ESEP

La planétologie comparée

Severine Raimond — 2013-01-30T17:20:38Z

La divergence entre les atmosphères planétaires de Mars, de Vénus et de la Terre est typiquement un des sujets à résoudre pour comprendre la notion de l'évolution de l'habitabilité. En étudiant les planètes et les autres corps massifs du système solaire, et en particulier en essayant de décoder leurs différences et/ou leurs points communs fondamentaux, nous pouvons apprendre beaucoup au sujet de notre histoire et de notre futur possible.

Quelques grands corps tels que Mars ont conservé une trace de l'histoire du système solaire dans leurs cratères, dans la composition de leur atmosphère et dans les indications de modification de la surface.
D'un autre côté, Vénus révèle un exemple effrayant d'un avenir possible de la Terre, si l'effet de serre devenait important.
Les planètes géantes offrent un aperçu de la formation du système solaire, de sa stabilité et de son histoire, et sont donc importantes pour la compréhension complète de l'histoire de la Terre.

Les observations de Mars Express et de Venus Express ont permis récemment de s'intéresser à nouveau à la question de la planétologie comparée à partir de nouvelles mesures de composition atmosphérique.
Désormais, un modèle générique de planète tellurique est à prévoir dans la prochaine décennie. Il s'agira de modèles couplés d'intérieurs planétaires, d'atmosphères et de physique solaire.


Mars Express (à gauche) et Venus Express (à droite): Crédits : ESA

L'évolution des systèmes climatiques et l'habitabilité

Severine Raimond — 2013-01-30T17:00:11Z


La planète Vénus vue par la sonde Pioneer Venus Orbiter: Image en ultraviolet de Vénus réalisée en 1979. On remarque la structure nuageuse très dense et opaque, empêchant de voir la surface et responsable d'un effet de serre important.
Crédits : NASA

Le potentiel d'une planète pour développer et maintenir la vie dépend de trois facteurs primordiaux.
La planète doit avoir une source d'énergie fiable, de l'eau liquide (bien que cet élément soit encore débattu) et des conditions appropriées pour la formation de molécules organiques complexes.
Beaucoup de ces caractéristiques sont contraintes par l'atmosphère de la planète qui joue un rôle important en ajustant le bilan énergétique de la planète.

Tandis que la définition de la notion d'habitabilité dans le système solaire et son évolution à travers l'histoire a elle-même fortement évolué dans les dernières années, l'étude des atmosphères planétaires et des climats est une condition préalable à l'évaluation du potentiel pour l'habitabilité d'un objet donné.
Une composition détaillée de la structure atmosphérique de Mars et de Vénus est en cours.

L'étude de l'effet de serre et de la formation des nuages sur Vénus fournit d'importants indices sur les contraintes climatiques.
La modélisation des climats des planètes telluriques est maintenant établie avec assez de précision pour permettre des prédictions et la reconstruction de l'histoire récente de la planète (sur quelques millions d'années), par exemple les périodes de glaciation sur Mars.

L'extrapolation à la compréhension du climat terrestre sur le premier milliard d'années, avant l'apparition de la vie sur Terre, est toujours incertaine mais reste l'un des objectifs centraux.
Sur Mars, une des questions clé est de comprendre le passage du climat autrefois chaud et humide vers le climat actuel sec et froid.

La chimie prébiotique et l'origine de la vie

Severine Raimond — 2013-01-30T16:55:15Z


Titan, plus grand satellite de Saturne: La sonde Cassini révèle Titan comme une sphère faiblement lumineuse nimbée d'une brume atmosphérique.
Crédits : NASA/JPL/Space Science Institute

L'étude de l'origine de la vie est intrinsèquement liée à la détermination des conditions et des processus par lesquels les briques élémentaires de vie sont construites. Des molécules organiques élémentaires ont été détectées sur divers corps planétaires, météorites et comètes orbitant dans notre système solaire.

La chimie prébiotique comprend par le biais de réactions abiotiques – c'est-à-dire qui n'impliquent aucune réaction biologique – toutes les voies possibles menant des substances inorganiques à des substances organiques, des biomolécules ou d'autres biomolécules analogues.

