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La Terre est à ce jour la seule planète connue pour abriter en abondance de l’eau à l’état liquide et de la vie. C’est également la planète la plus connue de l’homme. Depuis des siècles elle est étudiée dans ses coins les plus reculés.

Taille : 12742 km de diamètre
Masse : 5,972E24 kg (5,97200 × 10^21 tonnes)
Distance au Soleil : 150 millions de km
Distance à la Lune : 384 400 km
Caractéristique : seule planète connue abritant la vie
Âge : 4,54 milliards d’années
Population humaine : 7 milliards

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Terre

La Bille bleue, Apollo 17

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

149 597 887,5 km
(1,000 000 112 4 au)

Aphélie

152 097 701 km
(1,016 710 333 5 au)

Périhélie

147 098 074 km
(0,983 289 891 2 au)

Circonférence orbitale

939 885 629,3 km
(6,282 747 374 au)

Période de révolution

365,256 363 d

Vitesse orbitale maximale

30,287 km/s

Vitesse orbitale minimale

29,291 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

(par définition) 0 °

Argument du périhélie

288,064 °

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

6 378,137 km

Rayon polaire

6 356,752 km

Rayon moyen
volumétrique

6 371,008 km

Aplatissement

0,003 353 ≈ ¹⁄ ¹⁄(298,25±1) ) ₃₀₀ (

Superficie

510 067 420 km²

Volume

1,083 21 × 10 ¹² km³

Masse

5,973 6 × 10 ²⁴ kg

Masse volumique globale

5,515 × 10 ³ kg/m³

Gravité de surface

9,806 65 m/s²
(1 g)

Période de rotation
(jour sidéral)

0,997 269 49 23 d
( h 56 min 4,084 s)

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

1 674,364 km/h

Irradiance solaire

1 367,6 W/m²
(1 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

254,3 K (−18,7 °C)

* Maximum

56,7 °C

* Moyenne

15 °C

* Minimum

−93,2 °C
(voir Records de température sur Terre)

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

101 325 Pa

Masse volumique au sol

1,217 kg/m³

Masse totale

5,148 × 10 ¹⁸ kg

Hauteur d'échelle

8,5 km

Masse molaire moyenne

28,97 g/ mol

Histoire

Découverte par

* Nature planétaire pressentie par
l' école pythagoricienne ( Philolaos de Crotone).
* Attestée à
l' époque hellénistique ( Aristarque de Samos, puis Ératosthène).

Découverte le

* V e siècle av. J.-C.
* III e siècle av. J.-C.

La Terre est la troisième planète par ordre d'éloignement au Soleil et la cinquième plus grande du Système solaire aussi bien par la masse que par le diamètre. Par ailleurs, elle est le seul objet céleste connu pour abriter la vie. Elle orbite autour du Soleil en 365,256 jours solaires - une année sidérale - et réalise une rotation sur elle-même relativement au Soleil en un jour sidéral (environ ), soit un peu moins que son jour solaire de du fait de ce déplacement autour du Soleil. L' axe de rotation de la Terre possède une inclinaison de 23°, ce qui cause l'apparition des saisons.

D'après la 4,54 datation radiométrique, la Terre s'est formée il y a milliards d'années. Elle possède un unique satellite naturel, la Lune, qui s'est formée peu après. L' interaction gravitationnelle avec son satellite crée les marées, stabilise son axe de rotation et réduit graduellement sa vitesse de rotation. La vie serait apparue dans les océans il y a au moins 3,5 milliards d'années, ce qui a affecté l' atmosphère et la surface terrestres par la prolifération d' organismes d'abord anaérobies puis, à la suite de l' explosion cambrienne, aérobies. Une combinaison de facteurs tels que la distance de la Terre au Soleil (environ 150 millions de kilomètres - une unité astronomique), son atmosphère, sa couche d'ozone, son champ magnétique et son évolution géologique ont permis à la vie d' évoluer et de se développer. Durant l' histoire évolutive du vivant, la biodiversité a connu de longues périodes d'expansion occasionnellement ponctuées par des extinctions massives ; environ 99 % des espèces qui ont un jour vécu sur Terre sont maintenant éteintes. En 2023, plus de 8 milliards d' êtres humains vivent sur Terre et dépendent de sa biosphère et de ses ressources naturelles pour leur survie.

La Terre est la planète la plus dense du Système solaire ainsi que la plus grande et massive des quatre planètes telluriques. Son enveloppe rigide - appelée la lithosphère - est divisée en différentes plaques tectoniques qui migrent de quelques centimètres par an. Environ 71 % de la surface de la planète est couverte d' eau - notamment des océans, mais aussi des lacs et rivières, constituant l' hydrosphère - et les 29 % restants sont des continents et des îles. La majeure partie des régions polaires est couverte de glace, notamment avec l' inlandsis de l'Antarctique et la banquise de l' océan Arctique. La structure interne de la Terre est géologiquement active, le noyau interne solide et le noyau externe liquide (composés tous deux essentiellement de fer) permettant notamment de générer le champ magnétique terrestre par effet dynamo et la convection du manteau terrestre (composé de roches silicatées) étant la cause de la tectonique des plaques.

Chronologie

L' âge de la Terre est aujourd'hui estimé à 4,54 milliards d'années. L'histoire de la Terre est divisée en quatre grands intervalles de temps, dits éons, dont la frise est donnée ci-dessous (en millions d'années) :

L'4,54 Hadéen débute il y a milliards d'années (Ga), lorsque la Terre se forme en même temps que les autres planètes à partir d'une nébuleuse solaire - une masse de poussières et de gaz en forme de disque, détachée du Soleil en formation,,.

La formation de la Terre par accrétion se termine en moins de 20 millions d'années. Initialement en fusion, la couche externe de la Terre se refroidit pour former une croûte solide lorsque l'eau commence à s'accumuler dans l'atmosphère, aboutissant aux premières pluies et aux premiers océans. La Lune se forme peu de temps après, il y a 4,53 milliards d'années. Le consensus concernant la formation de la Lune est l' hypothèse de l'impact géant, selon laquelle un impacteur communément appelé Théia, de la taille de Mars et de masse environ égale au dixième de la masse terrestre, serait entré en collision avec la Terre,. Dans ce modèle, une partie de cet objet se serait agglomérée avec la Terre tandis qu'une autre partie, mêlée avec environ 10 % de la masse totale de la Terre, aurait été éjectée dans l' espace puis se serait agglomérée pour former la Lune.

L'activité volcanique qui suit l'impact, associée aux très importantes températures (jusqu'à 10 000 °C), produit une atmosphère primitive par dégazage,,. De la vapeur d'eau condensée ayant plusieurs origines possibles, mêlée à de la glace apportée par des comètes, produit les océans lorsque les températures baissent,,. Les gaz à effet de serre de cette atmosphère permettent de maintenir une température compatible avec la présence d' eau liquide à la surface de la Terre et empêchent les océans de geler alors que la planète ne recevait qu'environ 70 % de la luminosité solaire actuelle,.

Deux principaux modèles sont proposés pour expliquer la vitesse de croissance continentale : une croissance constante jusqu'à nos jours et une croissance rapide au début de l'histoire de la Terre. Le consensus est que la deuxième hypothèse est la plus probable avec une formation rapide de la croûte continentale suivie par de faibles variations de la surface globale des continents,,. Sur une échelle de temps de plusieurs centaines de millions d'années, les continents ou supercontinents se forment ainsi puis se divisent.

Avec l' Archéen et le Protérozoïque (les deux éons suivants), ils forment un superéon nommé le Précambrien.

Stromatolites fossilisés produits par des colonies de bactéries et âgés de 3,48 Ga (Craton de Pilbara, Australie).

L' Archéen débute il y a environ 4 milliards d'années (Ga) et est l'éon marqué par les premières traces de vie. En effet, il est supposé qu'une activité chimique intense dans un milieu hautement énergétique a alors permis de produire une molécule capable de se reproduire. La vie elle-même serait apparue entre 200 et 500 millions d'années plus tard, avant environ −3,5 Ga, point de départ de l'évolution de la biosphère,. Par ailleurs, la date d'apparition du dernier ancêtre commun universel est estimée entre −3,5 et −3,8 Ga.

Parmi les premiers signes de vie, on trouve notamment des biomolécules dans du granite âgé de 3,7 Ga au Groenland, ou des traces de carbone potentiellement biogène dans un zircon âgé de 4,1 Ga en Australie. Cependant, la plus ancienne preuve fossilisée de micro-organismes date d'il y a 3,5 Ga et a également été trouvée en Australie,,.

Par ailleurs, vers -3,5 milliards d'années, le champ magnétique terrestre se forme et permet d'éviter à l'atmosphère d'être emportée par le vent solaire,.

Protérozoïque

Arbre phylogénétique montrant les trois domaines du vivant : bactéries, archées et eucaryotes (Woese, 1990).

Le Protérozoïque débute il y a 2,5 Ga et marque l'apparition de la photosynthèse chez les cyanobactéries, produisant de l'oxygène libre O ₂ et formant des stromatolithes. Cela conduit à un bouleversement écologique majeur vers −2,4 Ga, appelé la Grande Oxydation, en formant la couche d'ozone et en faisant graduellement évoluer l'atmosphère alors riche en méthane en celle actuelle, composée essentiellement de diazote et de dioxygène,. C'est toujours la photosynthèse qui permet de maintenir le taux d'oxygène dans l' atmosphère terrestre et qui est à l'origine de la matière organique - essentielle à la vie sur Terre.

Du fait de l'augmentation de la concentration en oxygène dans l'atmosphère, des organismes multicellulaires appelés eucaryotes (bien que certains d'entre eux sont unicellulaires), plus complexes, voient le jour par un mécanisme supposé être l' endosymbiose,,. Les plus anciens retrouvés datent de −2,1 Ga et ont été appelés Gabonionta, car découverts au Gabon,. Les eucaryotes forment par la suite des colonies et, protégés des rayons ultraviolets par la couche d'ozone, ces formes de vie pourraient avoir dès lors colonisé la surface de la Terre.

De -750 à -580 millions d'années, pendant le Néoprotérozoïque, la Terre aurait connu une ou plusieurs séries de glaciations globales qui auraient couvert la planète d'une couche de glace. Cette hypothèse est nommée (" Terre boule de neige "), et est d'un intérêt particulier parce qu'elle précède directement l' explosion cambrienne et pourrait avoir déclenché l' évolution de la vie multicellulaire,.

Par ailleurs, le plus vieux des supercontinents connus, Rodinia, commence à se disloquer il y a environ 750 millions d'années. Les continents entre lesquels il s'est divisé se recombinent plus tard pour former Pannotia, il y a 650 à 540 millions d'années,.

Phanérozoïque

Le Phanérozoïque est marqué par l'apparition des premiers animaux à coquille. Il débute il y a 541 ± 0,1 millions années et s'étend jusqu'à nos jours. Son commencement coïncide avec l' explosion cambrienne, l'apparition rapide de la plupart des grands embranchements actuels de métazoaires (animaux pluricellulaires),.

Le dernier supercontinent, la Pangée, se forme il y a approximativement 335 millions d'années puis commence à se disloquer il y a 175 millions d'années.

Pendant cet éon, la biosphère a connu cinq extinctions massives. La dernière d'entre elles se produit il y a 66 millions d'années, sa cause généralement admise étant une météorite entrée en collision avec la Terre qui aurait créé l' impact de Chicxulub. La conséquence est l'extermination des dinosaures (excepté les aviens) et d'autres grands reptiles, affectant sans les éteindre de plus petits animaux comme les mammifères, les oiseaux, ou encore les lézards,.

Au cours des 66 Ma suivants, les mammifères se sont diversifiés et, il y a environ 6 Ma, des hominiens comme le Orrorin tugenensis développent la capacité de se tenir debout,. Il s'est ensuivi un développement simultané de l'utilisation d' outils et du développement du cerveau au cours de l' histoire évolutive de la lignée humaine,. Le développement de l' agriculture puis des civilisations a permis aux humains d'avoir une influence sur la Terre, la nature et les autres formes de vie.

Le schéma actuel de périodes glaciaire s'établit au cours du Pléistocène il y a environ 2,6 Ma. Depuis, les régions de latitudes hautes connaissent des cycles de glaciation d'environ 80 000 ans, la dernière s'étant achevée il y a environ 10 000 ans.

Le futur de la Terre est très lié à celui du Soleil. Du fait de l'accumulation d' hélium dans le cœur de l' étoile, sa luminosité solaire augmente lentement à l'échelle des temps géologiques. Ainsi, la luminosité va croître de 10 % au cours des 1,1 milliard années à venir et de 40 % sur les prochaines 3,5 milliards d'années. Les modèles climatiques indiquent que l'accroissement des radiations atteignant la Terre aura probablement des conséquences dramatiques sur la pérennité de son climat " terrestre ", notamment la disparition des océans.

La Terre devrait cependant rester habitable pendant encore plus de 500 millions d'années, cette durée pouvant passer à 2,3 milliards d'années si la pression atmosphérique diminue en retirant une partie de l' azote de l'atmosphère. L'augmentation de la température terrestre va accélérer le cycle du carbone inorganique, réduisant sa concentration à des niveaux qui pourraient devenir trop faibles pour les plantes ( pour la photosynthèse du C₄) dans environ 500 à 900 millions d'années. La réduction de la végétation entraînera la diminution de la quantité d' oxygène dans l'atmosphère, ce qui provoquera la disparition progressive de la plupart des formes de vie animales. Ensuite, la température moyenne de la Terre augmentera plus vite en raison de l'emballement de l'effet de serre par la vapeur d'eau. Dans 1 à 1,7 Ga, la température sera si élevée que les océans s'évaporeront, précipitant le climat de la Terre dans celui de type vénusien, et faisant disparaître toute forme simple de vie à la surface de la Terre,.

Même si le Soleil était éternel et stable, le refroidissement interne de la Terre entraînerait la baisse du niveau de CO ₂ du fait d'une réduction du volcanisme et 35 % de l'eau des océans descendrait dans le manteau du fait de la baisse des échanges au niveau des dorsales océaniques.

Dans le cadre de son évolution, le Soleil deviendra une géante rouge dans plus de 5 milliards d'années. Les modèles prédisent qu'il gonflera jusqu'à atteindre environ 250 fois son rayon actuel,.

Le destin de la Terre est moins clair. En tant que géante rouge, le Soleil devrait perdre environ 30 % de sa masse. Ainsi, sans prendre en compte les effets de marée, la Terre se déplacerait sur une orbite à (environ 250 millions de kilomètres) du Soleil lorsque celui-ci atteindra son rayon maximal de 1,2 au] (environ 180 millions de kilomètres). Dans ce modèle, la planète ne devrait donc pas être engloutie par les couches externes du Soleil même si l'atmosphère restante finira par être " soufflée " dans l'espace, et la croûte terrestre finira par fondre pour se transformer en un océan de lave, lorsque la luminosité solaire atteindra environ 5 000 fois son niveau actuel. Cependant, une simulation de 2008 indique que l'orbite terrestre va se modifier du fait des effets de marées et poussera en réalité la Terre à entrer dans l'atmosphère du Soleil où elle sera absorbée et vaporisée - tout comme Mercure et Vénus, mais pas Mars,.

Forme et taille

Distances entre le relief de la surface et le centre de la Terre avec exagération verticale (Earth2014).

La forme de la Terre est approchée par un ellipsoïde de révolution, une sphère légèrement aplatie aux pôles,. Plus précisément, elle est dite oblate - ou aplatie - car son axe secondaire est aussi son axe de rotation. En effet, la rotation de la Terre entraîne un aplatissement aux pôles du fait de la force centrifuge, de sorte que le rayon terrestre à l' équateur est environ 21 km plus grand que celui aux pôles Nord et Sud, soit une variation de moins de 1 % du rayon,,. Le diamètre moyen du sphéroïde de référence - appelé géoïde, la surface équipotentielle du champ de pesanteur terrestre, c'est-à-dire la forme qu'adopteraient les océans terrestres en l'absence de continents et de perturbations comme le vent - est d'environ 12 742 km, ce qui est approximativement 40 008 km/ π car le mètre était initialement défini comme 1/10 000 000 e (dix-millionième) de la distance de l'équateur au pôle Nord en passant par Paris (donc un demi méridien terrestre),.

Les plus grandes variations dans la surface rocheuse de la Terre sont l' Everest (8 849 m d'altitude, soit une variation de 0,14 % du rayon) et la fosse des Mariannes (10 984 ± 25 m sous le niveau de la mer, soit une variation de 0,17 %). Du fait de l'aplatissement aux pôles et du plus grand diamètre à l'équateur, les lieux les plus éloignés du centre de la Terre sont les sommets du Chimborazo en Équateur distant de 6 384,4 km du centre de la Terre - quand bien même il culmine à 6 263 m du niveau de la mer - suivi du Huascarán au Pérou, et non l'Everest comme cela est parfois pensé,,. Pour la même raison, l'embouchure du Mississippi est plus éloignée du centre de la Terre que sa source.

Par ailleurs, du fait de sa forme, la circonférence de la Terre est de 40 075,017 km à l' équateur et de 40 007,863 km pour un méridien.

Le rayon équatorial de la Terre est de 6 378,137 km alors que le rayon polaire est de 6 356,752 km ( modèle ellipsoïde de sphère aplatie aux pôles). De plus, la distance entre son centre et la surface varie également selon les caractéristiques géographiques de 6 352,8 km au fond de l' océan Arctique à 6 384,4 km au sommet du Chimborazo,. Du fait de ces variations, le rayon moyen d'une planète selon le modèle d'une ellipsoïde est défini par convention par l' Union géodésique et géophysique internationale comme étant égal à : , où a le rayon équatorial et b le rayon polaire.

Pour la Terre, cela donne donc 6 371,008 8 km,.

La masse de la Terre est déterminée en divisant le paramètre gravitationnel standard = GM - aussi appelé, dans le cas de la Terre, constante gravitationnelle géocentrique - par la constante de gravitation G. De fait, la précision de sa mesure est donc limitée par celle de G, le produit GM pouvant être déduit pour un corps disposant de satellites avec grande précision grâce à des mesures d'accélération gravitationnelle GM / d la distance planète-satellite) d ² (où ,. Parmi les expériences célèbres pour la mesure de cette masse, on compte notamment l' expérience de Cavendish, - à l'aide d'un pendule de torsion pour déterminer G - et des méthodes liées au calcul de la densité de la Terre.

L' UAI donne pour estimation .

Comparaisons

Composition et structure

La Terre est une planète tellurique, c'est-à-dire une planète essentiellement rocheuse à noyau métallique, contrairement aux géantes gazeuses telles que Jupiter, essentiellement constituées de gaz légers ( hydrogène et hélium). Il s'agit de la plus grande des quatre planètes telluriques du Système solaire, que ce soit par la taille ou la masse. De ces quatre planètes, la Terre a aussi la masse volumique globale la plus élevée, la plus forte gravité de surface, le plus puissant champ magnétique global, la vitesse de rotation la plus élevée et est probablement la seule avec une tectonique des plaques active.

La surface externe de la Terre est divisée en plusieurs segments rigides - appelés plaques tectoniques - qui migrent de quelques centimètres par an et connaissent ainsi des déplacements majeurs sur la surface de la planète à l'échelle géologique. Environ 71 % de la surface est couverte d' océans d' eau salée, les 29 % restants étant des continents et des îles. L' eau liquide, nécessaire à la vie telle que nous la connaissons, est très abondante sur Terre, et aucune autre planète n'a encore été découverte avec de telles étendues d'eau liquide ( lacs, mers, océans) à sa surface.

Composition chimique

La Terre est principalement composée de fer (32,1 %), d' oxygène (30,1 %), de silicium (15,1 %), de magnésium (13,9 %), de soufre (2,9 %), de nickel (1,8 %), de calcium (1,5 %) et d' aluminium (1,4 %), le reste (1,2 %) consistant en des traces d'autres éléments. Les éléments les plus denses ayant tendance à se concentrer au centre de la Terre (phénomène de différenciation planétaire), il est estimé que le cœur de la Terre est composé majoritairement de fer (88,8 %), avec une plus petite quantité de nickel (5,8 %), de soufre (4,5 %) et moins de 1 % d'autres éléments.

Le géochimiste F. W. Clarke a calculé que 47 % (en poids, soit 94 % en volume) de la croûte terrestre était faite d'oxygène, présent principalement sous forme d'oxydes, dont les principaux sont les oxydes de silicium (sous forme de silicates), d' aluminium ( aluminosilicates), de fer, de calcium, de magnésium, de potassium et de sodium. La silice est le constituant majeur de la croûte, sous forme de pyroxénoïdes, les minéraux les plus communs des roches magmatiques et métamorphiques. Après une synthèse basée sur l'analyse de nombreux types de roches, Clarke a obtenu les pourcentages présentés dans le tableau ci-contre.

Structure interne

L'intérieur de la Terre, comme celui des autres planètes telluriques, est stratifié, c'est-à-dire organisé en couches concentriques superposées, ayant des densités croissantes avec la profondeur. Ces diverses couches se distinguent par leur nature pétrologique (contrastes chimiques et minéralogiques) et leurs propriétés physiques (changements d'état physique, propriétés rhéologiques).

La couche extérieure de la Terre solide, fine à très fine relativement au rayon terrestre, s'appelle la croûte ; elle est solide, et chimiquement distincte du manteau, solide, sur lequel elle repose ; sous l'effet combiné de la pression et de la température, avec la profondeur, le manteau passe d'un état solide fragile (cassant, sismogène, " lithosphérique ") à un état solide ductile (plastique, " asthénosphérique ", et donc caractérisé par une viscosité plus faible, quoique encore extrêmement élevée). La surface de contact entre la croûte et le manteau est appelée le Moho ; il se visualise très bien par les méthodes sismiques du fait du fort contraste de vitesse des ondes sismiques, entre les deux côtés. L'épaisseur de la croûte varie de 6 kilomètres sous les océans jusqu'à plus de 50 kilomètres en moyenne sous les continents.

