Pourquoi Mercure N’Est Pas La Planète La Plus Chaude Du Système Solaire

Dans le grand schéma du Système solaire, la plus grande source d’énergie est de loin le Soleil. Alors que la radioactivité et la contraction gravitationnelle peuvent fournir une quantité importante d’énergie aux noyaux des planètes massives, la lumière et la chaleur émises par notre étoile parente sont extrêmement responsables de la température de surface d’une planète. Pour une excellente approximation, le Soleil maintient non seulement la Terre, mais toutes les planètes à une température bien supérieure à ce qu’elles seraient sans elle: quelques Kelvins seulement. (Sans source de chaleur externe, la plupart des températures planétaires s’équilibreraient à -270 ° C / -455 ° F.) Pendant la journée, les planètes absorbent l’énergie du Soleil, mais pendant le jour et la nuit, elles rayonnent de l’énergie dans l’espace. C’est pourquoi les températures se réchauffent pendant la journée et se refroidissent pendant la nuit, ce qui est à peu près vrai pour chaque planète qui a à la fois un côté jour et un côté nuit. Nous attendons également des saisons – des temps frais et des temps chauds – en fonction à la fois de l’ellipse de l’orbite d’une planète et de son inclinaison axiale.

Mais si les différents paramètres orbitaux d’une planète étaient les seules choses qui déterminaient la température, alors la planète la plus proche du Soleil serait inévitablement la plus chaude, et elles deviendraient toutes progressivement plus froides à mesure que nous nous éloignions de plus en plus. Peut-être qu’une géante gazeuse suffisamment grande pour générer une fraction significative de sa propre chaleur changerait cet ordre (si Jupiter et Neptune étaient échangés, cela pourrait être le cas), mais en général, nous nous attendrions à ce que la température d’une planète baisse proportionnellement à sa distance du Soleil. Nous pouvons vérifier cette attente en partant de la planète la plus intérieure et en nous dirigeant vers l’extérieur.

Le mercure est chaud. Si nous sommes quantitatifs, il fait extrêmement chaud! En tant que planète la plus proche du Soleil, elle complète une orbite en seulement 88 jours terrestres, atteignant une température maximale pendant la journée de 700 Kelvins (427 ° C / 800 ° F) à ses emplacements équatoriaux les plus chauds. Mercure tourne très lentement, de sorte que son côté nocturne passe une longue période consécutive dans l’obscurité, à l’abri du soleil; pendant ces périodes, il descend à seulement 100 Kelvins (-173 ° C / -280 ° F). Cette basse température est incroyablement froide et beaucoup plus froide que toutes les températures naturelles connues ici sur Terre. C’est l’histoire de la planète la plus proche du Soleil : Mercure.

Qu’en est-il de la prochaine sortie : Vénus ?

Vénus est environ deux fois plus éloignée du Soleil, en moyenne, que Mercure, ce qui prend environ 225 jours terrestres pour orbiter autour du Soleil. Il tourne également encore plus lentement que Mercure, passant plus de 100 jours Terrestres consécutifs à la fois baignés de soleil, puis un temps égal dans l’obscurité. Et pourtant, lorsque vous mesurez la température de Vénus, il y a une surprise: Vénus a la même température à tout moment, de jour comme de nuit, à une moyenne de 735 Kelvins (462 ° C / 863 ° F), ce qui la rend encore plus chaude que Mercure!

Cet étrange événement a fait plus que déconcerter les astronomes lorsqu’ils l’ont découvert pour la première fois ; il les a mortifiés ! Vénus n’était pas assez grande pour générer sa propre chaleur, et pourtant il faisait plus chaud à minuit vénusien qu’à midi mercurien. C’était une observation qui demandait une explication, et nous avons donc commencé à comparer les deux planètes les plus intimes.

En comparant ces deux mondes, il y a quatre différences très marquées:

1. Mercure est beaucoup plus petite que Vénus,
2. Mercure est environ deux fois plus proche du Soleil que Vénus,
3. Mercure est beaucoup moins réfléchissant que Vénus et
4. Mercure n’a pas d’atmosphère, tandis que Vénus a une atmosphère très épaisse.

En ce qui concerne l’absorption et le rayonnement de la chaleur, il s’avère que la taille n’a pas beaucoup d’importance. Les planètes absorbent la lumière solaire en fonction de leur surface de section transversale – proportionnelle à leur rayon au carré – et la rayonnent exactement dans la même proportion. Si Mercure était le double de sa taille ou si Vénus était la moitié de sa taille, ni l’un ni l’autre ne verrait sa température changer d’une quantité appréciable. Cette différence n’est absolument pas pertinente.