Le schéma généralement admis d'une chimie prébiotique uniquement favorisée par la présence d'océans et d'étendues liquides est maintenant remis en question par de récentes observations et des expériences en laboratoire : les atmosphères planétaires pourraient proposer des conditions alternatives et tout aussi viables pour la formation de molécules organiques complexes.

L'origine du système solaire

Severine Raimond — 2013-01-30T16:52:21Z


Les différentes étapes de la formation du système solaire: Suite à l'effondrement d'un nuage de gaz, le système s'applatit et se met en rotation, formant le Soleil et le disque protoplanétaire, lui-même à l'origine de tous les futurs corps présents dans le système solaire.
Crédits : Alain Doressoundiram et Emmanuel Lellouch, Aux confins du système solaire (Belin, 2008)

Le modèle le plus largement accepté pour expliquer l'origine du système solaire, connu sous le nom d'hypothèse de la nébuleuse, fut développé au 18^e siècle.

Avec l'ère du spatial et la découverte de planètes extrasolaires dans les années 1990, les modèles sur l'origine du système solaire sont maintenant mieux définis. Tandis que de nombreux détails importants ne sont toujours pas expliqués, le scénario principal de la formation des planètes est à présent établi : des collisions entre les corps du système solaire se sont produits de sorte que la migration planétaire a été responsable en grande partie de l'évolution primitive du système solaire.

Aujourd'hui, les modèles sont développés plus généralement dans le cadre des systèmes extrasolaires, car les observations de nombreux et différents systèmes solaires permettent statistiquement de valider les questions physiques.

Cependant, la quête pour décrypter l'origine du système solaire se poursuit dans le cadre de programmes d'exploration spatiale avec de nombreuses missions planifiées ou en cours dédiées à la caractérisation des astéroïdes et des comètes. Seuls ces objets primitifs offrent un accès direct aux étapes précoces de la formation du système solaire.

Planétologie

Florence HENRY — 2011-11-17T22:27:27Z


Jupiter observé par la sonde Cassini: Crédits : NASA/JPL/University of Arizona

La planétologie est la discipline scientifique concernée par l'étude des planètes, et plus généralement de tous les objets du système solaire et de leur environnement. La planétologie aborde un grand nombre de disciplines scientifiques. Les objets étudiés vont des planètes géantes (la plus grosse est Jupiter) aux grains de poussières interplanétaires.

Le travail de recherche en planétologie se fait en combinant les observations faites au sol, celles effectuées par les sondes spatiales, les travaux expérimentaux en laboratoire et les travaux théoriques et de simulation sur ordinateur.

La première phase d'exploration du système solaire est aujourd'hui presque atteinte avec la découverte, la cartographie et la mesure des paramètres élémentaires de presque tous les objets de grande taille du système solaire.

Après l'exploration des planètes géantes avec Voyager, l'exploration de Mars par Viking et de Vénus par les sondes Venera et Pioneer, et les premières observations des petits corps (la comète de Halley par Giotto et Vega, le premier astéroïde par Galileo), quelques questions subsistent et le Labex va chercher à avancer sur ce sujet à travers les thématiques suivantes :

La question fondamentale de la vie ailleurs dans l'univers est sans doute trop complexe pour être abordée aujourd'hui, mais une approche subsidiaire consistant à étudier la matière organique et à comprendre la chimie prébiotique offre des perspectives plus accessibles : un exemple est l'étude de l'atmosphère de Titan qui présente indéniablement une chimie organique riche où l'on peut apprendre considérablement au sujet des processus de formation des molécules complexes dans des conditions abiotiques.


Représentation d'une des deux sondes Voyager, à proximité de Saturne: Crédits : NASA/JPL-Caltech

Depuis l'observation de la première planète hors de notre système solaire en 1995, la planétologie est aussi concernée par la recherche sur les exoplanètes.

Les missions futures du programme scientifique de l'ESA directement concernées par la R&T ESEP sont : JUICE (mission sélectionnée en mai 2012, appel d'offre publié fin juin pour une réponse mi-octobre 2012), et Marco-Polo-R, l'une des candidates pour la mission M3 du programme Cosmic Vision. Dans le cadre du Programme exploration, les missions post-Exomars à l'étude sont éventuellement concernées.