La croûte et la partie supérieure froide et rigide du manteau supérieur sont appelés lithosphère ; leur comportement horizontalement rigide à l'échelle du million à la dizaine de millions d'années est à l'origine de la tectonique des plaques. L' asthénosphère se trouve sous la lithosphère et est une couche convective, relativement moins visqueuse sur laquelle la lithosphère se déplace en " plaques minces ". Des changements importants dans la structure cristallographique des divers minéraux du manteau, qui sont des changements de phase au sens thermodynamique, vers respectivement les profondeurs de 410 kilomètres et de 670 kilomètres sous la surface, encadrent une zone dite de transition, définie initialement sur la base des premières images sismologiques. On appelle manteau supérieur la couche qui va du Moho à la transition de phase vers 670 kilomètres de profondeur, la transition à 410 kilomètres de profondeur étant reconnue pour ne pas avoir une importance majeure sur le processus de convection mantellique, au contraire de l'autre. Par conséquent, on appelle manteau inférieur la zone comprise entre cette transition de phase à 670 kilomètres de profondeur et la limite noyau-manteau.

Sous le manteau inférieur, le noyau terrestre, composé d'environ 88 % de fer, constitue une entité chimiquement originale de tout ce qui est au-dessus, à savoir la Terre silicatée. Ce noyau est lui-même stratifié en un noyau externe liquide et très peu visqueux (viscosité de l'ordre de celle d'une huile moteur à 20 °C), qui entoure un noyau interne solide, également appelé graine. Cette graine résulte de la cristallisation du noyau du fait du refroidissement séculaire de la Terre. Cette cristallisation, par la chaleur latente qu'elle libère, est source d'une convection du noyau externe, laquelle est la source du champ magnétique terrestre. L'absence d'un tel champ magnétique sur les autres planètes telluriques laisse penser que leurs noyaux métalliques, dont les présences sont nécessaires pour expliquer les données astronomiques de densité et de moment d'inertie, sont totalement cristallisés. Selon une interprétation encore débattue de données sismologiques, le noyau interne terrestre semblerait tourner à une vitesse angulaire légèrement supérieure à celle du reste de la planète, avançant relativement de 0,1 à 0,5 ° par an.

Coupe de la Terre depuis le noyau jusqu'à l'exosphère.
Échelle respectée.

Profondeur
km

Couche

Densitég/cm
³

Épaisseur
km

Température
°C

0-35

Croûte

Lithosphère

2,2-2,9

35

0-1 100

35-100

Manteau supérieur

3,4-4,4

65

100-670

Asthénosphère

570

1 100-2 000

670-2 890

Manteau inférieur

4,4-5,6

2 220

2 000-4 000

2 890-5 100

Noyau externe

9,9-12,2

2 210

4 000-6 000

5 100-6 378

Noyau interne

12,8-13,1

1 278

6 000

La chaleur interne de la Terre est issue d'une combinaison de l'énergie résiduelle issue de l' accrétion planétaire (environ 20 %) et de la chaleur produite par les éléments radioactifs (80 %). Les principaux isotopes producteurs de chaleur de la Terre sont le potassium 40, l' uranium 238, l' uranium 235 et le thorium 232. Au centre de la planète, la température pourrait atteindre 6 726,85 °C et la pression serait de . Comme la plus grande partie de la chaleur est issue de la désintégration des éléments radioactifs, les scientifiques considèrent qu'au début de l' histoire de la Terre, avant que les isotopes à courte durée de vie ne se soient désintégrés, la production de chaleur de la Terre aurait été bien plus importante. Cette production supplémentaire, deux fois plus importante il y a trois milliards d'années qu'aujourd'hui, aurait accru les gradients de températures dans la Terre et donc le rythme de la convection mantellique et de la tectonique des plaques. Cela aurait permis la formation de roches ignées comme les komatiites, qui ne sont plus formées aujourd'hui.

La perte moyenne de chaleur par la Terre est de 87 pour une perte globale de 4,42 × 10 ¹³ W, (44,2 TW). Une portion de l'énergie thermique du noyau est transportée vers la croûte par des panaches, une forme de convection où des roches semi-fondues remontent vers la croûte. Ces panaches peuvent produire des points chauds et des trapps. La plus grande partie de la chaleur de la Terre est perdue à travers la tectonique des plaques au niveau des dorsales océaniques. La dernière source importante de perte de chaleur est la conduction à travers la lithosphère, la plus grande partie ayant lieu dans les océans, car la croûte y est plus mince que celle des continents, surtout au niveau des dorsales.

Plaques tectoniques

Les plaques tectoniques sont des segments rigides de lithosphère qui se déplacent les uns par rapport aux autres. Les relations cinématiques qui existent aux frontières des plaques peuvent être regroupées en trois domaines : des domaines de convergence où deux plaques se rencontrent, de divergence où deux plaques se séparent et des domaines de transcurrence où les plaques se déplacent latéralement les unes par rapport aux autres. Les tremblements de terre, l' activité volcanique, la formation des montagnes et des fosses océaniques sont plus fréquents le long de ces frontières. Le mouvement des plaques tectoniques est lié aux mouvements de convection ayant lieu dans le manteau terrestre.

Lorsque la densité de la lithosphère dépasse celle de l'asthénosphère sous-jacente, la première plonge dans le manteau, formant une zone de subduction. Au même moment, la remontée adiabatique du manteau asthénosphérique amène à la fusion partielle des péridotites, ce qui forme du magma au niveau des frontières divergentes et crée des dorsales. La combinaison de ces processus permet un recyclage continuel de la lithosphère océanique qui retourne dans le manteau. Par conséquent, la plus grande partie du plancher océanique est âgée de moins de 100 millions d'années. La plus ancienne croûte océanique est localisée dans l'ouest du Pacifique et a un âge estimé de 200 millions d'années,. Par comparaison, les éléments les plus anciens de la croûte continentale sont âgés de 4 030 millions d'années.

Il existe sept principales plaques, Pacifique, Nord-Américaine, Eurasienne, Africaine, Antarctique, Australienne et Sud-Américaine. Parmi les plaques importantes, on peut également citer les plaques Arabique, Caraïbe, Nazca à l'ouest de la côte occidentale de l'Amérique du Sud et la plaque Scotia dans le sud de l' océan Atlantique. La plaque indienne s'est enfoncée il y a 50 à 70 millions d'années sous la plaque eurasienne par subduction, créant le plateau tibétain et l' Himalaya. Les plaques océaniques sont les plus rapides : la plaque de Cocos avance à un rythme de 75 mm/an et la plaque pacifique à 52-69 mm/an. À l'autre extrême, la plus lente est la plaque eurasienne progressant à une vitesse de 21 mm/an.

Le relief de la Terre diffère énormément suivant le lieu. Environ 70,8 % de la surface du globe est recouverte par de l'eau et une grande partie du plateau continental se trouve sous le niveau de la mer. Les zones submergées ont un relief aussi varié que les autres dont une dorsale océanique faisant le tour de la Terre ainsi que des volcans sous-marins, des fosses océaniques, des canyons sous-marins, des plateaux et des plaines abyssales. Les 29,2 % non recouvertes d'eau sont composés de montagnes, de déserts, de plaines, de plateaux et d'autres géomorphologies.

La surface planétaire subit de nombreuses modifications du fait de la tectonique des plaques et de l' érosion. Les éléments de surface construits ou déformés par la tectonique sont sujets à une météorisation constante du fait des précipitations, des cycles thermiques et des effets chimiques. Les glaciations, l' érosion du littoral, la construction des récifs coralliens et les impacts météoritiques contribuent également aux modifications du paysage,.

Relevé altimétrique et bathymétrique de la Terre.

La lithosphère continentale est composée de matériaux de faible densité comme les roches ignées : granite et andésite. Le basalte est moins fréquent et cette roche volcanique dense est le principal constituant du plancher océanique. Les roches sédimentaires se forment par l'accumulation de sédiments qui se compactent. Environ 75 % des surfaces continentales sont recouvertes de roches sédimentaires même si elles ne représentent que 5 % de la croûte. Le troisième type de roche rencontré sur Terre est la roche métamorphique, créée par la transformation d'autres types de roche en présence de hautes pressions, de hautes températures ou les deux. Parmi les silicates les plus abondants de la surface terrestre, on peut citer le quartz, le feldspath, l' amphibole, le mica, le pyroxène et l' olivine. Les carbonates courants sont la calcite (composant du calcaire) et la dolomite. La pédosphère est la couche la plus externe de la Terre. Elle est composée de sol et est sujette au processus de formation du sol. Elle se trouve à la rencontre de la lithosphère, de l'atmosphère, de l' hydrosphère et de la biosphère.

L'altitude de la surface terrestre de la Terre varie de -418 mètres au niveau des rives de la mer Morte à 8 849 mètres au sommet de l' Everest. L'altitude moyenne des terres émergées est de 840 mètres ,.

Hydrosphère

L'abondance de l'eau sur la surface de la Terre est une caractéristique unique qui distingue la " planète bleue " des autres planètes du Système solaire. L' hydrosphère terrestre est principalement composée par les océans, mais techniquement elle inclut également les mers, les lacs, les rivières et les eaux souterraines. La Challenger Deep de la fosse des Mariannes dans l' océan Pacifique est le lieu immergé le plus profond avec une profondeur de 10 911 mètres,.

La masse des océans est d'environ 1,37 × 10 ¹⁸ , soit environ 1/4 400e de la masse totale de la Terre. Les océans couvrent une superficie de 3,618 × 10 ⁸ avec une profondeur moyenne de 3 682 mètres, soit un volume estimé à 1,332 × 10 ⁹ . Environ 97,5 % de l'eau terrestre est salée. Les 2,5 % restants sont composés d' eau douce, mais environ 68,7 % de celle-ci est immobilisée sous forme de glace.

La salinité moyenne des océans est d'environ 35 grammes de sel par kilogramme d'eau de mer (),. La plupart de ce sel a été libéré par l'activité volcanique ou par l'érosion des roches ignées. Les océans sont également un important réservoir de gaz atmosphériques dissous qui sont essentiels à la survie de nombreuses formes de vie aquatiques.

L'eau de mer a une grande influence sur le climat mondial du fait de l'énorme réservoir de chaleur que constituent les océans. Par ailleurs, des changements dans les températures océaniques peuvent entraîner des phénomènes météorologiques très importants comme El Niño.

Atmosphère

Coucher de soleil vu depuis l'ISS. Le dégradé de couleurs observé est dû à la diffusion Rayleigh de la lumière blanche dans l'atmosphère.

La Terre est entourée d'une enveloppe gazeuse qu'elle retient par attraction gravitationnelle : l' atmosphère. L'atmosphère de la Terre est intermédiaire entre celle, très épaisse, de Vénus, et celle, très ténue, de Mars. La pression atmosphérique au niveau de la mer est en moyenne de 101 325 , soit 1 par définition. L'atmosphère est constituée (en volume) de 78,08 % d' azote, de 20,95 % d' oxygène, de 0,9340 % d' argon et de 0,0415 % ou 415 ppmv ( ppm en volume) soit 0,0630 % ou 630 ppmm (ppm en masse) () de dioxyde de carbone, ainsi que de divers autres gaz dont de la vapeur d'eau. La hauteur de la troposphère varie avec la latitude entre 8 kilomètres aux pôles et 17 kilomètres à l'équateur, avec quelques variations résultant de facteurs météorologiques et saisonniers.

La biosphère de la Terre a fortement altéré son atmosphère. La photosynthèse à base d'oxygène apparue il y a plus de 2,5 milliards d'années a contribué à former l'atmosphère actuelle, principalement composée de diazote et de dioxygène, pendant la Grande Oxydation. Ce changement a permis la prolifération d' organismes aérobies de même que la formation de la couche d'ozone bloquant les rayons ultraviolets émis par le Soleil. L'atmosphère favorise également la vie en transportant la vapeur d'eau, en fournissant des gaz utiles, en faisant brûler les petites météorites avant qu'elles ne frappent la surface et en modérant les températures. Ce dernier phénomène est connu sous le nom d' effet de serre : des molécules présentes en faible quantité dans l'atmosphère bloquent la déperdition de chaleur dans l'espace et font ainsi augmenter la température globale. La vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane et l'ozone sont les principaux gaz à effet de serre de l'atmosphère terrestre,. Sans cette conservation de la chaleur, la température moyenne sur Terre serait de −18 °C par rapport aux 15 °C actuels.

Météorologie et climat

L'atmosphère terrestre n'a pas de limite clairement définie, elle disparaît lentement dans l' espace. Les trois quarts de la masse de l'air entourant la Terre sont concentrés dans les premiers 11 kilomètres de l'atmosphère. Cette couche la plus inférieure est appelée la troposphère. L'énergie du Soleil chauffe cette couche et la surface en dessous, ce qui entraîne une expansion du volume atmosphérique par dilatation de l'air, ce qui a pour effet de réduire sa densité et ce qui l'amène à s'élever et à être remplacé par de l'air plus dense, car plus froid. La circulation atmosphérique qui en résulte est un acteur déterminant dans le climat et la météorologie du fait de la redistribution de la chaleur entre les différentes couches d'air qu'elle implique.

Les principales bandes de circulations sont les alizés dans la région équatoriale à moins de 30° et les vents d'ouest dans les latitudes intermédiaires entre 30° et 60°,. Les courants océaniques sont également importants dans la détermination du climat, en particulier la circulation thermohaline qui distribue l'énergie thermique des régions équatoriales vers les régions polaires.

La vapeur d'eau générée par l' évaporation de surface est transportée par les mouvements atmosphériques. Lorsque les conditions atmosphériques permettent une élévation de l'air chaud et humide, cette eau se condense et retombe sur la surface sous forme de précipitations. La plupart de l'eau est ensuite transportée vers les altitudes inférieures par les réseaux fluviaux et retourne dans les océans ou dans les lacs. Ce cycle de l'eau est un mécanisme vital au soutien de la vie sur Terre et joue un rôle primordial dans l'érosion des reliefs terrestres. La distribution des précipitations est très variée en fonction de la région considérée, de plusieurs mètres à moins d'un millimètre par an,. La circulation atmosphérique, les caractéristiques topologiques et les gradients de températures déterminent les précipitations moyennes sur une région donnée.

Altocumulus lenticularis survolant des rides de pression en Antarctique.

La quantité d' énergie solaire atteignant la Terre diminue avec la hausse de la latitude. Aux latitudes les plus élevées, les rayons solaires atteignent la surface suivant un angle plus faible et doivent traverser une plus grande colonne d'atmosphère. Par conséquent, la température moyenne au niveau de la mer diminue d'environ 0,4 °C à chaque degré de latitude en s'éloignant de l'équateur. La Terre peut être divisée en ceintures latitudinaires de climat similaires selon la classification des climats. En partant de l'équateur, celles-ci sont les zones tropicales (ou équatoriales), subtropicales, tempérées et polaires. Le climat peut également être basé sur les températures et les précipitations. La classification de Köppen (modifiée par Rudolph Geiger, étudiant de Wladimir Peter Köppen) est la plus utilisée et définit cinq grands groupes (tropical humide, aride, tempéré, continental et polaire) qui peuvent être divisés en sous-groupes plus précis,.

Haute atmosphère

Au-dessus de la troposphère, l'atmosphère est habituellement divisée en trois couches, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère. Chaque couche possède un gradient thermique adiabatique différent définissant l'évolution de la température avec l'altitude. Au-delà, l' exosphère se transforme en magnétosphère, où le champ magnétique terrestre interagit avec le vent solaire. La couche d'ozone se trouve dans la stratosphère et bloque une partie des rayons ultraviolets, ce qui est primordial à la vie sur Terre. La ligne de Kármán, définie comme se trouvant à 100 kilomètres au-dessus de la surface terrestre, est la limite habituelle entre l'atmosphère et l'espace.

L'énergie thermique peut accroître la vitesse de certaines particules de la zone supérieure de l'atmosphère qui peuvent ainsi échapper à la gravité terrestre. Cela entraîne une lente, mais constante " fuite " de l'atmosphère dans l'espace appelée échappement atmosphérique. Comme l' hydrogène non lié a une faible masse moléculaire, il peut atteindre la vitesse de libération plus facilement et disparaît dans l'espace à un rythme plus élevé que celui des autres gaz,. La fuite de l'hydrogène dans l'espace déplace la Terre d'un état initialement réducteur à un état oxydant. La photosynthèse fournit une source d'oxygène non lié, mais la perte d'agents réducteurs comme l'hydrogène est considérée comme une condition nécessaire à l'accumulation massive d'oxygène dans l'atmosphère. Ainsi, la capacité de l'hydrogène à quitter l'atmosphère terrestre aurait pu influencer la nature de la vie qui s'est développée sur la planète.

Actuellement, la plus grande partie de l'hydrogène est convertie en eau avant qu'il ne s'échappe du fait de l'atmosphère riche en oxygène. Ainsi, l'hydrogène qui parvient à s'échapper provient en majorité de la destruction des molécules de méthane dans la haute atmosphère.

Champ magnétique

Le champ magnétique terrestre a pour l'essentiel la forme d'un dipôle magnétique avec ses pôles actuellement situés près des pôles géographiques de la planète, l'axe du dipôle magnétique faisant un angle de 11° avec l'axe de rotation de la Terre. Son intensité à la surface terrestre varie de 0,24 à 0,66 Gauss (soit 0,24 × 10 −5 à 0,66 × 10 −5 ), les valeurs maximales se trouvant aux latitudes faibles. Son moment magnétique global est de 7,94 × 10 ¹⁵ ,.

Selon la théorie de l'effet dynamo, le champ magnétique est généré par les mouvements de convection de matériaux conducteurs au sein du noyau externe fondu. Bien que le plus souvent plus ou moins alignés avec l'axe de rotation de la Terre, les pôles magnétiques se déplacent et changent irrégulièrement d'alignement du fait de perturbations de la stabilité du noyau. Cela entraîne des inversions du champ magnétique terrestre - le pôle Nord magnétique se déplace au pôle Sud géographique, et inversement - à intervalles très irréguliers, approximativement plusieurs fois par million d'années pour la période actuelle, le Cénozoïque,. La dernière inversion s'est produite il y a environ 780 000 ans,.

Le champ magnétique forme la magnétosphère qui dévie les particules du vent solaire et de six à dix fois le rayon terrestre en direction du Soleil et jusqu'à soixante fois le rayon terrestre dans le sens inverse,. La collision entre le champ magnétique et le vent solaire forme les ceintures de Van Allen, une paire de régions toroïdales contenant un grand nombre de particules énergétiques ionisées. Lorsque, à l'occasion d'arrivées de plasma solaire plus intenses que le vent solaire moyen, par exemple lors d'événements d' éjections de masse coronale vers la Terre, la déformation de la géométrie de la magnétosphère sous l'impact de ce flux solaire permet le processus de reconnexion magnétique. Une partie des électrons de ce plasma solaire entre dans l'atmosphère terrestre en une ceinture autour aux pôles magnétiques : il se forme alors des aurores boréales,.

Orbite et rotation

La période de rotation de la Terre relativement au Soleil - appelée jour solaire - est d'environ 86 400 secondes ou 24 heures. La période de rotation de la Terre relativement aux étoiles fixes - appelée jour stellaire - est de 86 164,098 903 691 secondes de temps solaire moyen ( UT1), ou , d'après l' International Earth Rotation and Reference Systems Service,. Du fait de la précession des équinoxes, la période de rotation de la Terre relativement au Soleil - appelée jour sidéral - est de . Ainsi le jour sidéral est plus court que le jour stellaire d'environ 8,4 ms. Par ailleurs, le jour solaire moyen n'est pas constant au cours du temps et a notamment varié d'une dizaine de millisecondes depuis le début du siècle du fait de fluctuations dans la vitesse de rotation de la planète,.

Mis à part les météorites dans l' atmosphère et les satellites en orbite basse, le principal mouvement apparent des corps célestes dans le ciel terrestre est vers l'ouest à un rythme de 15 °/heure soit 15 '/minute. Pour les corps proches de l' équateur céleste, cela est équivalent à un diamètre apparent de la Lune ou du Soleil toutes les deux minutes,.

La Terre orbite autour du Soleil à une distance moyenne d'environ 150 millions de kilomètres - définissant ainsi l' unité astronomique - avec une période de révolution de 365,256 4 jours solaires - appelée année sidérale. De la Terre, cela donne un mouvement apparent du Soleil vers l'est par rapport aux étoiles à un rythme d'environ 1 °/jour, ce qui correspond à un diamètre solaire ou lunaire toutes les 12 heures. Du fait de ce mouvement et de ce déplacement de 1 °/jour, il faut en moyenne 24 heures - jour solaire - à la Terre pour réaliser une rotation complète autour de son axe et que le Soleil revienne au plan méridien, soit environ 4 minutes de plus que son jour sidéral,. La vitesse orbitale de la Terre est d'environ 29,8 km/s (107 000 km/h).

La Lune et la Terre tournent autour de leur barycentre commun en 27,32 jours relativement aux étoiles fixes. En associant ce mouvement à celui du couple Terre-Lune autour du Soleil, on obtient que la période du mois synodique - soit d'une nouvelle lune à la nouvelle lune suivante - est de 29,53 jours. Vus depuis le pôle céleste nord, les mouvements de la Terre, de la Lune et de leurs rotations axiales sont tous dans le sens direct - le même que celui de la rotation du Soleil et que toutes les planètes hormis Vénus et Uranus. Les plans orbitaux et axiaux ne sont pas précisément alignés, l'axe de la Terre est incliné de 23,44° par rapport à la perpendiculaire au plan orbital Terre-Soleil et le plan orbital Terre-Lune est incliné de 5° par rapport au plan orbital Terre-Soleil. Sans cette inclinaison, il y aurait une éclipse toutes les deux semaines environ, avec une alternance entre éclipses lunaires et solaires,.

