du soleil, respectivement. À ces deux moments, la séparation de Mercure du soleil varie entre 17,9° au périhélie et 27,8° à l'aphélie. À son élongation maximale à l'ouest, Mercure se lève avant le lever du soleil, et à son élongation maximale à l'est, elle se couche après le coucher du soleil, la rendant plus facilement observable.

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