Le fait que Vénus soit presque deux fois plus éloignée du Soleil, cependant, compte beaucoup. Tout objet deux fois plus éloigné du Soleil ne reçoit qu’un quart de la quantité d’énergie solaire par unité de surface, ce qui signifie que Mercure devrait recevoir environ quatre fois plus d’énergie sur chaque partie de sa surface que Vénus. À mesure que la lumière du Soleil se propage dans l’espace, un monde plus lointain intercepte de moins en moins son énergie. C’est le grand avantage de Mercure, qui rencontre près de quatre fois le flux par mètre carré par rapport à Vénus. Et pourtant, Vénus est encore plus chaude, ce qui nous dit qu’il doit se passer autre chose d’important avec l’un des deux autres points.

La façon dont un objet est réfléchissant ou absorbant est connue sous le nom d’albédo, qui vient du mot latin albus, qui signifie blanc. Un objet avec un albédo (Albédo de liaison, pour les géophysiciens) de 0 est un absorbeur parfait, tandis qu’un objet avec un albédo de 1 est un réflecteur parfait. En réalité, tous les objets physiques ont un albédo compris entre 0 et 1. La Lune, par exemple, semble avoir un albédo assez élevé à nos yeux, avec une apparence blanche le jour et la nuit.

Ne laissez pas l’apparence blanche de la Lune vous tromper! L’albédo moyen de la Lune n’est que d’environ 0,12, ce qui signifie que seulement 12% de la lumière qui la frappe est réfléchie, tandis que les 88% restants sont absorbés. Plus l’albédo d’un objet est bas, mieux il absorbe la lumière, ce qui signifie que plus l’albédo est élevé, moins la lumière du soleil est réellement absorbée. Mercure s’avère similaire à la Lune à 0,119, tandis que l’albédo de Vénus est de loin le plus élevé de tous les corps planétaires du Système solaire à 0,90. Ainsi, non seulement Mercure reçoit quatre fois plus d’énergie par unité de surface, mais elle absorbe près de neuf fois plus de la lumière solaire qu’elle reçoit que Vénus!

Pourtant, si vous voyiez deux images en gros plan des récents transits de Mercure (le mois dernier) et de Vénus (en 2012), vous remarqueriez que le Soleil semble « se courber » autour de Vénus, alors qu’il n’y a pas un tel effet sur Mercure. Cela est dû à la quatrième et très importante différence entre les deux mondes: Mercure n’a pas d’atmosphère, tandis que Vénus en a une très épaisse.

Vous voyez, Mercure et Vénus n’absorbent pas seulement la lumière du Soleil; chaque planète réémet ensuite cette énergie sous forme de chaleur dans l’espace. Pour le Mercure sans air, toute cette chaleur retourne immédiatement dans l’espace. Mais sur Vénus, l’histoire est différente. Chaque quantum de rayonnement infrarouge – la chaleur ré-rayonnée – doit traverser cette atmosphère épaisse et épaisse, ce qui est difficile.

Non seulement Vénus possède une atmosphère plusieurs fois plus épaisse que celle de la Terre, chargée d’énormes quantités de gaz absorbant les infrarouges comme le dioxyde de carbone, mais elle est enveloppée de couches terriblement épaisses de nuages hautement réfléchissants. Cette brume d’acide sulfurique, qui s’étend sur plus de 20 km d’épaisseur, encercle la planète à des vitesses allant de 210 à 370 km / h, piégeant la grande majorité de la chaleur rayonnée et la transférant sur toute la planète. Les longues nuits ne permettent pas d’échapper à la chaleur, car les effets de piégeage et de thermalisation des couches nuageuses maintiennent la surface de Vénus à une température inhospitalière élevée, à tel point que si vous additionniez le temps opérationnel de chaque atterrisseur qui a jamais touché la surface de Vénus, cela ne représenterait même pas un demi-jour terrestre.

Mais dans les bonnes quantités, le piégeage de la chaleur atmosphérique peut être la meilleure chose qui arrive à un monde. Sans l’atmosphère terrestre, la température moyenne sur notre planète serait dérisoire de 255 Kelvins (-18 °C/ -1 °F), soit approximativement la température du continent antarctique. L’effet de couverture des nuages et des gaz atmosphériques soulève le climat de notre planète dans la zone tempérée où la vie telle que nous la connaissons a prospéré pendant si longtemps. Pourtant, au début de l’histoire du Système solaire, avec un Soleil plus frais et une atmosphère beaucoup plus mince, Vénus avait probablement une température similaire à celle de la Terre d’aujourd’hui. Il avait probablement le même potentiel de vie et de processus biologiques, mais une catastrophe en fuite a créé l’enfer permanent qui habite notre monde frère depuis des milliards d’années.

Alors que la Terre ne risque pas le même sort, Vénus est à la fois le monde le plus chaud de notre système solaire et un récit édifiant d’un effet de serre incontrôlable. Alors que nous arrivons à mieux comprendre les processus qui régissent le climat et la température de la Terre, il est de notre responsabilité de diriger notre planète dans la bonne direction. Le lien entre le Soleil, l’atmosphère et le destin de la planète est écrit partout dans chaque monde de notre Système solaire. C’est à l’humanité d’apprendre ces leçons et de décider de ce que nous faisons ensuite.