La sphère de Hill, sphère d'influence gravitationnelle de la Terre, a un rayon d'environ 1 500 000 kilomètres ou 0,01 ,. Il s'agit de la distance maximale jusqu'à laquelle l'influence gravitationnelle de la Terre est supérieure à celle du Soleil et des autres planètes. En conséquence, les objets orbitant autour de la Terre doivent rester dans cette sphère afin de ne pas être sortis de leur orbite du fait des perturbations dues à l'attraction gravitationnelle du Soleil. Cependant, il ne s'agit que d'une approximation et des simulations numériques ont montré que les orbites de satellites doivent être inférieures à environ la moitié voire le tiers de la sphère de Hill pour rester stables. Pour la Terre, cela correspondrait donc à 500 000 kilomètres (à titre de comparaison, le demi-grand axe Terre-Lune est d'environ 380 000 kilomètres).

La Terre, au sein du 20 Système solaire, est située dans la Voie lactée et se trouve à 28 000 années-lumière du centre galactique. Plus précisément, elle est actuellement dans le bras d'Orion, à environ années-lumière du plan équatorial de la galaxie.

Inclinaison de l'axe et saisons

L'inclinaison de l'axe terrestre (obliquité) et sa relation avec l'équateur céleste, l'écliptique et l'axe de rotation.

L'inclinaison axiale de la Terre par rapport à l' écliptique est d'exactement 23,439281° - ou 23°26'21,4119" - par convention,. Du fait de l'inclinaison axiale de la Terre, la quantité de rayonnement solaire atteignant tout point de la surface varie au cours de l'année. Cela a pour conséquence des changements saisonniers dans le climat avec un été dans l' hémisphère nord lorsque le pôle Nord pointe vers le Soleil et l' hiver lorsque le même pôle pointe dans l'autre direction. Durant l'été, les jours durent plus longtemps et le soleil monte plus haut dans le ciel. En hiver, le climat devient généralement plus froid et les jours raccourcissent. La périodicité des saisons est donnée par une année tropique valant 365,242 2 jours solaires.

La Terre et la Lune photographiées depuis Mars par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter. Depuis l'espace, la Terre présente des phases similaires à celles de la Lune.

Au-delà du cercle arctique, le soleil ne se lève plus durant une partie de l'année - appelée nuit polaire - et, à l'inverse, ne se couche plus pendant une autre période de l'année - appelée jour polaire. Ce phénomène apparaît également au-delà du cercle antarctique de façon réciproque.

Par convention astronomique, les quatre saisons sont déterminées par les solstices - moments où la position apparente du Soleil vu de la Terre atteint son extrême méridional ou septentrional par rapport au plan de l' équateur céleste, se traduisant par une durée de jour minimale ou maximale respectivement - et les équinoxes - moment où la position apparente du Soleil est située sur l'équateur céleste, se traduisant par un jour et une nuit de durée égale. Dans l'hémisphère nord, le solstice d'hiver a lieu vers le et celui d'été vers le , l'équinoxe de printemps a lieu vers le et l'équinoxe d'automne vers le . Dans l'hémisphère sud, les dates des solstices d'hiver et d'été et celles des équinoxes de printemps et d'automne sont inversées.

L'angle d'inclinaison de la Terre est relativement stable au cours du temps. Ainsi, à l'époque moderne, le périhélie de la Terre a lieu début janvier et l' aphélie début juillet. Cependant, ces dates évoluent au cours du temps du fait de la précession et d'autres facteurs orbitaux qui suivent un schéma cyclique connu sous le nom de paramètres de Milanković. Ainsi, l'inclinaison entraîne la nutation, un balancement périodique ayant une période de 18,6 années et l'orientation - et non l'angle - de l'axe de la Terre évolue et réalise un cycle de nutation complet en environ 25 800 années. Cette précession des équinoxes est la cause de la différence de durée entre une année sidérale et une année tropique. Ces deux mouvements sont causés par le couple qu'exercent les forces de marées de la Lune et du Soleil sur le bourrelet équatorial de la Terre. De plus, les pôles se déplacent périodiquement par rapport à la surface de la Terre selon un mouvement s'écoulant sur environ 14 mois connu sous le nom d' oscillation de Chandler.

Avant la formation de la Lune, l' axe de rotation de la Terre oscillait de façon chaotique, ce qui rendait difficile l'apparition de la vie à sa surface du fait des dérèglements climatiques causés. À la suite de la collision de l' impacteur Théia avec la proto-Terre ayant permis la formation de la Lune, l'axe de rotation de la Terre s'est retrouvé stabilisé du fait du verrouillage gravitationnel par effet de marée entre la Terre et son satellite naturel.

Cortège de la Terre

Satellites

La Terre possède un unique satellite naturel permanent connu, la Lune, située à environ 380 000 km de la Terre. Relativement grand, son diamètre est environ le quart de celui de la Terre. Au sein du Système solaire, c'est l'un des plus grands satellites naturels (après Ganymède, Titan, Callisto et Io) et le plus grand d'une planète non gazeuse. De plus, c'est la plus grande lune du Système solaire par rapport à la taille de sa planète (à noter que Charon est relativement plus grand par rapport à la planète naine Pluton). Elle est relativement proche de la taille de la planète Mercure (environ les trois quarts du diamètre de cette dernière). Les satellites naturels orbitant autour des autres planètes sont communément appelés " lunes " en référence à la Lune de la Terre.

L' attraction gravitationnelle entre la Terre et la Lune cause les marées sur Terre. Le même effet a lieu sur la Lune, de sorte que sa période de rotation est identique au temps qu'il lui faut pour orbiter autour de la Terre, ce qui implique qu'elle présente toujours la même face vers la Terre : on parle de verrouillage gravitationnel. En orbitant autour de la Terre, différentes parties du côté visible de la Lune sont illuminées par le Soleil, causant les phases lunaires.

À cause du couple des marées, la Lune s'éloigne de la Terre à un rythme d'environ 38 millimètres par an, produisant aussi l'allongement du jour terrestre de 23 microsecondes par an. Sur plusieurs millions d'années, l'effet cumulé de ces petites modifications produit d'importants changements. Ainsi, durant la période du Dévonien, il y a approximativement 410 millions d'années, il y avait ainsi 400 jours dans une année, chaque jour durant 21,8 heures.

La Lune pourrait avoir eu une influence dans le développement de la vie en régulant le climat de la Terre. Les observations paléontologiques et les simulations informatiques en mécanique planétaire montrent que l' inclinaison de l'axe de la Terre est stabilisée par les effets de marées avec la Lune. Sans cette stabilisation contre les couples appliqués par le Soleil et les planètes sur le renflement équatorial, il est supposé que l'axe de rotation aurait pu être très instable. Cela aurait alors provoqué des changements chaotiques de son inclinaison au cours des temps géologiques et pour des échelles de durées supérieures à typiquement quelques dizaines de millions d'années, comme cela semble avoir été le cas pour Mars.

La Lune est aujourd'hui à une distance de la Terre telle que, vue depuis celle-ci, notre satellite a à peu près la même taille apparente (taille angulaire) que le Soleil. Le diamètre angulaire (ou angle solide) des deux corps est quasiment identique car même si le diamètre du Soleil est 400 fois plus important que celui de la Lune, celle-ci est 400 fois plus rapprochée de la Terre que notre étoile. C'est cela qui permet de voir sur Terre et à notre époque géologique des éclipses solaires totales ou annulaires (en fonction des petites variations de distance Terre-Lune, liées à la très légère ellipticité de l'orbite sélène),.

Le consensus actuel sur les origines de la Lune est en faveur de l' hypothèse de l'impact géant entre un planétoïde de la taille de Mars, appelé Théia, et la proto-Terre nouvellement formée. Cette hypothèse explique, entre autres, le fait qu'il y ait peu de fer sur la Lune et que la composition chimique de la croûte lunaire (notamment pour des éléments-trace ainsi qu'en isotopie pour l' oxygène) soit très similaire à celle de la croûte terrestre.

Un second satellite naturel ?

Les modèles informatiques des astrophysiciens Mikael Granvik, Jérémie Vaubaillon et Robert Jedicke suggèrent que des " satellites temporaires " devraient être tout à fait communs et que " à tout instant, il devrait y avoir au moins un satellite naturel, possédant un diamètre d'un mètre, en orbite autour de la Terre " ,. Ces objets resteraient en orbite durant en moyenne dix mois avant de revenir dans une orbite solaire.

L'une des premières mentions dans la littérature scientifique d'un satellite temporaire est celle de Clarence Chant lors de la grande procession météorique de 1913 :

" Il semblerait que les corps ayant voyagé à travers l'espace, probablement selon une orbite autour du Soleil et passant près de la Terre, auraient pu être capturés par celle-ci et être amenés à se déplacer autour d'elle comme un satellite,. "

Des exemples de tels objets sont connus. Par exemple, entre 2006 et 2007, est effectivement temporairement en orbite autour de la Terre plutôt qu'autour du Soleil.

Satellites artificiels

En , on compte 2 666 satellites artificiels en orbite autour de la Terre, contre 1 167 en 2014 et 931 en 2011. Certains ne sont plus en opération comme Vanguard 1, le plus vieux d'entre eux encore en orbite. Ces satellites peuvent remplir différents objectifs comme être destinés à la recherche scientifique (par exemple le télescope spatial Hubble), aux télécommunications ou à l'observation (par exemple Météosat).

Par ailleurs, ces satellites artificiels engendrent des débris spatiaux : il s'en trouve en 2020 plus de 23 000 de plus de 10 cm de diamètre en orbite et environ un demi-million entre 1 et 10 cm de diamètre.

Depuis 1998, le plus grand satellite artificiel autour de la Terre est la Station spatiale internationale, faisant 110 m de longueur, 74 m de largeur et 30 m de hauteur et orbitant à environ 400 km d'altitude.

Autres objets du cortège

Quasi-satellites

La Terre possède de multiples quasi-satellites et coorbiteurs. Parmi eux se trouvent notamment (3753) Cruithne, un astéroïde géocroiseur possédant une orbite en fer à cheval et parfois surnommé à tort " seconde lune de la Terre " ainsi que (469219) Kamoʻoalewa, le plus stable quasi-satellite connu vers lequel des projets d'exploration spatiale ont été annoncés.

Dans le système Soleil-Terre, la Terre possède un unique astéroïde troyen : . Celui-ci oscille autour du point de Lagrange L ₄ du couple Terre-Soleil, 60° en avance par rapport à la Terre sur son orbite autour du Soleil.

En , l'existence des nuages de Kordylewski aux points L ₄ et L ₅ du système Terre-Lune est confirmée. Ces grandes concentrations de poussière n'ont été détectées que tardivement du fait de leur faible luminosité.

Habitabilité

Une planète qui peut abriter la vie est dite habitable même si la vie n'y est pas présente, ou n'en est pas originaire. La Terre fournit de l' eau liquide, des environnements où les molécules organiques complexes peuvent s'assembler et interagir, et suffisamment d'une énergie dite " douce " pour maintenir, pendant une durée suffisamment longue, le métabolisme des êtres vivants. La distance séparant la Terre du Soleil la plaçant dans une zone habitable, de même que son excentricité orbitale, sa vitesse de rotation, l'inclinaison de son axe, son histoire géologique, son atmosphère restée non-agressive pour les molécules organiques malgré une très grande évolution de composition chimique, et son champ magnétique protecteur sont autant de paramètres favorables à l'apparition de la vie terrestre et aux conditions d'habitabilité à sa surface.

Parmi les 4 500 exoplanètes découvertes jusqu'à présent, un certain nombre ont été jugées habitables, bien que ce terme soit quelque peu ambigu. Celui-ci ne désigne pas une planète où l' Homme pourrait atterrir et commencer à s'établir, mais d'un monde rocheux se trouvant dans la bonne région orbitale autour de son étoile, où la température se révèle suffisamment modérée pour que de l' eau liquide puisse exister à sa surface sans geler ou bouillir. Si la Terre remplit évidemment ces conditions, c'est également le cas de Mars, qui est pourtant loin d'être aussi hospitalière que cette dernière. Parmi ces planètes découvertes, 24 pourraient être plus propices à la vie que la Terre, donc super-habitables. La Terre pourrait donc se trouver à la 25 e place au classement des planètes les plus habitables connues.

Les formes de vie de la planète sont désignées comme formant une " biosphère ".

Les trois zones : lithosphère, hydrosphère et atmosphère.

Cette dernière correspond à l'ensemble des organismes vivants et leurs milieux de vie et peut donc être décomposée en trois zones où la vie est présente sur Terre : la lithosphère, l' hydrosphère et l' atmosphère, celles-ci interagissant également entre elles. L'apparition de la vie sur Terre est estimée à il y a au moins 3,5 d'années, point de départ de l'évolution de la biosphère,. Par ailleurs, la date d'apparition du dernier ancêtre commun universel est estimée à entre 3,5 et 3,8 milliards d'années. Aussi, environ 99 % des espèces qui ont un jour vécu sur Terre sont maintenant éteintes,.

La biosphère est divisée en une quinzaine de biomes, habités par des groupes similaires de plantes et d' animaux. Ceux-ci sont un ensemble d' écosystèmes caractéristique d'une aire biogéographique et nommé à partir de la végétation et des espèces animales qui y prédominent et y sont adaptées. Ils sont principalement séparés par des différences de latitude, d' altitude ou d' humidité. Certains biomes terrestres se trouvant au-delà des cercles Arctique et Antarctique (comme la toundra), en haute altitude ou dans les zones très arides sont relativement dépourvus de vie animale et végétale tandis que la biodiversité est maximale dans les forêts tropicales humides.

Ressources naturelles

Un chevalet de pompage de pétrole - une ressource non renouvelable - au Texas, États-Unis.

La Terre fournit des ressources naturelles qui sont exploitables et exploitées par les humains pour diverses utilisations. Il peut s'agir, par exemple, de matières premières minérales ( eau douce, minerai, etc.), de produits d'origine sauvage ( bois, gibier, etc.) ou encore de matière organique fossile ( pétrole, charbon, etc.).

Elles sont distinguées entre ressources renouvelables - qui peuvent se reconstituer sur une période courte à l'échelle humaine de temps - et non renouvelables - où au contraire la vitesse de consommation dépasse grandement leur vitesse de création,. Parmi les secondes sont notamment inclus les combustibles fossiles, qui prennent des millions d'années pour se constituer. D'importantes quantités de ces combustibles fossiles peuvent être obtenues de la croûte terrestre, comme le charbon, le pétrole, le gaz naturel ou les hydrates de méthane. Ces dépôts sont utilisés pour la production d' énergie et en tant que matière première pour l' industrie chimique. Ces sources d'énergie s'opposent alors aux sources d' énergie renouvelables - telles que l' énergie solaire et l' énergie éolienne - qui ne sont pas épuisables. Les minerais, eux aussi, se forment dans la croûte terrestre et sont constitués de divers éléments chimiques utiles à la production humaine comme les métaux,.

La biosphère terrestre produit de nombreuses ressources essentielles pour les humains comme de la nourriture, du combustible, des médicaments, du dioxygène et assure également le recyclage de nombreux déchets organiques. Les écosystèmes terrestres dépendent des terres arables et de l'eau douce, tandis que les écosystèmes marins sont basés sur les nutriments dissous dans l'eau.

En 2019, l'utilisation des terres émergées - représentant 29 % de la surface de la planète, ou 149 millions de km² - est approximativement répartie ainsi :

En 2019, un rapport de l' ONU avance que l'utilisation des ressources naturelles devrait augmenter de 110 % entre 2015 et 2060, avec pour conséquence une réduction de plus de 10 % des forêts et d'environ 20 % pour d'autres habitats comme les prairies.

Risques environnementaux

D'importantes zones de la surface terrestre sont sujettes à des phénomènes météorologiques extrêmes comme des cyclones extratropicaux ( tempêtes du Cap Hatteras, tempêtes européennes, etc.) ou tropicaux (nommé ouragans, typhons ou cyclones selon la région).

Inondation à Si Phan Don, Laos, par les eaux du Mékong (2019).

Entre 1998 et 2017, près d'un demi-million de personnes sont mortes au cours d'un événement météorologique extrême. De plus, d'autres régions sont exposées aux séismes, aux glissements de terrain, aux éruptions volcaniques, aux tsunamis, aux tornades, aux dolines, aux blizzards, aux inondations, aux sécheresses ou aux incendies de forêt,.

Les activités humaines induisent une pollution de l'air et de l'eau et créent par ailleurs en certains endroits des événements tels que des pluies acides, une perte de végétation ( surpâturage, déforestation, désertification), une perte de biodiversité, une dégradation des sols, une érosion et une introduction d' espèces invasives. De plus, la pollution de l'air est responsable d'un quart des morts prématurées et des maladies de par le monde.

Selon les Nations unies, un consensus scientifique existe liant les activités humaines au réchauffement climatique du fait des émissions industrielles de dioxyde de carbone, et plus généralement des gaz à effet de serre. Cette modification du climat risque de provoquer la fonte des glaciers et des calottes glaciaires, des amplitudes de température extrêmes, d'importants changements de la météorologie et une élévation du niveau de la mer,.

Géographie humaine

Vidéo réalisée depuis la Station spatiale internationale en 2011, à partir du sud-est de l'Alaska. La première ville aperçue est San Francisco (10 s, sur la droite) puis le survol continue le long de la côte ouest des États-Unis vers Mexico (23 s, au centre). Des orages avec de la foudre sont visibles. Le survol de la cordillère des Andes se termine au-dessus de La Paz.

En 2023, la Terre compte approximativement 8 milliards d'habitants. Les projections indiquent que la population mondiale atteindra 9,7 milliards d'habitants en 2050, la croissance devant se faire notamment dans les pays en développement. Ainsi, la région de l' Afrique subsaharienne a le taux de natalité le plus élevé au monde. La densité de population humaine varie considérablement autour du monde : environ 60 % de la population mondiale vit en Asie, notamment en Chine et en Inde - qui représentent à eux seuls 35 % de la population mondiale - contre moins de 1 % en Océanie. De plus, environ 56 % de la population mondiale vit dans des zones urbaines plutôt que rurales. En 2018, d'après l'ONU, les trois plus grandes villes du monde (ayant le statut de mégapole) sont Tokyo (37 millions d'habitants), Delhi (29 millions) et Shanghai (26 millions).

Environ un cinquième de la Terre est favorable à l'exploitation humaine. En effet, les océans représentent 71 % de la surface terrestre et, parmi les 29 % restants, 10 % sont recouverts de glaciers (notamment en Antarctique) et 19 % de déserts ou de hautes montagnes. 68 % des terres émergées sont dans l' hémisphère nord et 90 % des humains y vivent. L'implantation humaine permanente la plus au nord est à Alert sur l' île d'Ellesmere au Canada (82°28′N) tandis que la plus au sud est la Base antarctique Amundsen-Scott en Antarctique (89°59'S).

La totalité des terres émergées, à l'exception de la terre Marie Byrd en Antarctique et du Bir Tawil en Afrique qui sont terra nullius, sont revendiquées par des nations indépendantes,. En 2020, les Nations unies reconnaissent 197 États dont 193 États membres. Le World Factbook , quant à lui, décompte 195 pays et 72 territoires à souveraineté limitée ou entités autonomes. Historiquement, la Terre n'a jamais connu une souveraineté s'étendant sur l'ensemble de la planète - même si de nombreuses nations ont tenté d'obtenir une domination mondiale et ont échoué.

L' Organisation des Nations unies (ONU) est une organisation internationale qui fut créée dans le but de régler pacifiquement les conflits entre nations. Les Nations unies servent principalement de lieu d'échange pour la diplomatie et le droit international public. Lorsque le consensus est obtenu entre les différents membres, une opération armée peut être envisagée.

Le premier astronaute humain à avoir orbité autour de la Terre est Youri Gagarine le . Depuis, environ 550 personnes se sont rendues dans l' espace et douze d'entre elles ont marché sur la Lune (entre en 1969 et en 1972). En temps normal, au début du siècle, les seuls humains dans l'espace sont ceux se trouvant dans la Station spatiale internationale, qui est habitée en permanence. Les astronautes de la mission sont les humains qui se sont le plus éloignés de la Terre avec 400 171 kilomètres en 1970.

Point de vue philosophique et culturel

Représentations passées

La croyance en une Terre plate a été réfutée par l'expérience dès l' Antiquité puis par la pratique grâce aux circumnavigations au début de la Renaissance. Le modèle d'une Terre sphérique s'est donc historiquement toujours imposé.

Au , Pythagore et Parménide commencent à se représenter la Terre sous la forme d'une sphère,. Cela est une déduction logique de l'observation de la courbure de l'horizon à bord d'un navire. Du fait de ces travaux, la Terre est déjà considérée comme sphérique par Platon (), par Aristote () et d'une façon générale par tous les savants grecs,. L'origine d'une croyance de sa rotation sur elle-même est attribuée à Hicétas par Cicéron. Selon Strabon, Cratès de Mallos construit au une sphère pour représenter la Terre selon la théorie dite des " cinq zones climatiques ".

Ératosthène déduit la circonférence de la Terre (longueur du méridien) de façon géométrique vers 230 av. J.-C., ; il aurait obtenu une valeur d'environ 40 000 km, ce qui constitue une mesure très proche de la réalité (40 075 km à l'équateur et 40 008 km sur un méridien passant par les pôles),. L'astronome est également à l'origine des premières évaluations de l' inclinaison de l'axe,. Dans sa Géographie, Ptolémée ( siècle) reprend les calculs d'Ératosthène et affirme clairement que la Terre est ronde.

L'idée qu'au Moyen Âge les théologies imaginaient la Terre comme plate serait un mythe inventé au siècle pour noircir l'image de cette période et il est communément admis qu'aucun savant médiéval n'a soutenu l'idée d'une Terre plate. Ainsi, les textes médiévaux évoquent généralement la Terre comme " le globe " ou " la sphère " - se rapportant notamment sur les écrits de Ptolémée, un des auteurs les plus lus et enseignés alors.

À la différence des autres planètes du Système solaire, l'humanité n'a pas considéré la Terre comme un objet mobile en rotation autour du Soleil avant le début du siècle, celle-ci étant communément pensée comme le centre de l'univers avant le développement des modèles héliocentriques.

En raison des influences chrétiennes, et du travail de théologiens comme James Ussher uniquement fondé sur l'analyse des généalogies dans la Bible pour dater l'âge de la Terre, la plupart des scientifiques occidentaux pensaient encore au siècle que la Terre était âgée de quelques milliers d'années tout au plus. Ce n'est qu'à partir du développement de la géologie que l'âge de la Terre a été réévalué. Dans les années 1860, Lord Kelvin, à l'aide d'études thermodynamiques, estime d'abord l' âge de la Terre comme étant de l'ordre de 100 millions d'années, lançant un grand débat. La découverte de la radioactivité par Henri Becquerel à la fin du siècle fournit un moyen fiable de datation et permet de prouver que l'âge de la Terre se compte en réalité en milliards d'années,.

Mythes et étymologie

Éon (Aiôn), dieu de l'éternité, et la terre-mère Tellus (Gaia romaine) avec quatre enfants personnifiant les saisons (mosaïque à Sentinum, datant du III e siècle apr. J.-C.).

La Terre a souvent été personnifiée en tant que déité, en particulier sous la forme d'une déesse comme avec Gaïa dans la mythologie grecque. À ce titre, la Terre est alors représentée par la déesse mère, déesse de la fertilité. De plus, la déesse a donné son nom aux théories Gaïa, des hypothèses environnementalistes du siècle comparant les environnements terrestres et la vie à un unique organisme s'autorégulant vers une stabilisation des conditions d'habitabilité,.

Son équivalente dans la mythologie romaine est Tellus (ou Terra mater), déesse de la fertilité. Le nom de la planète en français dérive indirectement du nom de cette déesse, découlant du latin terra signifiant le globe terrestre,.

Aussi, les mythes de la création de nombreuses religions, par exemple le premier récit de la création de la Genèse dans la Bible, relatent la création de la Terre par une ou plusieurs divinités,.

Quelques groupes religieux, souvent affiliés aux branches fondamentalistes du protestantisme et de l' islam, avancent que leur interprétation des mythes de la création dans les textes sacrés est la vérité et que celle-ci devrait être considérée comme l'égale des hypothèses scientifiques conventionnelles concernant la formation de la Terre et le développement de la vie, voire devrait les remplacer. De telles affirmations sont rejetées par la communauté scientifique, et par d'autres groupes religieux,,.

Symbolisme

Différents symboles astronomiques sont et ont été utilisés pour représenter la Terre. Le plus usuel de façon contemporaine est ( Unicode U+1F728), représentant un globe sectionné par l' équateur et un méridien et, en conséquence, les " quatre coins du monde " ou les points cardinaux. On trouve aussi un orbe crucigère, ♁ (U+2641),. Plus anciennement, on retrouve également un globe sectionné uniquement par l'équateur, (U+1F714),.

Néanmoins, leur utilisation est déconseillée par l' Union astronomique internationale qui leur privilégie des abréviations. Seul le premier est commun, trouvé par exemple en M 🜨 pour l'unité d'une masse terrestre.

La finitude écologique

Lever de Terre, photographie de William Anders, astronaute de la mission Apollo 8 (1968).

La vision humaine concernant la Terre évolue notamment grâce aux débuts de l' astronautique et la biosphère est alors vue selon une perspective globale. Cela est reflété dans le développement de l' écologie qui s'inquiète de l'impact de l'humanité sur la planète.

Dès 1931, Paul Valéry, dans son ouvrage Regards sur le monde actuel, estime que " le temps du monde fini commence ". Par " monde ", il n'entend alors pas le monde-univers des Anciens, mais notre monde actuel, c'est-à-dire, la Terre et l'ensemble de ses habitants. Dans la continuité, Bertrand de Jouvenel évoque la finitude de la Terre dès 1968.

Le philosophe Dominique Bourg, spécialiste de l' éthique du développement durable, évoque en 1993 la découverte de la finitude écologique de la Terre dans La nature en politique ou l'enjeu philosophique de l'écologie. Estimant que cette finitude est suffisamment connue et prouvée pour qu'il soit inutile de l'illustrer, il souligne qu'elle a entraîné dans nos représentations un changement radical de la relation entre l'universel et le singulier. Alors que le paradigme moderne classique postulait que l'universel commandait le singulier, et le général le particulier, on ne peut pas y réduire la relation entre le planétaire et le local. Dans l'univers systémique de l'écologie, la biosphère (le planétaire) et les biotopes (le local) sont interdépendants. Cette interdépendance du local et du planétaire fait voler en éclats le principe moteur de la modernité, qui tendait à abolir toute particularité locale au profit de principes généraux, ce en quoi le projet moderne est utopique selon lui,.

La preuve expérimentale du raccordement symbolique de l'écologie à la culture est fournie par les réactions des premiers astronautes qui, dans les années 1960, ont pu observer la planète en orbite ou depuis la Lune - et en ramener des photographies devenues iconiques telles que La Bille bleue ou Lever de Terre. Ces retours décrivant une Terre " belle, précieuse et fragile " - que l'Homme a donc le devoir de protéger - eurent une influence sur la vision du monde de la population en général,,.

La finitude écologique de la Terre est une question devenue si prégnante que certains philosophes ( Heidegger, Grondin, Schürch) ont pu parler d'une éthique de la finitude. Par ailleurs, les concepts d' empreinte écologique et de biocapacité permettent d'appréhender les problèmes liés à cette finitude de la Terre,.

Notes et références

1. Le nombre de jours solaires dans une année est par conséquent inférieur de un au nombre de ↑ jours sidéraux, car le mouvement de rotation de la Terre autour du Soleil ajoute une révolution de la planète autour de son axe. Par un calcul approximatif, 4 minutes de différence par jour font en effet au bout de 365 jours : 4×365 = 1460 minutes, soit environ 24 heures.

2. ↑ La rotation de Vénus étant rétrograde, l'inclinaison de son axe est supérieure à 90°. On pourrait dire que son axe est incliné de " -2,64° ".

3. Exprimé en ↑ fraction massique.

4. ↑ Peut localement varier entre 5 et plus de 70 kilomètres.

5. ↑ Peut localement varier entre 5 et 200 kilomètres.

6. Incluant la ↑ plaque somalienne, qui serait en train de se séparer de la plaque africaine. Voir : .

7. Cette mesure fut effectuée par le navire ↑ Kaikō en mars 1995 et est considérée comme la plus précise. Voir l'article sur Challenger Deep pour plus de détails.

8. Pour la Terre, le ↑ rayon de Hill est , où m est la masse de la Terre, a l'unité astronomique et M la masse du Soleil. Exprimé en unités astronomiques, le rayon vaut donc .

Citations originales

Références

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Mercure est étonnamment dense, et cela est apparemment dû au fait qu’elle ait un noyau ferreux particulièrement important. L’atmosphère ténue de Mercure laisse à sa surface le témoignage de bombardements d’astéroïdes ayant eu lieu dans sa jeunesse.

Taille : 4878 km de diamètre
Masse : 330,2×10^21 kg
Distance au soleil : de 46 Millions de km (Périhélie) à 70 Millions de km (Aphélie)
Distance depuis la Terre : 90 Millions de km à 210 Millions de km
Température : Entre -175°C et 427°C
Temps pour l’atteindre : 6 ans
1 jour mercurien : 176 jours terrestres
1 année mercurienne : 88 jours terrestres
Missions vers Mercure : Mariner 10, Messenger, Bepicolombo
Surface : Paysage désolé fait de cratères et de fissures

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Mercure est la plus petite planète du Système solaire et la plus proche de notre étoile autour de laquelle elle tourne à toute vitesse. Cette proximité fait régner une température extrême à sa surface… et complique son exploration.

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Et si vous passiez 5 secondes sur Mercure ?

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Vénus possède une atmosphère de dioxyde de carbone 90 fois plus épaisse que sur la Terre, ce qui provoque un remarquable effet de serre. Il en résulte une température extrême, la plus brûlante de toutes les planètes : il y règne une température d’environ 477°C !

Autre nom :  étoile du berger
Taille :  12104 km de diamètre
Masse :  4,867E24 kg (0,815 Masse terrestre)
Distance au Soleil :  de 107 Millions de km (Périhélie) à 109 Millions de km (Aphélie)
Caractéristique : Tourne sur elle-même dans le sens opposé des autres planètes
Température : 480°C au sol, de jour comme de nuit
Observation : Objet le plus lumineux après le Soleil et la Lune
1 jour vénusien : 243 jours terrestres
1 année vénusienne : 224 jours terrestres
Rotation de la couche nuageuse : 4 jours seulement

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Planète la plus chaude du Système solaire, Vénus est hostile et extrême ! Elle brille tellement, que nous l’appelons, à tort, l’Étoile du berger.

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Et si on allait sur Venus, on verrait quoi ?

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En 2004, les astronomes dirigeant la mission « Mars Exploration Rover » de la NASA ont confirmé que de l’eau à l’état liquide exista jadis sur la surface de Mars !
Auparavant, les scientifiques avaient émis l’hypothèse de l’existence d’eau sur Mars en des temps reculés, en raison de l’état de sa surface qui ressemblait à de l’érosion, comme ce que l’on trouve sur Terre.

Aujourd’hui, l’atmosphère de dioxyde de carbone présente sur Mars est tellement fine que c’est une planète froide et sèche, avec des pôles d’eau gelée et de dioxyde de carbone. Mais il semble que de petits jets d’eau provenant de la croûte martienne continuent de remonter à la surface par endroits.

Taille : 6779 km de diamètre
Masse :  639e21 kg (6,39 × 10^20 tonnes)
Distance au Soleil : de 207 millions de km (Périhélie) à 250 millions de km (Aphélie)
Distance à la Terre: de 56 à 400 millions de km
Caractéristique : planète la plus étudiée après la Terre
Observation : visible à l’œil nu, couleur rouge
1 jour martien : Un peu plus d’un jour terrestre (24h 39 mn)
1 année martienne : 687 jours terrestres
Robots au sol : Opportunity (M.E.R) et Curiosity (M.S.L)

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Nous avons tous l'image de Mars en tête : une planète, rouge, rocheuse, désertique. Mais celle que l'on appelle " la planète rouge " possède bien d'autres caractéristiques surprenantes, que les humains essaient de décrypter, en y envoyant des engins scientifiques depuis plus de 60 ans !

L'étonnante petite rouge

Mars est une des 4 planètes telluriques - on parle aussi de rocheuses - du Système solaire.

C'est une petite planète : par rapport à la Terre, elle est 7 fois moins volumineuse et 10 fois moins massive. Nous lui donnons aussi le nom de " planète rouge ", car sa surface est recouverte de poussière riche en oxyde de fer, à l'origine de sa couleur rougeâtre (couleur de la rouille). Même si elle ressemble à un immense désert aride, détrompez-vous : il fait à sa surface -60°C en moyenne ! Il y fait froid parce qu'elle se situe plus loin du Soleil que la Terre : à 228 millions de km (contre 150 millions de km pour la distance Terre-Soleil). Aussi, son atmosphère est très fine, et ne retient pas la chaleur générée par l'énergie solaire.

La structure martienne en détails

L'atmosphère martienne est principalement composée de dioxyde de carbone (96%). On trouve également des traces d'argon (1,93%) et d'azote (1,89%). Elle est 60 fois moins dense que celle de la Terre, ce qui réduit son effet de serre, c'est-à-dire sa capacité à maintenir l'énergie solaire sur la planète. Mais il y a quelques milliards d'années, l'atmosphère martienne ressemblait à celle de la Terre. C'est la disparition de son champ magnétique et l'interaction avec le vent solaire, composé de particules chargées électriquement, qui a alors progressivement grignoté cette couche de gaz, la faisant presque disparaître... (Notre atmosphère terrestre a elle été protégée du vent solaire grâce au champ magnétique qui agit comme un bouclier !)

Lorsqu'il y a des tempêtes sur Mars, l'atmosphère devient très poussiéreuse, et le ciel se teinte de rouge : un vrai décor apocalyptique ! Ces particules de poussière s'envolent avec un simple souffle car la gravité de Mars est très faible (38 % de celle de la Terre). Elles restent ensuite en suspension car il n'y a pas de précipitations pour les lessiver.

Les plus grands volcans du Système solaire

Sur Mars se dressent les plus hauts reliefs du Système solaire ! Ces formations géologiques sont, pour la plupart, des " volcans boucliers ", en référence à leur forme de cône aplati. Le plus large d'entre eux est l'Alba Mons, qui a un diamètre d'environ 1 600 km, soit plus long que la France du nord au sud ! Le plus haut sommet est l'Olympus Mons, qui culmine à 22 km d'altitude (presque 3 fois le mont Everest).

Le Bassin boréal, situé sur Mars, serait selon certains un bassin d'impact (c'est-à-dire un cratère d'impact de très grande dimension) de 8 500 par 10 600 km de long, soit 40% de la surface de la planète !

Une cousine éloignée de la Terre ?

La Terre et Mars partagent quelques points communs. Sur les deux planètes, on retrouve par exemple de l'eau ! Cependant, impossible de se baigner sur Mars, l'eau n'y est présente que sous son état gazeux (vapeur d'eau) ou solide (glace). De par la pression et la température martiennes, il est aujourd'hui impossible de trouver de l'eau liquide à la surface de la planète rouge. Mais les scientifiques ont montré qu'il y a des milliards d'années, il y a eu des lacs, des océans, des mers et des rivières !

L'inclinaison de l'axe de rotation des planètes bleue et rouge est aussi très similaire : 23,5° pour la Terre et 25,2° pour Mars. L'année martienne est ainsi également rythmée par le printemps, l'été, l'automne et l'hiver ! Mais ces saisons sont d'intensité et de durée variables en fonction de son hémisphère : au nord, les hivers sont courts et doux tandis qu'au sud, ils sont longs et plus froids. Ces différences sont liées à la position de Mars par rapport au Soleil, et à la forme de son orbite.

Mars possède deux satellites naturels : Phobos et Déimos. Ce sont des petits corps : le premier est 7 millions de fois moins massif que notre Lune, et le second presque 50 millions de fois ! Phobos, qui orbite à moins de 6 000 km de la planète, a une forme surprenante, et une surface toute bosselée de cratères d'impact. D'ici quelques millions d'années, cette lune va se désagréger dans l'atmosphère martienne, et former un anneau autour de la planète ! La 2ᵉ lune est Déimos, encore plus petite que Phobos. Elle orbite à 23 000 km de Mars, et son look est aussi atypique que celui de sa grande sœur. Dans la mythologie, leurs noms sont ceux donnés aux enfants qu'ont eu la déesse de la beauté Aphrodite avec le dieu de la guerre Arès. Phobos signifie la peur et Déimos la terreur.

Les Martiens

Je Mars seul... ou presque !

Mars est la planète la plus explorée de notre Système solaire. Elle est très convoitée car elle est relativement accessible : elle se situe en moyenne à 62 millions de km de la Terre (contre 591 millions de km pour Jupiter par exemple).

La star des programmes spatiaux

Son exploration débute moins de 10 ans après la première mise en orbite du satellite Spoutnik (1957), avec l'engin étasunien Mariner 4 qui survole la planète rouge en 1965. En s'approchant de Mars, la sonde permet de confirmer qu'il n'y a pas de canaux, ni de vie sur la planète.

Aujourd'hui, près d'une soixantaine d'engins, principalement soviétiques et américains, s'est approchée de Mars, et certains ont même foulé ce désert rouge. De plus en plus d'agences spatiales accomplissent des missions spatiales vers Mars. Les Emirats arabes unis ont par exemple placé en orbite la sonde Hope en 2021, qui a pris le premier cliché de la face cachée du satellite Déimos. Hope a pour mission originale d'étudier les changements météorologiques martiens.

Chaque succès vers Mars constitue une véritable prouesse technique. Le taux de réussite des missions martiennes ne dépasse pas les 50%, soit 1 chance sur 2 de se louper ! Certaines missions échouent totalement, comme l'orbiteur japonais Nozomi qui n'a pas pu atteindre Mars du fait d'une grave anomalie électrique. D'autres projets sont des succès en demi-teinte : la mission européenne ExoMars reposait sur la mise en orbite du satellite Trace Gas Orbiter (TGO), et sur l'atterrissage de Schiaparelli. L'atterrisseur s'est hélas écrasé à la surface de Mars. Mais la sonde TGO est opérationnelle depuis 2016. Malgré son crash, Schiaparelli a transmis des informations techniques sur sa descente vers Mars. Ces données ont notamment permis de comprendre la cause de l'échec : une anomalie du logiciel de bord !

Les robots contre-attaquent !

Au cours des dernières décennies, nous avons dépassé nos limites pour en apprendre toujours plus sur Mars ! Que ce soit en l'observant de loin, en se posant à sa surface ou en explorant ses paysages, les engins d'exploration ont récolté une immense quantité d'informations.

On trouve aujourd'hui 7 sondes actives en orbite autour de Mars. Les doyennes sont Mars Odyssey (NASA) et Mars Express (ESA), lancées respectivement en 2001 et 2003. Mars Express a fêté sa 25 000ᵉ orbite en octobre 2023, alors qu'elle ne devait fonctionner qu'une année martienne - soit environ 2 ans terrestres. En plus de cartographier et photographier les régions martiennes, les orbiteurs servent aussi de relais de communication pour les engins posés sur Mars. Le rover ou l'atterrisseur lui transmet des données, que l'orbiteur retransmet ensuite vers la Terre. Mars Express a par exemple fonctionné comme relais de soutien pour le rover chinois Zhurong.

Les premiers atterrisseurs à se poser (et à survivre) sur Mars sont Viking 1 et 2, à la fin des années 1970. Ils ont réalisé les premières analyses du sol martien in situ, c'est-à-dire sur place - alors que nous n'avions jusqu'alors accès qu'à des météorites martiennes. En 2018, l'atterrisseur InSight de la NASA s'est posé sur Mars, et avec lui, le sismomètre SEIS développé par la France et chargé d'étudier la structure interne et l'activité sismique de la planète. Cependant, ce type d'engins n'est pas conçu pour se déplacer, contrairement aux rovers qui sont dotés de roues.

Les distances parcourues par les rovers (ou astromobiles) ne cessent d'augmenter au fil du temps : l'engin Sojourner, déposé en 1997, n'avait parcouru que 100 m, contre 45 km entre 2004 et 2018 pour Opportunity. Durant ces road trips, les rovers sont les yeux, les mains et les jambes des scientifiques : véritables laboratoires mobiles ! Mais ce n'est pas sans risque : le rover Curiosity, envoyé sur Mars en 2012, a par exemple subi des pannes électroniques à cause des rayonnements solaires ! Les cailloux tranchants sont aussi en train de dégrader ses roues. Mais Curiosity est coriace : depuis plus de 10 ans, cet engin aussi lourd qu'une Twingo sillonne monts et vallées afin de déterminer si la planète a connu des conditions environnementales favorables à la vie. Sa caméra chimique appelée ChemCam, un instrument scientifique de conception française, lui permet d'analyser la composition des roches.

Les succès des engins scientifiques vers et sur Mars

Les rovers martiens ont ainsi permis de grandes découvertes scientifiques. Déposé en 2021, Perseverance a par exemple confirmé la présence d'eau, il y a 3,6 milliards d'années, dans le cratère martien Jezero. La NASA et l'agence spatiale européenne (ESA) devraient prochainement travailler en collaboration pour rapatrier sur Terre des échantillons récoltés par Perseverance via la mission MSR ( Mars Sample Return). C'est un véritable relais spatial qui va avoir lieu : un premier atterrisseur équipé d'une petite fusée récupérera les tubes d'échantillons apportés par Perseverance. La précieuse poussière martienne dans sa soute, la fusée s'envolera ensuite en orbite martienne où elle sera capturée par un orbiteur européen qui les enverra sur Terre, probablement en 2033.

Le 2ᵉ volet de la mission européenne ExoMars débutera en 2028, avec le lancement du rover Rosalind Franklin. L'engin sera équipé d'un attirail d'équipements scientifiques pour repérer des formes de vie passée sur la planète rouge.

Prochaine étape : les vols habités ?

Les humains sur Mars : science-fiction ou réalité ? Les agences spatiales se creusent la tête depuis des décennies afin de savoir comment envoyer des astronautes vers Mars. Après la Lune, c'est en effet la prochaine étape logique de l'aventure humaine dans l'espace. Mais ce n'est pas une mince affaire, et une multitude de contraintes sont à prendre en compte dans l'élaboration de telles missions.

C'est pour quand le 1er pas sur Mars ?

Le premier défi est technique : construire des fusées, encore plus massives que celles actuelles, pour transporter les dizaines de tonnes de matériel nécessaires à une vie sur Mars - eau, nourriture, équipements et appareils scientifiques. D'autres contraintes relèvent de l'environnement de la planète : les radiations cosmiques qui irradient Mars, ses tempêtes et, évidemment, l'absence d'oxygène. Enfin, les astronautes volontaires devront supporter l'isolement et le confinement, sans possibilité d'une assistance terrestre directe ! Il y a de grandes chances pour que d'ici quelques années, des astronautes aient survolé Mars. Mais pour ce qui est de les faire atterrir, et vivre sur la planète rouge, il faudra encore un peu de patience...

Marcher sur Mars | Défis Martiens

Quizz

Sur Mars, on trouve les plus hauts sommets de tout le Système solaire, dont l'Olympus Mons qui culmine à 22 000 m d'altitude. Selon vous, pourquoi trouve-t-on des volcans aussi grands ?

A - Parce qu'il n'y a pas de tectonique des plaques sur Mars.

B - Parce que très peu de météorites s'écrasent sur Mars, ce qui conserve les reliefs.

C - Parce que la planète est si vieille que les volcans ont eu beaucoup de temps pour se développer.

D - Car la gravité est plus faible sur Mars que sur Terre

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Nous avons tous l'image de Mars en tête : une planète, rouge, rocheuse, désertique. Mais celle que l'on appelle " la planète rouge " possède bien d'autres caractéristiques surprenantes, que les humains essaient de décrypter, en y envoyant des engins scientifiques depuis plus de 60 ans !

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Jupiter est la plus grosse planète de notre Système solaire. Son atmosphère d’hélium et d’hydrogène contient de gros nuages colorés, et son immense magnétosphère, ses anneaux et satellites en font à elle seule un véritable système planétaire. Une des plus grosses lunes de Jupiter, Io, possède des volcans qui font de sa surface la plus chaude de tout le système solaire. Au moins quatre des satellites de Jupiter possèdent une atmosphère, et au moins trois sont susceptibles de contenir de l’eau à l’état liquide ou partiellement gelée. Il se peut qu’Europe, un autre satellite de Jupiter, possède tout un océan d’eau liquide sous sa croûte glacée !
La lune Callisto est très éloignée de Jupiter, et semble particulièrement âgée. Quant à Ganymède, c'est le plus gros des satellites joviens : il est plus grand que la planète Mercure !

Taille : 142984 km de diamètre
Masse : 1.90 × 10^27 kg (318 Terres)
Distance au soleil : 778,5 millions de km
Distance depuis la Terre : 600 Millions de km
Température : -161°C
1 jour jovien : 10 heures
1 année jovienne : 12 ans terrestres
Missions vers Jupiter : Galileo, Juno
Surface : Gaz d’hydrogène et d’hélium

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Jupiter

Jupiter vue par Voyager 2 en 1979
(image retraitée en 1990 pour souligner les formations telles que la Grande Tache rouge).

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

778 340 000 km
(5,202 89 au)

Aphélie

816 000 000 km
(5,454 6 au)

Périhélie

740 680 000 km
(4,951 1 au)

Circonférence orbitale

4 887 600 000 km
(32,671 6 au)

Période de révolution

4 332,01 d
(≈ 11,86 a)

Période synodique

398,822 d

Vitesse orbitale moyenne

13,058 5 km/s

Vitesse orbitale maximale

13,714 km/s

Vitesse orbitale minimale

12,448 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

1,304 °

Nœud ascendant

100,5 °

Argument du périhélie

274,255 °

Satellites connus
79

Anneaux connus

3 principaux.

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

71 492 km
(11,209 Terres)

Rayon polaire

66 864 km
(10,517 Terres)

Rayon moyen
volumétrique

69 911 km
(10,973 Terres)

Périmètre équatorial

449 197 km
(11,21 Terres)

Superficie

6,14×10 ¹⁰ km²
(120,5 Terres)

Volume

1,431 28×10 ¹⁵ km³
(1 321,3 Terres)

Masse

1,898 6×10 ²⁷ kg
(317,8 Terres)

Masse volumique globale

1 326 kg/m³

Gravité de surface

24,796 424 9 m/ s ²
(2,358 g)

Vitesse de libération

59,5 km/s

Période de rotation
(jour sidéral)

0,413 51 9 d
( h 55 min 27,3 s)

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

47 051 km/h

Irradiance solaire

50,50 W/ m²
(0,037 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

110,0 K (−163 °C)

* Température à 10 k Pa

112 K (−161 °C)

* Température à 100 k Pa

165 K (−108 °C)

Caractéristiques de l'atmosphère

Masse volumique
à 100 k Pa

0,16 kg/m³

Hauteur d'échelle

27 km

Masse molaire moyenne

2,22 g/mol

Histoire

Divinité babylonienne

Marduk

Divinité grecque

Ζεύς

Nom chinois
(élément associé)

Mùxīng 木星 (bois)

Jupiter est une planète géante gazeuse. Il s'agit de la plus grosse planète du Système solaire, plus volumineuse et massive que toutes les autres planètes réunies, et la cinquième planète par sa distance au Soleil (après Mercure, Vénus, la Terre et Mars).

Jupiter est ainsi officiellement nommée, en français comme en anglais, d'après le dieu romain Jupiter, assimilé au dieu grec Zeus.

Le symbole astronomique de la planète était " ♃ ", qui serait une représentation stylisée du foudre de Jupiter, ou bien serait dérivé d'un hiéroglyphe ou, comme cela ressortirait de certains papyrus d'Oxyrhynque, de la lettre grecque zêta, initiale du grec ancien Ζεύς (). L' Union astronomique internationale recommande de substituer au symbole astronomique " ♃ " l' abréviation " J ", correspondant à la lettre capitale J de l' alphabet latin, initiale de l'anglais .

Visible à l'œil nu dans le ciel nocturne, Jupiter est habituellement le quatrième objet le plus brillant de la voûte céleste, après le Soleil, la Lune et Vénus. Parfois, Mars apparaît plus lumineuse que Jupiter et, de temps en temps, Jupiter apparaît plus lumineuse que Vénus. Jupiter était au périhélie le et à l' aphélie le .

Comme sur les autres planètes gazeuses, des vents violents, de près de 600 km/h, parcourent les couches supérieures de la planète. La Grande Tache rouge est un anticyclone, une zone de surpression observée depuis au moins le siècle. Trois fois plus grande que la Terre au début du siècle, elle a rétréci pour devenir de taille comparable un siècle plus tard.

Regroupant Jupiter et les objets se trouvant dans sa sphère d'influence, le système jovien est une composante majeure du Système solaire externe. Il comprend notamment les nombreuses lunes de Jupiter dont les quatre lunes galiléennes - Io, Europe, Ganymède et Callisto - qui, observées pour la première fois en 1610 par Galilée au moyen d'une lunette astronomique de son invention, sont les premiers objets découverts par l' astronomie télescopique. Il comprend aussi les anneaux de Jupiter, un système d' anneaux planétaires observés pour la première fois, en 1979, par la sonde spatiale américaine .

L'influence de Jupiter s'étend, au-delà du système jovien, à de nombreux objets dont les astéroïdes troyens de Jupiter.

La masse jovienne est une unité utilisée pour exprimer la masse d' objets substellaires tels que les naines brunes.

Caractéristiques physiques

La haute atmosphère de Jupiter est composée à 93 % d' hydrogène et 7 % d' hélium en nombre d'atomes, ou à 86 % de dihydrogène et 13 % d'hélium en nombre de molécules. En masse, l'atmosphère est approximativement constituée de 75 % d'hydrogène et de 24 % d'hélium, le pourcentage restant étant apporté par divers autres éléments et composés chimiques (traces de méthane, de vapeur d'eau, d' ammoniac, très petites quantités de carbone, d' éthane, de sulfure d'hydrogène, de néon, d' oxygène, d' hydrure de phosphore et de soufre). La couche la plus externe de la haute atmosphère contient des cristaux d'ammoniac,.

Par mesures infrarouges et ultraviolettes, des traces de benzène et d'autres hydrocarbures ont également été détectées. L'intérieur de Jupiter contient des matériaux plus denses et la distribution par masse est de 71 % d'hydrogène, 24 % d'hélium et 5 % d'autres éléments.

Les proportions d'hydrogène et d'hélium dans la haute atmosphère sont proches de la composition théorique de la nébuleuse planétaire qui aurait donné naissance au Système solaire. Néanmoins, le néon n'y est détecté qu'à hauteur de vingt parties par million en termes de masse, un dixième de ce qu'on trouve dans le Soleil. L'hélium y est également en défaut, mais à un degré moindre. Cette absence pourrait résulter de la précipitation de ces éléments vers l'intérieur de la planète,,. Les gaz inertes lourds sont deux à trois fois plus abondants dans l'atmosphère de Jupiter que dans le Soleil.

Par spectroscopie, on pense que Saturne possède une composition similaire, mais qu' Uranus et Neptune sont constituées de beaucoup moins d'hydrogène et d'hélium. Cependant, aucune sonde n'ayant pénétré l'atmosphère de ces géantes gazeuses, les données d'abondance des éléments plus lourds ne sont pas connues.

Jupiter est 2,5 fois plus massive que toutes les autres planètes du Système solaire réunies, tellement massive que son barycentre avec le Soleil est situé à l'extérieur de ce dernier, à environ 1,068 rayon solaire du centre du Soleil. Par ailleurs, son diamètre est 11 fois plus grand que celui de la Terre (environ 143 000 km) et on pourrait placer environ 1 322 corps de la taille de cette dernière dans le volume occupé par la géante gazeuse[source insuffisante]. En revanche, la densité de Jupiter n'est que le quart de celle de la Terre (0,240 fois, précisément) : elle n'est donc que 318 fois plus massive que cette dernière,.

Cette masse a eu une grande influence gravitationnelle sur la formation du Système solaire : la plupart des planètes et des comètes de courte période sont situées près de Jupiter et les lacunes de Kirkwood de la ceinture d'astéroïdes lui sont dues en grande partie,.

Si Jupiter était plus massive, on pense que son diamètre serait plus petit. L'intérieur de la planète serait plus comprimé par une plus grande force gravitationnelle, décroissant sa taille. Par conséquent, Jupiter posséderait le diamètre maximal d'une planète de sa composition et de son histoire. La planète a parfois été décrite comme une " étoile ratée ", mais il faudrait qu'elle possède 13 fois sa masse actuelle pour démarrer la fusion du deutérium et être cataloguée comme une naine brune et 70 à 80 fois pour devenir une étoile. La plus petite naine rouge connue, à date de 2017, est 85 fois plus massive mais légèrement moins volumineuse que Jupiter (84 % de son rayon).

Des exoplanètes beaucoup plus massives que Jupiter ont été découvertes. Ces planètes pourraient être des géantes gazeuses semblables à Jupiter, mais pourraient appartenir à une autre classe de planètes, celle des Jupiter chauds, parce qu'elles sont très proches de leur étoile primaire.

Jupiter rayonne plus d' énergie qu'elle n'en reçoit du Soleil. La quantité de chaleur produite à l'intérieur de la planète est presque égale à celle reçue du Soleil. Le rayonnement additionnel est généré par le mécanisme de Kelvin-Helmholtz, par contraction adiabatique. Ce processus conduit la planète à rétrécir de 2 cm chaque année. Lorsque Jupiter s'est formée, elle était nettement plus chaude et son diamètre était double.

Jupiter montre un renflement équatorial important : le diamètre au niveau de (142 984 km) est 6 % plus important que le diamètre au niveau des pôles (133 708 km). La plupart des planètes, y compris la Terre, possèdent ce genre d' aplatissement à des degrés divers, qui dépend de la vitesse de rotation de la planète, de sa composition interne plus ou moins solide et de la masse de son noyau. Plus un noyau est massif, moins le renflement est important, toutes choses étant égales par ailleurs.

Ainsi, il est possible d'en tirer des enseignements sur la structure interne de Jupiter. Les trajectoires des sondes Voyager 1 et 2 ont été analysées, le renflement provoquant des déviations spécifiques des trajectoires. La caractérisation précise du renflement, ainsi que les données connues concernant la masse et le volume de Jupiter, montrent que cette planète doit posséder un noyau dense et massif, de l'ordre de 12 masses terrestres.

Les connaissances sur la composition planétaire de Jupiter sont relativement spéculatives et ne reposent que sur des mesures indirectes. Selon l'un des modèles proposés, Jupiter ne posséderait aucune surface solide, la densité et la pression augmentant progressivement vers le centre de la planète. Selon une autre hypothèse, Jupiter pourrait être composée d'un noyau rocheux ( silicates et fer) comparativement petit (mais néanmoins de taille comparable à celle de la Terre, et de dix à quinze fois la masse de celle-ci),, entouré d' hydrogène en phase métallique qui occupe 78 % du rayon de la planète,. Cet état serait liquide, à la manière du mercure. Il est dénommé ainsi car la pression est telle que les atomes d' hydrogène s' ionisent, formant un matériau conducteur. Cet hydrogène métallique serait lui-même entouré d' hydrogène liquide, à son tour entouré d'une fine couche d' hydrogène gazeux. Ainsi, Jupiter serait en fait une planète essentiellement liquide.

Des expériences ayant montré que l'hydrogène ne change pas de phase brusquement (il se trouve bien au-delà du point critique), il n'y aurait pas de délimitation claire entre ces différentes phases, ni même de surface à proprement parler. Quelques centaines de kilomètres en dessous de la plus haute atmosphère, la pression provoquerait une condensation progressive de l'hydrogène sous forme d'un brouillard de plus en plus dense, qui formerait finalement une mer d'hydrogène liquide,,. Entre 14 000 et 60 000 km de profondeur, l'hydrogène liquide céderait la place à l'hydrogène métallique de façon similaire. Des gouttelettes de démixtion, plus riches en hélium et néon se précipiteraient vers le bas à travers ces couches, appauvrissant ainsi la haute atmosphère en ces éléments.

Les énormes pressions générées par Jupiter entraînent les températures élevées à l'intérieur de la planète, par un phénomène de compression gravitationnelle ( mécanisme de Kelvin-Helmholtz) qui se poursuit encore de nos jours, par une contraction résiduelle de la planète.

Des résultats de 1997 du Laboratoire national de Lawrence Livermore indiquent qu'à l'intérieur de Jupiter, la transition de phase à l'hydrogène métallique se fait à une pression de 140 GPa (1,4 Mbar) et une température de 3 000 . La température à la frontière du noyau serait de l'ordre de 15 000 et la pression à l'intérieur d'environ 3 000 à 4 500 GPa (30−45 Mbar), tandis que la température et la pression au centre de Jupiter seraient de l'ordre de 70 000 K et 70 Mbar, soit plus de dix fois plus chaudes que la surface du Soleil.

La faible inclinaison de l'axe de Jupiter fait que ses pôles reçoivent bien moins d'énergie du Soleil que sa région équatoriale. Ceci causerait d'énormes mouvements de convection à l'intérieur des couches liquides et serait ainsi responsable des forts mouvements des nuages dans son atmosphère.

L' atmosphère jovienne comporte trois couches de nuages distinctes :

La combinaison des nuages d'eau et de la chaleur provenant de l'intérieur de la planète est propice à la formation d' orages. La foudre engendrée est jusqu'à 1 000 fois plus puissante que celle observée sur la Terre.

L'atmosphère externe de Jupiter subit une rotation différentielle, remarquée pour la première fois par Giovanni Domenico Cassini en 1690, qui a aussi estimé sa période de rotation. La rotation de l'atmosphère polaire de Jupiter est d'environ 5 minutes plus longue que celle de l'atmosphère à la ligne équatoriale. De plus, des bancs de nuages circulent le long de certaines latitudes en direction opposée des vents dominants. Des vents d'une vitesse de 360 km/h y sont communs. Ce système éolien serait causé par la chaleur interne de la planète. Les interactions entre ces systèmes circulatoires créent des orages et des turbulences locales, telles la Grande Tache rouge, un large ovale de près de 12 000 km sur 25 000 km d'une grande stabilité, puisque déjà observé avec certitude depuis au moins 1831 et possiblement depuis 1665. D'autres taches plus petites ont été observées depuis le ,,.

La couche la plus externe de l'atmosphère de Jupiter contient des cristaux de glace d' ammoniac. Les couleurs observées dans les nuages proviendraient des éléments présents en quantité infime dans l'atmosphère, sans que les détails soient là non plus connus. Les zones de nuages varient d'année en année en termes de largeur, couleur et intensité, mais sont toutefois assez stables pour que les astronomes leur assignent des noms.

D'après une étude américaine de 2013, dirigée par Mona Delitsky du California Speciality Engineering et Kevin Baines de l' Université du Wisconsin à Madison, des diamants se formeraient dans l'atmosphère de Jupiter et de Saturne à partir du méthane atmosphérique. Cette étude rejoint toutes celles suggérant la production hypothétique de diamants dans les planètes gazeuses massives mais, leur observation étant absente, elles restent purement théoriques. En 2017 de nouvelles expériences simulant les conditions présumées régner 10 000 km sous la surface d'Uranus et de Neptune viennent conforter ce modèle en produisant des diamants de taille nanométrique. Ces température et pression extrêmes ne peuvent pas être maintenues plus d'une nanoseconde en laboratoire, mais elles sont atteintes dans les profondeurs de Neptune ou d'Uranus, où des nanodiamants pourraient se former.

Mouvement de l'atmosphère de Jupiter (depuis Voyager 1 , avec une image par jour jovien, entre le 6 janvier et le 3 février 1979).

Nuages dans l'hémisphère nord de Jupiter, photographiés par Juno en octobre 2017, à une altitude de 18 906 km.

La Grande Tache rouge est une tempête anticyclonique persistante située à 22° au sud de l'équateur de Jupiter. Son existence est connue depuis au moins 1831 et peut-être depuis 1665. Des modèles mathématiques suggèrent que la tempête est stable, et est une caractéristique permanente de la planète. Elle est suffisamment grande pour être visible au travers de télescopes depuis la Terre.

La Grande Tache rouge présente une forme ovale, de 24 à 40 000 km de long sur 12 000 km de large, suffisamment grande pour contenir deux ou trois planètes de la taille de la Terre. L'altitude maximale de la tempête est située à environ 8 km au-dessus du sommet des nuages environnants. Elle tourne sur elle-même dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, avec une période d'environ 6 jours ; les vents soufflent à plus de 400 km/h sur ses bords.

Des tempêtes de ce genre ne sont pas inhabituelles dans l'atmosphère des géantes gazeuses. Jupiter possède également des ovales blancs et bruns de plus petite taille. Les ovales blancs sont plutôt constitués de nuages relativement froids à l'intérieur de la haute atmosphère. Les ovales bruns sont plus chauds et situés à l'intérieur de la couche nuageuse habituelle. De telles tempêtes peuvent exister pendant des heures ou des siècles.

La Grande Tache rouge est entourée d'un ensemble complexe d'ondes de turbulence qui peuvent donner naissance à un ou plusieurs petits anticyclones satellites. Restant à une distance stable de l'équateur, elle possède une période de rotation propre, légèrement différente du reste de l'atmosphère avoisinante, parfois plus lente, d'autres fois plus rapide : depuis l'époque où elle est connue, elle a fait plusieurs fois le tour de Jupiter par rapport à son environnement proche.

En l'an 2000, une autre tache s'est formée dans l'hémisphère sud, similaire en apparence à la Grande Tache rouge, mais plus petite. Elle a été créée par la fusion de plusieurs tempêtes ovales blanches plus petites (observées pour la première fois en 1938). La tache résultante, nommée et surnommée Red Spot Junior (Petite Tache rouge en anglais, par rapport à la grande appelée Great Red Spot), a depuis accru son intensité et est passée du blanc au rouge,,.

Jupiter possède plusieurs anneaux planétaires, très fins, composés de particules de poussières continuellement arrachées aux lunes les plus proches de la planète lors de micro-impacts météoriques du fait de l'intense champ gravitationnel de la planète. Ces anneaux sont en fait tellement fins et sombres qu'ils ne furent découverts que lorsque la sonde s'approcha de la planète en 1979. Du plus près au plus lointain du centre de la planète, les anneaux sont regroupés en trois grandes sections :

le halo : entre 92 000 km et 122 500 km du centre de la planète ; le halo est un anneau en forme de tore, élargi par le champ magnétique de Jupiter ;

l'anneau principal : entre 122 500 km et 128 940 km du centre de Jupiter et épais de seulement 30 km ; il est probablement composé de poussières provenant des satellites Adrastée et Métis ;

l' : entre 128 940 km et 280 000 km du centre. Avant 181 350 km, il est constitué de poussières provenant d'Amalthée. Après, elles proviennent de Thébé. Cet anneau est très peu dense (gossamer signifie " gaze " en anglais), nettement plus épais que le précédent (plusieurs milliers de kilomètres) et s'évanouit progressivement dans le milieu interplanétaire.

Ces anneaux sont constitués de poussières et non de glace comme c'est le cas des anneaux de Saturne. Ils sont également extrêmement sombres, avec un albédo de l'ordre de 0,05.

Il existe également un anneau externe extrêmement ténu et distant qui tourne autour de Jupiter en sens rétrograde. Son origine est incertaine mais pourrait provenir de poussière interplanétaire capturée.

Jupiter possède un champ magnétique, 14 fois plus puissant que celui de la Terre, allant de 4,2 à l'équateur à 10 à 14 G aux pôles, ce qui en fait le plus intense du Système solaire (à l'exception des taches solaires). Les données transmises par la sonde font état d'un champ magnétique global de 7,776 , soit près de deux fois plus intense que le champ précédemment estimé. Il proviendrait des mouvements de la couche très conductive d' hydrogène métallique qui, par sa rotation rapide (Jupiter fait un tour sur elle-même en moins de dix heures), agit comme une immense dynamo. La magnétosphère de la planète correspond à la région où le champ magnétique de Jupiter est prépondérant sur toute autre force.

La magnétosphère possède une forme globale semblable à une goutte d'eau très distendue. La partie incurvée fait toujours face au Soleil et dévie le vent solaire, provoquant un arc de choc à environ 75 rayons de la planète (3 millions de km). À l'opposé de Jupiter et du Soleil, une immense magnéto-queue s'étend par-delà l'orbite de Saturne, sur une distance de 650 millions de km, soit presque la distance entre Jupiter et le Soleil. Vu de la Terre, la magnétosphère apparaît cinq fois plus grande que la pleine Lune, malgré la distance. La magnétosphère est entourée d'une magnétopause, située sur le bord interne d'une magnétogaine où le champ magnétique de la planète décroît et se désorganise. Les quatre lunes principales de Jupiter sont à l'intérieur de la magnétosphère et donc protégées des vents solaires.

La magnétosphère de Jupiter est à l'origine de deux structures spectaculaires : le tore de plasma de Io, et le tube de flux de Io. Le différentiel de vitesse entre le champ magnétique en rotation rapide de Jupiter (un tour en 10 heures environ) et la rotation plus lente de Io autour de Jupiter (un tour en 40 heures) arrache de l'atmosphère de Io (ainsi que d' Europe, dans une moindre mesure) environ une tonne d'ions de soufre et d'oxygène par seconde et accélère ces ions à grande vitesse, de sorte qu'ils effectuent également un tour de Jupiter en dix heures. Ces ions forment un gigantesque tore autour de Jupiter, dont le diamètre équivaut au diamètre de Jupiter elle-même. L'interaction du tore avec Io génère une différence de potentiel de 400 000 volts avec la surface de Jupiter, produisant un puissant courant de plusieurs millions d' ampères qui circule entre Io et les pôles de Jupiter, formant un tube de flux suivant les lignes de champ magnétique. Ce phénomène produit une puissance de l'ordre de 2,5 .

La situation d'Io, à l'intérieur d'une des plus intenses ceintures de rayonnement de Jupiter, a interdit un survol prolongé du satellite par la sonde Galileo qui a dû se contenter de 6 survols rapides de la lune galiléenne entre 1999 et 2002, en se gardant de pénétrer au sein du tore de particules englobant l'orbite du satellite, particules qui auraient été fatales au fonctionnement de la sonde,.

Des particules d' hydrogène de l' atmosphère jovienne sont également capturées dans la magnétosphère. Les électrons de la magnétosphère provoquent un intense rayonnement radio dans une large gamme de fréquence (de quelques kilohertz à 40 MHz). Lorsque la trajectoire de la Terre intercepte ce cône d'émissions radio, celles-ci dépassent les émissions radio en provenance du Soleil.

La magnétosphère jovienne permet la formation d'impressionnantes aurores polaires. Les lignes de champ magnétique entraînent des particules à très haute énergie vers les régions polaires de Jupiter. L'intensité du champ magnétique est 10 fois supérieure à celui de la Terre et en transporte 20 000 fois l'énergie.

La distance moyenne entre Jupiter et le Soleil est de 778 300 000 km (environ 5,2 fois la distance moyenne entre la Terre et le Soleil) et la planète boucle une orbite en 11,86 ans. L'orbite de Jupiter est inclinée de 1,31° par rapport à celle de la Terre. Du fait d'une excentricité de 0,048, la distance entre Jupiter et le Soleil varie de 75 000 000 km entre le périhélie et l' aphélie,.

La rotation de Jupiter est la plus rapide du Système solaire : la planète effectue une rotation sur son axe en un peu moins de ; cette rotation produit une accélération centrifuge à l'équateur, y conduisant à une accélération nette de 23,12 (la gravité de surface à l'équateur est de 24,79 ). La planète a ainsi une forme oblate, renflée à l'équateur et aplatie aux pôles, un effet facilement perceptible depuis la Terre à l'aide d'un télescope amateur. Le diamètre équatorial est 9 275 km plus long que le diamètre polaire.

Jupiter n'étant pas un corps solide, sa haute atmosphère subit un processus de rotation différentielle. La rotation de la haute atmosphère jovienne est environ 5 minutes plus longue aux pôles qu'à l'équateur. En conséquence, trois systèmes sont utilisés comme référentiel, particulièrement pour tracer les mouvements de caractéristiques atmosphériques. Le premier système concerne les latitudes entre 10° N et 10° S, le plus court, avec une période de . Le deuxième système s'applique aux latitudes au nord et au sud de cette bande, d'une période de . Le troisième système fut initialement défini par les radio-astronomes et correspond à la rotation de la magnétosphère de la planète : sa période est la période " officielle ", .

Jupiter possède 79 satellites naturels confirmés dont 50 nommés. Quatre sont de grands satellites, connus depuis plusieurs siècles et regroupés sous la dénomination de " lunes galiléennes " : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Les autres satellites sont nettement plus petits et tous irréguliers ; 12 possèdent une taille encore significative (plus de 10 km de diamètre), 26 entre 3 et 10 km de diamètre et 24 autres entre 1 et 2 km de diamètre.

Les 16 satellites principaux ont été nommés d'après les conquêtes amoureuses de Zeus, l'équivalent grec du dieu romain Jupiter.

En 1610, Galilée découvrit les quatre plus importants satellites de Jupiter, les lunes galiléennes, qu'il nomma " planètes médicéennes " en l'honneur de ses protecteurs les princes de la famille Médicis. C'était la première observation de lunes autres que celle de la Terre. Ganymède, avec ses 5 262 km de diamètre, est le plus gros satellite du Système solaire. Callisto, 4 821 km de diamètre, est à peu de chose près aussi grand que Mercure. Io et Europe ont une taille similaire à celle de la Lune. Par comparaison, la plus grande lune de Jupiter est Amalthée, un satellite irrégulier dont la plus grande dimension n'atteint que 262 km. Trois de ces quatre satellites galiléens sont très rapprochés de Jupiter : Io, Europe et Ganymède.

Les orbites d'Io, Europe et Ganymède sont en résonance orbitale. Quand Ganymède tourne une fois autour de Jupiter, Europe tourne exactement deux fois et Io quatre fois. En conséquence, les orbites de ces lunes sont déformées elliptiquement, chacune d'elles recevant en chaque point de son orbite un petit plus gravitationnel de la part des deux autres.

Avant la mission Voyager, les lunes de Jupiter étaient parfaitement classées en quatre groupes de quatre, sur la base de leurs éléments orbitaux. Depuis lors, les découvertes de nouvelles lunes de petite taille sont venues contredire cette classification. On considère maintenant qu'il existe six groupes principaux, certains groupes étant plus particularisés que d'autres.

Une subdivision de base consiste à regrouper les huit satellites intérieurs, de tailles très diverses mais possédant des orbites circulaires très faiblement inclinées par rapport à l'équateur de Jupiter, et dont la recherche pense qu'ils se sont formés en même temps que la géante gazeuse. Cet ensemble peut être subdivisé en deux sous-groupes :

le groupe interne n'a été découvert que par la mission Voyager, à l'exception d'Amalthée. Tous ces satellites ont un diamètre de moins de 200 km et orbitent à moins de 200 000 km du centre de Jupiter, sur des orbites à peine inclinées, moins d'un demi-degré. Il s'agit du groupe d'Amalthée, lequel se compose de Métis, Adrastée, Amalthée et Thébé ;

les quatre satellites galiléens ont été découverts par Galilée en 1610. Ils sont parmi les plus grosses lunes du Système solaire. Ils orbitent entre 400 000 km et 2 000 000 km : Io, Europe, Ganymède et Callisto.

la petite lune Thémisto forme un groupe à elle seule ;

le groupe d'Himalia, découvert au siècle avant les sondes Voyager, comprend cinq lunes de 170 km de diamètre ou moins, orbitant entre 11 000 000 et 13 000 000 km sur des orbites inclinées de 26° à 29° : Léda, Himalia, Lysithéa, Élara et ;

la petite lune Carpo forme un autre groupe isolé, aux caractéristiques intermédiaires entre le groupe d'Himalia et celui de Pasiphaé ;

trois groupes externes, sur des orbites rétrogrades. Les plus gros satellites sont Ananké, Carmé, Pasiphaé et Sinopé, mais beaucoup de lunes minuscules ont été découvertes récemment dans cette zone. En , 48 représentants sont connus :

le groupe d'Ananké, aux limites indistinctes, orbitant vers 21 276 000 km suivant une inclinaison de 149°,

le groupe de Carmé, un groupe assez distinct situé vers 23 404 000 km avec une inclinaison de 165°,

le groupe de Pasiphaé, un groupe dispersé et assez lâche regroupant toutes les autres lunes. Il présente des satellites de 60 km de diamètre ou moins, orbitant entre 17 000 000 km et 30 000 000 km sur des orbites rétrogrades inclinées de 145° à 165°.

Interaction avec le Système solaire

Avec celle du Soleil, l'influence gravitationnelle de Jupiter a modelé le Système solaire. Les orbites de la plupart des planètes sont plus proches du plan orbital de Jupiter que du plan équatorial du Soleil ( Mercure est la seule qui fasse exception). Les lacunes de Kirkwood dans la ceinture d'astéroïdes sont probablement dues à Jupiter et il est possible que la planète soit responsable du grand bombardement tardif que les planètes internes ont connu à un moment de leur histoire.

La majorité des comètes de courte période possèdent un demi-grand axe plus petit que celui de Jupiter. On suppose que ces comètes se sont formées dans la ceinture de Kuiper au-delà de l'orbite de Neptune. Lors d'approches de Jupiter, leur orbite aurait été perturbée vers une période plus courte, puis rendue circulaire par interaction gravitationnelle régulière du Soleil et de Jupiter. Par ailleurs, Jupiter est la planète qui reçoit le plus fréquemment des impacts cométaires. C'est en grande partie dû à son puits gravitationnel, ce qui lui vaut le surnom " d'aspirateur du Système solaire ". L'idée répandue selon laquelle Jupiter "protège" de cette manière les autres planètes est cependant très discutable, dans la mesure où sa force gravitationnelle dévie aussi des objets vers les planètes qu'elle serait censée protéger.

En plus de ses lunes, le champ gravitationnel de Jupiter maintient un grand nombre d' astéroïdes situés aux alentours des points de LagrangeL₄ et L ₅ de l'orbite de Jupiter. Il s'agit de petits corps célestes qui ont la même orbite mais sont situés à 60° en avance ou en retard par rapport à Jupiter. Connus sous le nom d' astéroïdes troyens, le premier d'entre eux (588) Achille a été découvert en 1906 par Max Wolf ; depuis, des centaines d'autres troyens ont été découverts, le plus grand étant (624) Hector.

Jupiter est visible à l'œil nu la nuit et est connue depuis l'Antiquité. Pour les Babyloniens, elle représentait le dieu Marduk ; ils utilisèrent les douze années de l'orbite jovienne le long de l' écliptique pour définir le zodiaque. Les Romains nommèrent la planète d'après le dieu Jupiter, dérivé du " dieu-père " *dyeu ph₂ter de la religion proto-indo-européenne. Le symbole astronomique de Jupiter est une représentation stylisée d'un éclair du dieu. Les Grecs l'appelèrent Φαέθων, Phaethon, " ardent ".

Dans les cultures chinoises, coréennes, japonaises et vietnamiennes, Jupiter est appelée 木星 " l'étoile de bois ", dénomination basée sur les cinq éléments. Dans l' astrologie védique, les astrologues hindous font référence à Jupiter en tant que Bṛhaspati, ou " Gurû ", c'est-à-dire " le pesant ".

Le nom " jeudi " est étymologiquement le " jour de Jupiter ". En hindi, jeudi se dit गुरुवार () et possède le même sens. En anglais, Thursday fait référence au jour de Thor, lequel est associé à la planète Jupiter dans la mythologie nordique. En japonais, ceci se retrouve également : le jeudi se dit mokuyōbi en référence à l'étoile Jupiter, mokusei . La même similitude entre les langues occidentales et le japonais se retrouve entre toutes les planètes et les jours de la semaine. En effet, l'attribution des noms de jours de la semaine étant un ajout relativement récent à la langue japonaise, elle fut alors calquée sur les civilisations européennes.

En janvier 1610, Galilée découvre les quatre satellites qui portent son nom, en braquant sa lunette vers la planète. Cette observation des premiers corps tournant autour d'un autre corps que la Terre sera pour lui une indication de la validité de la théorie héliocentrique. Son soutien à cette théorie lui a valu les persécutions de l' Inquisition.

Pendant les années 1660, Cassini utilise un télescope pour découvrir des taches et des bandes de couleur sur Jupiter et observer que la planète semblait oblongue. Il fut également capable d'estimer la période de rotation de la planète. En 1690, il remarque que l'atmosphère subit une rotation différentielle.

La Grande Tache rouge a peut-être été observée en 1664 par Robert Hooke et en 1665 par Jean-Dominique Cassini, mais ceci est contesté. Heinrich Schwabe en produit le premier dessin détaillé connu en 1831. La trace de la tache est perdue à de nombreuses reprises entre 1665 et 1708 avant de redevenir flagrante en 1878. En 1883 et au début du siècle, il est estimé qu'elle s'estompait à nouveau.

Giovanni Borelli et Cassini ont réalisé des éphémérides des lunes galiléennes. La régularité de la rotation des quatre satellites galiléens sera utilisée fréquemment dans les siècles suivants, leurs éclipses par la planète elle-même permettant de déterminer l'heure à laquelle était effectuée l'observation. Cette technique sera utilisée un temps pour déterminer la longitude en mer. Dès les années 1670, on constate que ces évènements se produisaient avec 17 minutes de retard lorsque Jupiter se trouvait à l'opposé de la Terre par rapport au Soleil. Ole Christensen Rømer en déduit que l'observation n'était pas instantanée et effectua en 1676 une première estimation de la vitesse de la lumière.

En 1892, Edward Barnard découvre Amalthée, le cinquième satellite de Jupiter, à l'aide du télescope de l' observatoire Lick en Californie. La découverte de cet objet assez petit le rendit célèbre rapidement. Ensuite furent découverts : Himalia (1904), Élara (1905), Pasiphaé (1908), Sinopé (1914), Lysithéa et Carmé (1938), Ananké (1951). Pendant les années 1970, deux autres satellites furent observés à partir de la Terre : Léda (1974) et Thémisto (1975), qui fut ensuite perdu puis retrouvé en 2000 - les suivants le furent lors de la mission Voyager 1 en 1979, puis d'autres par la suite, pour arriver en 2014 à un total de 67 satellites.

Trois phénomènes anticycloniques, de forme ovale, furent observés en 1938. Pendant plusieurs décennies, ils restèrent distincts. Deux des ovales fusionnèrent en 1998 et absorbèrent le troisième en 2000. C'est le Oval BA.

En 1955, Bernard Burke et Kenneth Franklin détectent des accès de signaux radios en provenance de Jupiter à 22,2 MHz. La période de ces signaux correspondait à celle de la rotation de la planète et cette information permit d'affiner cette dernière. Les pics d'émission ont des durées qui peuvent être de quelques secondes ou de moins d'un centième de seconde.

Entre le 16 juillet et le , l'impact de la comète Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter permet de recueillir de nombreuses nouvelles données sur la composition atmosphérique de la planète. Plus de 20 fragments de la comète sont entrés en collision avec l'hémisphère sud de Jupiter, fournissant la première observation directe d'une collision entre deux objets du Système solaire. L'évènement, qui constitue une première dans l'histoire de l'astronomie, a été suivi par des astronomes du monde entier,.

Le , les astronomes ont observé un nouvel impact sur le pôle sud, de la taille de l'océan Pacifique. Si l'impact n'a pu être suivi en direct, c'est l'astronome amateur australien Anthony Wesley qui, le premier, signala ces observations. La NASA émet l'hypothèse que la cause soit attribuée à une comète. En effet, les observations ont relevé la présence d'une tache avec une remontée de particules brillantes dans l'atmosphère supérieure, accompagnée d'un échauffement de la troposphère et d'émissions de molécules d'ammoniac. Autant d'indices corroborant un impact et non un phénomène météorologique interne à la planète,,.

Le , la NASA publie une vidéo très détaillée de la surface de la planète captée par le télescope spatial Hubble montrant la rotation de la planète et des détails extrêmement précis de sa surface. Les premières observations des scientifiques publiées dans The Astrophysical Journal et synthétisées par la NASA révèlent que la fameuse tache rouge de Jupiter va en se rétrécissant et qu'elle renferme une sorte de filament vaporeux qui en barre la surface et se déforme sous l'action de vents pouvant atteindre les 540 km/h.

À partir de 1973, plusieurs sondes spatiales ont effectué des manœuvres de survol qui les ont placées à portée d'observation de Jupiter. Les missions et obtinrent les premières images rapprochées de l'atmosphère de Jupiter et de plusieurs de ses lunes. Elles décrivirent que les champs électromagnétiques dans l'entourage de la planète étaient plus importants qu'attendus, mais les deux sondes y survécurent sans dommage. Les trajectoires des engins permirent d'affiner les estimations de masse du système jovien. Les occultations de leurs signaux radios par la planète géante conduisirent à de meilleures mesures du diamètre et de l'aplatissement polaire,.

Six ans plus tard, les missions améliorèrent les connaissances des lunes galiléennes et découvrirent les anneaux de Jupiter. Elles prirent les premières images détaillées de l'atmosphère et confirmèrent que la grande tache rouge était d'origine anticyclonique (une comparaison d'images indiqua que sa couleur avait changé depuis les missions Pioneer). Un tore d'atomes ionisés fut découvert le long de l'orbite de Io et des volcans furent observés à sa surface. Alors que les engins passèrent derrière la planète, ils observèrent des flashs lumineux dans l'atmosphère,.

En , la sonde Cassini, en route pour Saturne, survola Jupiter et prit des images en haute résolution de la planète. Le , elle prit une image de faible résolution d' Himalia, alors trop lointaine pour observer des détails de la surface.

La sonde New Horizons, en route pour Pluton, survola Jupiter pour une manœuvre d'assistance gravitationnelle. L'approche minimale s'effectua le . Le système jovien fut imagé à partir du ; les instruments de la sonde affinèrent les éléments orbitaux des lunes internes de Jupiter, particulièrement Amalthée. Les caméras de New Horizons photographièrent des dégagements de plasma par les volcans de Io et plus généralement des détails des lunes galiléennes,.

Jusqu'à l'arrivée de la sonde Juno le , la sonde Galileo était le seul engin à avoir orbité autour de Jupiter. Galileo entra en orbite autour de la planète le , pour une mission d'exploration de près de huit années. Elle survola à de nombreuses reprises les satellites galiléens et Amalthée, apportant des preuves à l'hypothèse d'océans liquides sous la surface d' Europe et confirmant le volcanisme d' Io. La sonde fut également témoin de l'impact de la comète Shoemaker-Levy 9 en 1994 lors de son approche de Jupiter. Cependant, bien que les informations récupérées par Galileo aient été nombreuses, l'échec du déploiement de son antenne radio à grand gain limita les capacités initialement prévues.

Galileo lâcha une petite sonde à l'intérieur de l'atmosphère jovienne pour en étudier la composition en . Cette sonde pénétra l'atmosphère le . Elle fut freinée par un parachute sur 150 km d'atmosphère, collectant des données pendant 57,6 minutes avant d'être écrasée par la pression (22 fois la pression habituelle sur Terre, à une température de 153 °C). Elle a fondu peu après, et s'est probablement vaporisée ensuite. Un destin que Galileo expérimenta de façon plus rapide le , lorsqu'elle fut délibérément projetée dans l'atmosphère jovienne à plus de 50 km/s, afin d'éviter toute possibilité d'écrasement ultérieur sur Europe.

La NASA a lancé en la sonde , qui s'est placée le en orbite polaire autour de Jupiter pour mener une étude détaillée de la planète. Elle poursuit cette étude depuis , et si elle survit aux rayonnements,,,, on prévoit qu'elle continuera à le faire jusqu'en 2021.

Projets abandonnés et missions futures

À cause de la possibilité d'un océan liquide sur Europe, les lunes glacées de Jupiter ont éveillé un grand intérêt. Une mission fut proposée par la NASA pour les étudier tout spécialement. Le JIMO ( Jupiter Icy Moons Orbiter) devait être lancé en 2015, mais la mission fut estimée trop ambitieuse et son financement fut annulé en 2005.

En , la mission JUICE ( JUpiter ICy moons Explorer) est retenue par l' ESA comme mission lourde dans le cadre du programme scientifique Cosmic Vision. Elle a pour but principal l'étude de trois des lunes galiléennes de Jupiter (Callisto, Europe et Ganymède) en les survolant puis en entrant en orbite autour de cette dernière. Le lancement est prévu pour 2022, pour une arrivée dans le système jovien en 2030, avant trois années d'observations. La mission devrait se concentrer sur la recherche de traces de vie.

À l'œil nu, Jupiter a l'aspect d'un astre blanc très brillant, puisque son albédo élevé lui confère un éclat de magnitude de −2,7 en moyenne à l' opposition, avec un maximum de −2,94. Son diamètre apparent varie de 29,8 à 50,1 secondes d'arc tandis que sa distance à la Terre varie de 968,1 à 588,5 millions de kilomètres. Le fait que sa lumière ne scintille pas indique qu'il s'agit d'une planète. Jupiter est plus brillant que toutes les étoiles et a un aspect similaire à celui de Vénus ; cependant celle-ci ne se voit que quelque temps avant le lever du Soleil ou quelque temps après son coucher et est l'astre le plus éclatant du ciel après le Soleil et la Lune.

La planète est souvent considérée comme intéressante à observer du fait qu'elle dévoile nombre de détails dans une petite lunette. Comme l'a fait Galilée en 1610, on peut découvrir quatre petits points blancs qui sont les satellites galiléens. Du fait qu'ils tournent tous assez vite autour de la planète, il est aisé de suivre leurs révolutions : on constate que, d'une nuit à l'autre, Io fait presque un tour complet. On peut les voir passer dans l'ombre de la planète puis réapparaître.

C'est en observant ce mouvement que Roëmer a montré que la lumière voyageait à une vitesse finie. On peut aussi observer la structure des couches gazeuses supérieures de la planète géante, visibles avec un télescope de 60 mm.

Un télescope de 25 cm permet d'observer la Grande Tache rouge (il est aussi possible de l'observer dans une petite lunette de 60 mm si les conditions de turbulence atmosphérique sont bonnes) et un télescope de 50 cm, bien que moins accessible pour les amateurs, permet d'en découvrir davantage de nuances.

Le meilleur moment pour observer Jupiter est quand elle est à l' opposition. Jupiter a atteint le périhélie en ; l'opposition de était donc favorable à son observation. Grâce à sa rapide rotation, toute la surface de Jupiter est observable en .

Un astéroïde (ou une comète) s'est écrasé sur la surface de la planète, en produisant un flash lumineux, qui a été repéré par Dan Petersen de Racine, dans le Wisconsin ( USA) et filmé par George Hall, de Dallas, à 11:35:30, temps universel, le .

C'est la sixième fois que l'on voit un objet s'écraser sur Jupiter, comme celui de la comète Shoemaker-Levy 9, en 1994.

Avec un simple récepteur radio d' ondes courtes dans la bande des 13 mètres, et avec comme antenne un fil électrique de 3,5 mètres ou, mieux encore, avec une antenne-dipôle horizontale de deux éléments de 3,5 mètres, il est simple d'intercepter le bruit radio-électromagnétique de la planète Jupiter en AM, sur la fréquence de 21,86 MHz, donnant le bruit de petites vagues rapides écoutées sur haut-parleur.

Notes et références

Sur les autres projets Wikimedia :

Guillaume Cannat, Didier Jamet, Jupiter et Saturne en direct, Eyrolles,

(en) F. Bagenal, T. E. Dowling et W. B. McKinnon (Eds.), Jupiter: The planet, satellites, and magnetosphere, Cambridge University Press,

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Jupiter Jupiter vue par Voyager 2 en 1979(image retraitée en 1990 pour souligner les formations telles que la Grande Tache rouge).

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⭐ LA PLANÈTE JUPITER : ASTRONOMIE POUR DÉBUTANTS

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Saturne, la rivale de Jupiter, possède un système d’anneaux bien plus complexe et un nombre équivalent de satellites. Titan, l’un des satellites de Saturne, possède l’atmosphère la plus épaisse de tous les autres satellites du système solaire. Une autre lune de Saturne, Encelade, possède des geysers d’eau liquide. Quant à Uranus et Neptune, elles possèdent peu d’hydrogène en proportion de Jupiter et Saturne ; Uranus, qui possède également des anneaux, a la particularité d’avoir une rotation à 98° sur le plan de son orbite.

Place dans le système solaire : 6e planète
Taille : 116464 km de diamètre (2e plus grosse planète, 750 fois la taille de la Terre)
Masse : 5,683 × 10^26 kg
Distance au soleil : 1,429 milliard de km
Distance maximale depuis la Terre : 1 658 millions de km
Température : -180°C
1 jour sur Saturne : 10,6 heures.
Une année saturnienne : 29,5 ans
Surface : Gaz d’hydrogène et d’hélium

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⭐ LA PLANÈTE SATURNE : ASTRONOMIE POUR DÉBUTANTS

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Saturne

Saturne vue par la sonde Cassini en 2008.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

1 426 700 000 km
(9,536 7 au)

Aphélie

1 503 500 000 km
(10,05 au)

Périhélie

1 349 800 000 km
(9,023 au)

Circonférence orbitale

8 957 500 000 km
(59,877 au)

Période de révolution

10 754 d
(≈ 29.44 a)

Période synodique

378,039 d

Vitesse orbitale moyenne

9,640 7 km/s

Vitesse orbitale maximale

10,182 km/s

Vitesse orbitale minimale

9,141 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

2,486 °

Nœud ascendant

113,7 °

Argument du périhélie

338,94 °

Satellites connus

82 confirmés (parmi lesquels 53 ont été nommés) et environ 150 lunes mineures.

Anneaux connus

7 principaux, finement divisés.

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

60 268 km
(9,449 2 Terres)

Rayon polaire

54 359 km
(8,552 1 Terres)

Rayon moyen
volumétrique

58 232 km
(9,014 Terres)

Périmètre équatorial

378 675 km

Superficie

4,346 6 × 10 ¹⁰ km²
(83,703 Terres)

Volume

8,271 3 × 10 ¹⁴ km³
(763 Terres)

Masse

5,684 6 × 10 ²⁶ kg
(95,152 Terres)

Masse volumique globale

687,3 kg/m³

Gravité de surface

10,44 m/s²
(1,064 g)

Vitesse de libération

35,5 km/s

Période de rotation
(jour sidéral)

0,448 d
(10 h 33 min)

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

34 821 km/h

Irradiance solaire

14,90 W/m²
(0,011 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

81,1 K (−191,9 °C)

* Température à 10 k Pa

84 K (−189 °C)

* Température à 100 k Pa

134 K (−139 °C)

Caractéristiques de l'atmosphère

Masse volumique
à 100 k Pa

0,19 kg/m³

Hauteur d'échelle

59,5 km

Masse molaire moyenne

2,07 g/ mol

Histoire

Divinité babylonienne

Ninurta ( Ninib)

Divinité grecque

Κρόνος

Nom chinois
(élément associé)

Tǔxīng 土星 (terre)

10 Saturne est la sixième planète du Système solaire par ordre d'éloignement au Soleil, et la deuxième plus grande par la taille et la masse après Jupiter, qui est comme elle une planète géante gazeuse. Son rayon moyen de 58 232 km est environ neuf fois et demi celui de la Terre et sa masse de 568,46 × 10 ²⁴ kg est 95 fois plus grande. Orbitant en moyenne à environ 1,4 milliard de kilomètres du Soleil (9,5 unités astronomiques), sa période de révolution vaut un peu moins de 30 années tandis que sa période de rotation est estimée à h 33 min.

La caractéristique la plus célèbre de la planète est son système d'anneaux proéminent. Composés principalement de particules de glace et de poussières, ils sont observés pour la première fois en 1610 par Galilée et se seraient formés il y a moins de 100 millions d'années. Saturne est la planète possédant le plus grand nombre de satellites naturels avec 82 confirmés et des centaines de satellites mineurs dans son cortège. Sa plus grande lune, Titan, est la deuxième plus grande du Système solaire (derrière Ganymède, lune de Jupiter, toutes deux avec un diamètre plus grand que celui de Mercure) et c'est la seule lune connue à posséder une atmosphère substantielle. Une autre lune remarquable, Encelade, émet de puissants geysers de glace et serait un habitat potentiel pour la vie microbienne.

L'intérieur de Saturne est très probablement composé d'un noyau rocheux de silicates et de fer entouré de couches constituées en volume à 96 % d' hydrogène qui est successivement métallique puis liquide puis gazeux, mêlé à de l' hélium. Ainsi, elle ne possède pas de surface solide et est la planète ayant la densité moyenne la plus faible avec 0,69 g/cm ³ - soit 70 % de celle de l' eau. Un courant électrique dans la couche d'hydrogène métallique donne naissance à sa magnétosphère, la deuxième plus grande du Système solaire mais beaucoup plus petite que celle de Jupiter. L' atmosphère de Saturne est généralement terne et manque de contraste, bien que des caractéristiques de longue durée puissent apparaître comme un hexagone à son pôle nord. Les vents sur Saturne peuvent atteindre une vitesse de 1 800 km/h, soit les deuxièmes plus rapides du Système solaire après ceux de Neptune. Elle a été explorée par quatre sondes spatiales : Pioneer 11, Voyager 1 et 2 puis Cassini-Huygens (du nom de deux astronomes ayant grandement fait avancer les connaissances sur le système saturnien au XVII e siècle).

Observable à l' œil nu dans le ciel nocturne grâce à sa magnitude apparente moyenne de 0,46 - bien qu'ayant un éclat plus faible que celui des autres planètes -, elle est connue depuis la Préhistoire et a ainsi longtemps été la planète la plus éloignée du Soleil connue. Aussi, son observation a inspiré des mythes et elle porte le nom du dieu romain de l' agriculture Saturne ( Cronos dans la mythologie grecque), son symbole astronomique ♄ représentant la faucille du dieu.

Caractéristiques physiques

Masse et dimensions

Saturne a la forme d'un 1 ellipsoïde de révolution : la planète est aplatie aux pôles et renflée à l'équateur, conséquence de sa rapide rotation sur elle-même et d'une composition interne extrêmement fluide. Par convention, la surface de la planète est définie comme l'endroit où la pression atmosphérique est égale à bar (100 000 Pa) et est utilisée comme point de référence pour les altitudes,. Ses rayons équatoriaux et polaires diffèrent de près de 10 % avec 60 268 km contre 54 364 km, ce qui donne un rayon moyen volumétrique de 58 232 km - 9,5 fois plus grand que le rayon terrestre,. Cela revient un aplatissement de 0,098, le plus grand des planètes géantes - et des planètes du Système solaire en général.

Saturne est la deuxième planète la plus massive du Système solaire, d'une masse 3,3 fois moindre que Jupiter, mais 5,5 fois supérieure à celle de Neptune et 6,5 fois supérieure à celle d' Uranus. Jupiter et Saturne représentant respectivement 318 fois et 95 fois la masse terrestre, les deux planètes possèdent 92 % de la masse planétaire totale du Système solaire.

La gravité de la surface le long de l'équateur, 8,96 m/s², vaut 90 % de celle à la surface de l' équateur terrestre. Cependant, la vitesse de libération à l'équateur est de 35,5 km/s, soit environ trois fois plus que sur Terre.

Saturne est la planète la moins dense du Système solaire avec 0,69 g/cm³, soit environ 70 % de la densité de l'eau,. En effet, bien que le noyau de Saturne soit considérablement plus dense que l'eau, la densité moyenne est abaissée raison de son importante atmosphère. Pour illustrer cela, il est parfois évoqué que s'il existait un océan assez grand pour la contenir, elle flotterait,,. En réalité, il serait évidemment impossible d'avoir une planète avec un océan suffisamment profond - elle serait de l'ordre de grandeur du Soleil et ne serait ainsi pas stable - et la cohésion de Saturne ne serait pas maintenue car elle est gazeuse, son noyau très dense coulerait donc en conséquence,.

Structure interne

Saturne est classée comme une géante gazeuse car elle est principalement composée d' hydrogène et d' hélium. Ainsi, les modèles planétaires standards suggèrent que l'intérieur de Saturne est similaire à celui de Jupiter, avec un noyau rocheux entouré d'hydrogène et d'hélium ainsi que de traces de substances volatiles - aussi appelées "glaces",.

Le noyau rocheux serait d'une composition similaire à la Terre, constitué de silicates et de fer, mais plus dense. Il est estimé à partir du champ gravitationnel de la planète et des modèles géophysiques des planètes gazeuses que le noyau doit avoir une masse allant de 9 à 22 fois masses terrestres,, atteignant un diamètre d'environ 25 000 km. Celui-ci est entouré d'une couche d' hydrogène métallique liquide plus épaisse, suivie d'une couche liquide d' hydrogène moléculaire et d'hélium qui se transforme progressivement en gaz en fonction de la croissance de l'altitude,. La couche la plus externe s'étend sur 1 000 km et se compose de gaz. Aussi, la majeure partie de la masse de Saturne n'est pas en phase de gaz car l'hydrogène devient liquide lorsque la densité est supérieure à 0,01 g/cm³, cette frontière étant atteinte à la surface d'une sphère correspondant à 99,9 % de la masse de Saturne.

Saturne possède une température interne très élevée, atteignant 12 000 K (11 727 °C) en son cœur et irradiant, comme Jupiter, plus d'énergie dans l'espace qu'elle n'en reçoit du Soleil - 1,78 fois environ. L' énergie thermique de Jupiter est générée par le mécanisme de Kelvin-Helmholtz de compression gravitationnelle lente, mais un tel processus à lui seul n'est pas suffisant pour expliquer la production de chaleur de Saturne car elle est moins massive. Un mécanisme alternatif ou supplémentaire serait la génération de chaleur par la " pluie " de gouttelettes d'hélium dans les profondeurs de Saturne. Au fur et à mesure que les gouttelettes descendent à travers l'hydrogène de densité inférieure, le processus libérerait ainsi de la chaleur par frottement et laisserait les couches externes de Saturne appauvries en hélium. Ces gouttelettes descendantes peuvent s'être accumulées dans une coquille d'hélium entourant le noyau. Cette immiscibilité de l'hydrogène et de l'hélium, prévue théoriquement depuis les années 1970, a été vérifiée expérimentalement en 2021,. Il est également suggéré que des pluies de diamants se produisent à l'intérieur de Saturne, tout comme au sein de Jupiter et des géantes de glace Uranus et Neptune.

Cependant, étant donnée sa distance au Soleil, la température de Saturne descend rapidement jusqu'à atteindre 134 K (−139 °C) à 1 bar puis 84 K (−189 °C) à 0,1 bar, pour une température effective de 95 K (−178 °C) ,.

Atmosphère

Composition

La haute atmosphère de Saturne est constituée à 96,3 % d' hydrogène et à 3,25 % d' hélium en volume. Cette proportion d'hélium est significativement plus faible que l' abondance de cet élément dans le Soleil. La quantité d'éléments plus lourds que l'hélium (appelée métallicité) n'est pas connue avec précision, mais les proportions sont supposées correspondre aux abondances primordiales issues de la formation du Système solaire ; la masse totale de ces éléments est estimée à 19 à 31 fois celle de la Terre, une fraction significative étant située dans la région du noyau de Saturne. Des traces de méthane CH ₄, d' éthane C ₂H ₆, d' ammoniac NH ₃, d' acétylène C ₂H ₂ et de phosphine PH ₃ ont également été détectées,,.

Le rayonnement ultraviolet du Soleil provoque une photolyse du méthane dans la haute atmosphère, conduisant à la production d' hydrocarbures, les produits résultants étant transportés vers le bas par les tourbillons de turbulence et par diffusion. Ce cycle photochimique est modulé par le cycle saisonnier de Saturne.

Couches de nuages

De manière similaire à Jupiter, l' atmosphère de Saturne est organisée en bandes parallèles, même si ces bandes sont moins contrastées et plus larges près de l'équateur. Ces bandes sont causées par la présence de méthane dans l'atmosphère planétaire, celles-ci étant plus d'autant plus foncées que la concentration est grande.

Le système nuageux de Saturne n'est observé pour la première fois que lors des missions Voyager dans les années 1980. Depuis, les télescopes terrestres ont progressé et permettent de pouvoir suivre l'évolution de l'atmosphère saturnienne. Ainsi, des caractéristiques courantes sur Jupiter, comme les orages ovales à longue durée de vie, sont retrouvées sur Saturne ; par ailleurs, la nomenclature utilisée pour décrire ces bandes est la même que sur Jupiter. En 1990, le télescope spatial Hubble observe un très grand nuage blanc près de l'équateur de Saturne qui n'était pas présent lors du passage des sondes Voyager, et en 1994 une autre tempête de taille plus modeste est observée,.

La composition des nuages de Saturne varie avec la profondeur et la pression croissante. Dans les régions les plus hautes, où les températures évoluent entre 100 K (−173 °C) et 160 K (−113 °C) et la pression entre 0,5 et 2 bars, les nuages se composent de cristaux d' ammoniac. Entre 2,5 et 9 bars se trouve de la glace d'eau H ₂O à des températures de 185 K (−88 °C) à 270 K (−3 °C). Ces nuages s'entremêlent à des nuages de glace d' hydrosulfure d'ammonium NH ₄SH comprise entre 3 et 6 bars, avec des températures de 190 K (−83 °C) à 235 K (−38 °C). Enfin, les couches inférieures, où les pressions sont comprises entre 10 et 20 bars et les températures de 270 K (−3 °C) à 330 K (57 °C), contiennent une région de gouttelettes d'eau avec de l' ammoniaque (ammoniac en solution aqueuse).

Dans les images transmises en 2007 par la sonde Cassini, l'atmosphère de l'hémisphère nord apparaît bleue, de façon similaire à celle d' Uranus. Cette couleur est probablement causée par diffusion Rayleigh.

Tempêtes

Les vents de Saturne sont les deuxièmes plus rapides parmi les planètes du Système solaire, après ceux de Neptune. Les données de Voyager indiquent des vents d'est allant jusqu'à 500 m/s (1 800 km/h),.

La tempête observée en 1990 est un exemple de Grande tache blanche, un phénomène unique mais de courte durée se produisant une fois par année saturnienne, soit toutes les 30 années terrestres, à l'époque du solstice d'été de l'hémisphère nord,. De grandes taches blanches sont précédemment observées en 1876, 1903, 1933 et 1960. La dernière Grande tache blanche est observée par Cassini en 2010 et 2011. Lâchant de larges quantité d'eau de façon périodique, ces tempêtes indiquent que la basse atmosphère saturnienne contiendraient plus d'eau que celle de Jupiter.

Un système ondulatoire hexagonal persistant autour du vortex polaire nord vers une latitude d'environ +78° - appelé hexagone de Saturne - est noté pour la première fois grâce aux images de Voyager,. Les côtés de l'hexagone mesurent chacun environ 13 800 km de long, soit plus du diamètre de la Terre. La structure entière tourne avec une période d'un peu plus de , ce qui correspond à la période des émissions radio de la planète et est supposé être la période de rotation de l'intérieur de Saturne. Ce système ne se décale pas en longitude comme les autres structures nuageuses de l'atmosphère visible. L'origine du motif n'est pas certaine mais la plupart des scientifiques pensent qu'il s'agit d'un ensemble d' ondes stationnaires dans l'atmosphère. En effet, des formes polygonales similaires ont été reproduites en laboratoire par rotation différentielle de fluides,.

Au pôle sud, les images prises par le télescope spatial Hubble indiquent de 1997 à 2002 la présence d'un courant-jet, mais pas d'un vortex polaire ou d'un système hexagonal analogue. Cependant, la NASA signale en novembre 2006 que Cassini avait observé une tempête analogue à un cyclone, stationnant au pôle sud et possédant un œil clairement défini,. Il s'agit du seul œil jamais observé sur une autre planète que la Terre ; par exemple, les images de la sonde spatiale Galileo ne montrent pas d'œil dans la Grande Tache rouge de Jupiter. Aussi, la thermographie révèle que ce vortex polaire est chaud, le seul exemple connu d'un tel phénomène dans le Système solaire. Alors que la température effective sur Saturne est de 95 K (−178 °C), les températures sur le vortex atteignent jusqu'à 151 K (−122 °C), faisant de lui probablement le point le plus chaud de Saturne,. Celui-ci ferait près de près de 8 000 km de large, une taille comparable à celle de la Terre, et connaîtrait des vents de 550 km/h. Il pourrait être vieux de plusieurs milliards d'années.

De 2004 à 2009, la sonde Cassini observe la formation, le développement et la fin de violents orages, dont la tempête du Dragon ou encore des lacunes dans la structure nuageuse formant des " chaînes de perles ". Les orages de Saturne sont particulièrement longs ; par exemple, un orage s'est étalé de novembre 2007 à juillet 2008. De même, un très violent orage débute en janvier 2009 et dure plus de huit mois. Ce sont les plus longs orages observés jusque-là dans le Système solaire. Ils peuvent s'étendre sur plus de 3 000 km de diamètre autour de la région appelée " allée des tempêtes " située à 35° au Sud de l'équateur,. Les décharges électriques provoquées par les orages de Saturne émettent des ondes radio dix mille fois plus fortes que celles des orages terrestres.

Magnétosphère

Saturne possède un champ magnétique intrinsèque qui a une forme simple et se comporte comme un dipôle magnétique, presque aligné avec l'axe de rotation de la planète et dont le pôle nord magnétique correspond au pôle sud géographique,. Il est découvert en 1979 par la sonde Pioneer 11 lorsqu'elle mesure son intensité : sa force à l'équateur est d'environ 0,2 Gauss (20 µT), soit un vingtième du champ de Jupiter et légèrement plus faible que le champ magnétique terrestre,,. En conséquence, la magnétosphère de Saturne - cavité créée dans le vent solaire par le champ magnétique de la planète - est la deuxième plus grande du Système solaire mais reste beaucoup plus petite que celle de Jupiter. La magnétopause, frontière entre la magnétosphère de Saturne et le vent solaire, se trouve à seulement environ vingt fois le rayon de Saturne (soit 1 200 000 km) du centre de la planète, tandis que la queue magnétique s'étire derrière sur des centaines de fois le rayon saturnien.

Très probablement, le champ magnétique est généré de la même manière que celui de Jupiter avec des courants de convection dans la couche d' hydrogène métallique liquide créant un effet dynamo,. Cette magnétosphère est efficace pour détourner les particules du vent solaire. L'interaction de la magnétosphère de Saturne et des vents solaires, comme dans le cas de la Terre, produit des aurores boréales sur les pôles de la planète dans le domaine du visible, de l' infrarouge et de l' ultraviolet,.

La magnétosphère de Saturne est remplie de plasma originaire de la planète et de ses satellites naturels, notamment d' Encelade qui éjecte jusqu'à 600 kg/s de vapeur d'eau par ses geysers situés à son pôle sud ou de l' atmosphère de Titan dont les particules ionisées interagissent avec la magnétosphère. Par ailleurs, il se trouve à l'intérieur de la magnétosphère une ceinture de radiation, similaire à la ceinture de Van Allen pour la Terre, qui contient des particules d'énergie pouvant atteindre la dizaine de mégaélectronvolts,.

Formation

Le mécanisme de formation le plus communément adopté pour la formation des planètes est le modèle d'accrétion de cœur à partir du disque d'accrétion,. Les planètes géantes, comme Saturne, se forment au-delà de la ligne des glaces, zone au-delà de l'orbite de Mars où la matière est suffisamment froide pour que différents types de glaces restent à l'état solide. Elles grandissent jusqu'à devenir suffisamment massives pour pouvoir commencer à accumuler du gaz hélium- hydrogène provenant du disque, les éléments les plus légers mais aussi les plus abondants,. Ce phénomène s'emballant, il est estimé que Jupiter et Saturne auraient accumulé la majeure partie de leur masse en seulement 10 000 ans. La masse significativement plus réduite de Saturne par rapport à Jupiter s'expliquerait par le fait qu'elle se serait formée quelques millions d'années après Jupiter, alors qu'il y avait moins de gaz disponible dans son environnement.

Caractéristiques orbitales

Orbite

Le demi-grand axe de l'orbite de Saturne autour du Soleil est de 1,427 milliard de kilomètres (soit 9 unités astronomiques). Avec une vitesse orbitale moyenne de 9,68 km/s, sa période de révolution est d'environ 29 ans et demi (10 759 jours terrestres),. L' orbite elliptique de Saturne est inclinée de 2,48° par rapport au plan orbital de la Terre, l' écliptique. Les distances au périhélie et à l' aphélie sont respectivement de 9,195 et 9,957 UA, en moyenne, du fait de son excentricité orbitale de 0,054,.

Rotation

De façon similaire à Jupiter, les caractéristiques visibles sur Saturne tournent à des vitesses différentes en fonction de la latitude - une rotation différentielle - et ainsi ont toutes des périodes de rotation propres. Par convention, plusieurs systèmes sont définis, avec chacun leur période de rotation.

Le premier, ayant une période , correspond à la zone équatoriale s'étendant entre le bord nord de la ceinture équatoriale méridionale et le bord sud de la ceinture équatoriale boréale,. Les régions polaires nord et sud sont également rattachées au premier système.

Le deuxième concerne toutes les autres latitudes et possède quant à lui par convention une période de rotation de ,.

Finalement, un troisième système s'appuie sur la rotation des émissions radio de Saturne, notamment détectées par Voyager 1 et Voyager 2 car les ondes émises par Saturne sont à des fréquences basses bloquées par l' atmosphère terrestre, et a pour période de rotation . Cette valeur était alors considéré comme égale à la période de rotation interne de la planète, même si celle-ci restait inconnue. En approchant de Saturne en 2004, Cassini constate cependant que la période de rotation radio de Saturne avait augmenté sensiblement depuis les précédents survols, à environ sans que la cause exacte du changement ne soit connue,.

En mars 2007, il est ensuite observé que la variation de la période des émissions radio de la planète ne correspondait en réalité pas à la rotation de Saturne mais était causée par des mouvements de convection du disque de plasma entourant Saturne, lesquels sont indépendants de la rotation. Ceux-ci pourraient être la conséquence de la présence des geysers de la lune Encelade. En effet, la vapeur d'eau émise dans l'orbite de Saturne par cette activité se charge électriquement et induit une traînée sur le champ magnétique de Saturne, ralentissant légèrement sa rotation par rapport à celle de la planète,,.

En 2019, une étude avance que les variations saisonnières pourrait être une variable de confusion en ce qui concerne la mesure de la période de rotation,. En effet, contrairement à Jupiter dont la période de rotation est connue depuis longtemps grâce aux mesures radio et qui a une inclinaison de l'axe de 3°, Saturne a une inclinaison de 27° - soit plus que les 23° de la Terre - et connaît donc des saisons. Cette variation de l' énergie solaire reçue affecterait le plasma autour de Saturne et donc sa période de rotation en créant une traînée,. La même année, la NASA avance que la période de rotation de Saturne, d'après les dernières données captées par la sonde Cassini, est de . Cette valeur a été obtenue en observant des perturbations dans ses anneaux,. Cependant, en 2020, le NASA Fact Sheet de la planète indique toujours comme période de rotation la valeur du troisième système retournée par Voyager, à savoir 10,656 heures ou .

Cortège de Saturne

Lunes

En 2020, 82 satellites naturels de Saturne sont connus, 53 parmi eux étant nommés et les 29 autres ayant une désignation provisoire. En outre, il existe des preuves de dizaines à centaines de satellites mineurs avec des diamètres allant de 40 à 500 mètres présents dans les anneaux de Saturne, qui ne peuvent cependant pas être considérés comme des lunes. La plupart des lunes sont petites : 34 ont un diamètre inférieur à 10 km et 14 autres en ont un compris entre 10 et 50 km. Seules sept sont suffisamment massives pour avoir pu prendre une forme sphéroïdale sous leur propre gravité : Titan, Rhéa, Japet, Dioné, Téthys, Encelade et Mimas (par masse décroissante),. Avec Hypérion, qui pour sa part possède une forme irrégulière, ces huit lunes sont dites " majeures ".

Traditionnellement, les 24 satellites réguliers de Saturne - c'est-à-dire ceux ayant une orbite prograde, presque circulaire et peu inclinée - sont nommés d'après des Titans de la mythologie grecque ou des personnages associés au dieu Saturne. Les autres sont tous des satellites irréguliers ayant une orbite bien plus éloignée et fortement inclinée par rapport au plan équatorial de la planète - suggérant qu'il s'agit d'objets capturés par Saturne - ainsi qu'une taille inférieure à trente kilomètres, à l'exception de Phœbé et Siarnaq,. Ils sont quant à eux nommés d'après des géants des mythologies inuits, nordiques et celtes.

Titan est le plus grand satellite de Saturne, représentant environ 96 % de la masse en orbite autour de la planète, anneaux compris,. Découvert par Christian Huygens en 1655, il s'agit de la première lune observée. Il est le deuxième plus grand satellite naturel du Système solaire après Ganymède - son diamètre est plus grand que celui de Mercure ou de Pluton, par exemple -, et le seul doté d'une atmosphère majeure constituée principalement de diazote dans laquelle une chimie organique complexe se produit,,. C'est également le seul satellite avec des mers et lacs d'hydrocarbures.

Le satellite, principalement composé de roche et de glace d'eau, voit son climat modeler sa surface de façon similaire à ce qui se produit sur Terre, faisant qu'il est parfois comparé à une " Terre primitive " ,. En juin 2013, des scientifiques de l' Instituto de Astrofísica de Andalucía signalent la détection d' hydrocarbures aromatiques polycycliques dans la mésosphère de Titan, un possible précurseur de la vie,. Ainsi, il s'agit d'un possible hébergeur de vie extraterrestre microbienne et un possible océan souterrain pourrait servir d'environnement favorable à la vie,. En juin 2014, la NASA affirme avoir des preuves solides que l' azote dans l'atmosphère de Titan proviendrait de matériaux dans le nuage d'Oort, associés aux comètes, et non des matériaux qui ont formé Saturne.

La deuxième plus grande lune de Saturne, Rhéa, possède son propre système d'anneaux et une atmosphère ténue,. Japet, quant à elle, est remarquable par sa coloration - l'un de ses hémisphères étant particulièrement brillant tandis que l'autre est très sombre - et par sa longue crête équatoriale,. Avec, Dioné et Téthys, ces quatre lunes sont découvertes par Jean-Dominique Cassini entre 1671 et 1684.

William Herschel découvre ensuite Encelade et Mimas en 1789. La première, dont la composition chimique semble similaire aux comètes, est notable car elle émet de puissants geysers de gaz et de poussières et pourrait contenir de l' eau liquide sous son pôle Sud. Ainsi, elle est également considérée comme un habitat potentiel pour la vie microbienne,. La preuve de cette possibilité inclut par exemple des particules riches en sel ayant une composition " semblable à un océan " qui indique que la majeure partie de la glace expulsée d'Encelade provient de l'évaporation d'eau salée liquide,. Un survol de Cassini en 2015 à travers un panache sur Encelade relève la présence de la plupart des ingrédients nécessaires à soutenir des formes de vie pratiquant la méthanogenèse. Mimas, quant à elle, est responsable de la formation de la division de Cassini et son apparence - avec un cratère faisant le tiers de son diamètre - fait qu'elle est régulièrement comparée à l'Étoile de la mort de la saga Star Wars,.

En octobre 2019, une équipe d'astronomes du Carnegie Institution for Science observent 20 nouveaux satellites, ce qui fait de Saturne la planète du Système Solaire ayant le plus de satellites naturels connus avec 82 confirmés en devançant Jupiter et ses 79 lunes,.

Anneaux planétaires

Une des caractéristiques les plus connues de Saturne est son système d' anneaux planétaires qui la rend visuellement unique. Les anneaux forment un disque dont le diamètre est de près de 360 000 km - un peu moins que la distance Terre-Lune - avec les anneaux principaux - nommés A, B et C - s'étendant d'environ 75 000 à 137 000 km depuis l'équateur de la planète et ayant une épaisseur de seulement quelques dizaines de mètres,. Aussi, ils conservent toujours la même inclinaison que l'équateur de la planète. Ils sont principalement composés de glace d'eau (95 à 99 % de glace d'eau pure selon les analyses spectroscopiques), avec des traces d'impuretés de tholin et un revêtement de carbone amorphe. Bien qu'ils semblent continus vus depuis la Terre, ils sont en fait constitués d'innombrables particules dont la taille varie de quelques micromètres à une dizaine de mètres et ayant chacun une orbite et une vitesse orbitale différente. Si les autres planètes géantes - Jupiter, Uranus et Neptune - ont également des systèmes d'anneaux, celui de Saturne est le plus grand et le plus visible du Système solaire avec un albédo de 0,2 à 0,6, pouvant même être observé depuis la Terre à l'aide de jumelles,.

Ils sont aperçus pour la première fois le par le savant italien Galilée grâce à une lunette astronomique de sa fabrication,. Celui-ci interprète ce qu'il voit comme deux mystérieux appendices de part et d'autre de Saturne, disparaissant et réapparaissant au cours de l'orbite de la planète vu depuis la Terre,. Bénéficiant d'une meilleure lunette que Galilée, le hollandais Christian Huygens est le premier à suggérer en 1655 qu'il s'agit en fait d'un anneau entourant Saturne, expliquant ainsi les disparitions observées par le fait que la Terre passe dans le plan de celui-ci,. En 1675, Jean-Dominique Cassini découvre qu'il y en a réalité plusieurs anneaux en une division entre ceux-ci ; à ce titre la séparation observée, située entre les anneaux A et B, est baptisée " division de Cassini " en son honneur. Un siècle plus tard, James Clerk Maxwell démontre que les anneaux ne sont pas solides mais en réalité composés d'un très grand nombre de particules,.

Les anneaux sont nommés de façon alphabétique dans l'ordre de leur découverte. Ils sont relativement proches les uns des autres, espacés par " divisions " souvent étroites - à l'exception de la division de Cassini, d'une largeur de près de 5 milliers de kilomètres - où la densité de particule diminue grandement. Ces divisions sont causées pour la plupart par l' interaction gravitationnelle des lunes de Saturne, notamment des satellites bergers. Par exemple, Pan se situe dans la division d'Encke et Daphnis se situe dans la division de Keeler, qu'ils auraient respectivement créés par leurs effets - cela permettant par ailleurs de calculer précisément la masse de ces satellites. La division de Cassini, quant à elle, semble formée par l'attraction gravitationnelle de Mimas.

L'abondance en eau des anneaux varie radialement, l'anneau le plus externe A étant le plus pur en eau glacée ; cette variance d'abondance peut être expliquée par un bombardement de météorites. Les anneaux A, B et C sont les plus visibles - l'anneau B est le plus lumineux parmi eux - et ainsi considérés comme " principaux " ,. Les anneaux D, E, F et G, quant à eux, sont plus ténus et ont été découverts plus tardivement. Une partie de la glace dans l'anneau E provient des geysers de la lune Encelade,.

En 2009, un anneau beaucoup plus lointain est mis en évidence par le satellite Spitzer en infrarouge,. Ce nouvel anneau, appelé anneau de Phœbé, est très ténu et est aligné avec une des lunes de Saturne : Phœbé. Il est ainsi supposé que la lune en serait l'origine et partage son orbite rétrograde.

Nom

Rayon interne

Rayon externe

Largeur
(km)

Épaisseur
(m)

Nommé après

km

R S [N 3]

km

R S

Anneau G

170 000

2,82

175 000

2,90

5 000

1 × 10 ⁵

Anneau E

181 000

3

483 000

8

302 000

1 × 10 ⁷

Il n'existe pas de consensus quant au mécanisme de leur formation, mais deux hypothèses principales sont principalement proposées concernant l'origine des anneaux. Une hypothèse est que les anneaux sont les restes d'une lune détruite de Saturne et la deuxième est que les anneaux sont restés du matériau nébulaire originel à partir duquel Saturne s'est formée. Si ces modèles théoriques supposent que les anneaux seraient apparus tôt dans l' histoire du Système solaire, les données de la sonde Cassini indiquent cependant qu'ils pourraient s'être formés beaucoup plus tard et leur âge est ainsi estimé à environ 100 millions d'années en 2019,. De plus, ils pourraient disparaître d'ici 100 millions d'années,. À la suite de ces découvertes, le mécanisme privilégié pour expliquer l'apparition des anneaux est qu'une lune glacée ou une très grande comète aurait pénétré la limite de Roche de Saturne.

Autre entourage de Saturne

Un astéroïde troyen d'une planète est un astéroïde situé aux alentours d'un des deux points stables de Lagrange (L ₄ ou L ₅) du système Soleil-planète, c'est-à-dire qu'ils sont situés à 60° en avance ou en retard sur l'orbite de la planète. Cependant, Saturne ne possède aucun astéroïde troyen connu contrairement à la Terre, Mars, Jupiter, Uranus et Neptune. Il est supposé que des mécanismes de résonance orbitale, notamment la résonance séculaire, sont à l'origine de l'absence de troyen pour Saturne.

Observation

Si Uranus est visible à l' œil nu dans de très bonnes conditions - notamment lorsqu'elle est en opposition - et dans un ciel très sombre, Saturne est souvent considérée comme la planète la plus éloignée du Soleil et de la Terre visible à l'œil nu de façon générale,. Dans le ciel nocturne, la planète apparaît comme un point lumineux brillant et jaunâtre avec sa magnitude apparente moyenne de 0,46 - écart type de 0,34. La majeure partie de la variation de magnitude est due à l'inclinaison du système d'anneau par rapport au Soleil et à la Terre. En effet, la magnitude la plus brillante -0,55 se produit à peu près au moment où le plan des anneaux est le plus incliné, et la plus faible magnitude 1,17 se produit au moment où il l'est le moins,.

De plus, Saturne et ses anneaux sont mieux visibles lorsque la planète est proche de l' opposition, à un élongation de 180° par rapport au Soleil. Une opposition saturnienne se produit presque chaque année car la période synodique de Saturne est de 378 jours mais a un impact moindre que la position des anneaux sur sa visibilité. Par exemple, lors de l'opposition du , Saturne est apparue à son plus brillant en raison d'une orientation favorable de ses anneaux par rapport à la Terre, même si la planète était pourtant plus proche lors de l'opposition suivante fin 2003.

Afin de pouvoir obtenir une image nette des anneaux de Saturne, il est nécessaire d'utiliser des jumelles puissantes ou un petit télescope. Lorsque la Terre traverse le plan des anneaux, ce qui se produit deux fois par année saturnienne (environ tous les 15 ans terrestres), les anneaux disparaissent brièvement de la vue du fait de leur épaisseur de quelques centaines de mètres en moyenne. Une telle " disparition " se produira pour la prochaine fois en 2025, mais Saturne sera trop proche du Soleil pour pouvoir l'observer,. Par ailleurs, il est également possible d'observer des caractéristiques majeures à l'aide d'un télescope amateur, comme les grandes taches blanches qui apparaissent près du solstice d'été de l'hémisphère nord.

Il faut environ 29,5 ans à Saturne pour réaliser une orbite complète et terminer un circuit entier de l' écliptique devant les constellations de fond du zodiaque. De temps en temps, Saturne est occultée par la Lune - c'est-à-dire que la lune recouvre Saturne dans le ciel. Comme pour toutes les planètes du Système solaire, les occultations de Saturne se produisent en " saisons ". Les occultations saturniennes ont lieu tous les mois pendant environ 12 mois, suivis d'environ cinq ans pendant lesquels aucune activité de ce genre n'est enregistrée. L'orbite de la Lune étant inclinée de plusieurs degrés par rapport à celle de Saturne, les occultations ne se produiront que lorsque Saturne est près de l'un des points du ciel où les deux plans se croisent - à la fois la longueur de l'année de Saturne et la période de précession nodale de 18,6 années terrestres de l'orbite de la Lune influencent sur la périodicité -,.

Histoire des observations

Avant les télescopes

Saturne est connue depuis les temps préhistoriques et est au début de l' Histoire enregistrée comme un personnage majeur dans diverses mythologies,. Depuis l' Antiquité et avant la découverte d' Uranus en 1781, elle est la planète la plus éloignée du Soleil connue et marque ainsi la limite extrême du Système solaire dans l'esprit des astronomes,. Dans l' Égypte antique, elle symbolise la divinité Horus sous le nom de Hor-ka-pet (" taureau céleste "),, tandis que les sumériens l'appellent Lubat-saguš (" étoile du soleil "),. Les astronomes babyloniens observent et enregistrent systématiquement les mouvements de Saturne depuis au moins le IX e siècle av. J.-C., l'appelant Kajamanu,.

En grec ancien, la planète est connue sous le nom de Φαίνων " l'étoile de Phainon, puis à l'époque romaine comme Saturne ", le dieu de l' agriculture, dont la planète tire son nom moderne,. Les romains considèrent le dieu Saturne comme l'équivalent du Titan Cronos ; en grec moderne, la planète conserve d'ailleurs le nom de Kronos ( grec moderne : Κρόνος). Par ailleurs, le nom grec reste utilisé en forme adjectivale, notamment pour les astéroïdes kronocroiseur. L'astronome grec Claude Ptolémée fonde ses calculs de l'orbite de Saturne sur des observations qu'il réalise alors qu'elle est en opposition et suppose qu'elle est très froide en raison de son éloignement au Soleil, qu'il situe alors entre Vénus et Mars,.

Dans l' astrologie hindoue, Saturne est connue sous le nom de " Shani " et juge les hommes en fonction de leurs actions,. La culture chinoise et japonaise antique désigne Saturne comme "l'étoile de la terre" (土星) dans la cosmologie Wuxing des cinq éléments,,. En hébreu ancien, Saturne s'appelle "Shabbathai" et son ange est Cassiel,.

L'étoile des Rois mages, ou étoile de Bethléem, est parfois évoquée comme ayant été une nova, supernova ou encore la comète de Halley, ces hypothèses ayant finalement été mises de côté car aucun de ces phénomènes ne s'est déroulé durant le règne d' Hérode. Ainsi, l'explication actuelle est que l'intense lumière ait été produite par une conjonction entre Jupiter et Saturne au cours de l'année ,

Recherches au télescope à partir du XVII e siècle

En 1610, Galilée, après avoir découvert quatre lunes de Jupiter - les satellites galiléens - grâce à une lunette astronomique de sa conception, décide d'utiliser son nouvel instrument pour observer Saturne,. En le braquant sur la planète, il observe pour la première fois ses anneaux mais ne comprend pas leur nature à cause de la trop faible résolution de sa lunette ( grossissement de 20), : il les voit et les dessine comme deux très larges lunes entourant Saturne,. Dans une lettre, il décrit la planète comme " non pas une étoile simple, mais une composition de trois qui se touchent presque, ne bougeant jamais relativement les unes aux autres, et qui sont alignées le long du zodiaque, celle du milieu étant trois fois plus grande que les deux latérales " ,,.

En 1612, la Terre passant dans le plan des anneaux - ce qui arrive environ une fois tous les 15 ans -, ceux-ci disparaissent de sa vue : cela le surprend mais lui permet de comprendre que Saturne est en réalité un corps unique ; il est par ailleurs le premier de l'histoire à avoir observé cet événement astronomique. Il ne comprend toutefois pas l'origine de cette disparition, et écrit même, en référence à l'origine mythologique du nom de l'astre, que Saturne aurait " dévoré ses propres enfants " ,,. Puis, en 1613, ils réapparaissent sans que Galilée ne puisse émettre non plus une hypothèse quant à ce qu'il observe.

En 1616, il dessine à nouveau les anneaux, cette fois-ci comme des anses autour de la planète. Il écrit alors : " les deux compagnons ne sont plus de petits globes mais sont à présent bien plus grands et ne sont plus ronds... ils sont demi-ellipses avec de petits triangles noirs au milieu et de la figure et contigus au globe de Saturne, qui est lui toujours vu comme rond " ,,.

En 1655, Christian Huygens, disposant d'un télescope avec un grossissement de 50, découvre près de Saturne un astre qui sera nommé plus tard Titan. Par ailleurs, il postule pour la première fois que Saturne serait entourée d'un anneau solide, formé de " bras " ,. Trois ans plus tard, dans son livre Systema Saturnium, il explique le phénomène de disparition des anneaux observé auparavant par Galilée,,. En 1660, Jean Chapelain spécule que ces anneaux seraient composés d'un très grand nombre de petits satellites, ce qui passe inaperçu car la majorité des astronomes pensent alors que l'anneau est solide.

En 1671 et 1672, pendant un phénomène de disparition des anneaux, Jean Dominique Cassini découvre Japet puis Rhéa, les deux plus grandes lunes de Saturne après Titan. Plus tard, en 1675 et 1676, il détermine que l'anneau est composé de plusieurs anneaux, séparés par au moins une division, ; la plus large d'entre elles - et celle qu'il a probablement observée, séparant les anneaux A et B - sera plus tard nommée la division de Cassini d'après lui. Finalement, il découvre en 1684 deux nouvelles lunes : Téthys et Dioné,. Il nomme alors les quatre lunes découvertes Sidera Lodoicea (" les étoiles de Louis ") en l'honneur du roi de France Louis XIV ,.

Aucune autre découverte d'importance n'est faite pendant un siècle jusqu'aux travaux de 10 William Herschel - également découvreur de la planète Uranus. En 1780, il rapporte un trait noir sur l'anneau B, une division qui est probablement la même que celle observée par Johann Franz Encke en 1837 et qui prendra le nom de ce dernier en tant que division d'Encke. En 1789, lors d'une disparition des anneaux, il identifie deux autres lunes : Encelade et Mimas. Cette observation lui permet de plus de confirmer que la planète est aplatie aux pôles, ce qui était seulement suspecté auparavant, et de faire la première estimation de l'épaisseur des anneaux, à environ 500 kilomètres. Finalement, il détermine en 1790 la période de rotation des anneaux comme étant de h 32 min, une valeur très proche de la réalité. Pierre-Simon de Laplace, avec les lois de Kepler, fournit ensuite une première estimation de la distance de la planète au Soleil à 1,4 milliard de kilomètres. Aussi, à partir de sa taille apparente, il évalue le diamètre de la planète à 100 000 km et le diamètre des anneaux à 270 000 km.

En 1848, William Cranch Bond et son fils George Phillips Bond observent pour la première fois Hypérion, un satellite en résonance orbitale avec Titan, découverte également réalisée indépendamment deux jours plus tard par William Lassell - découvreur deux ans plus tôt de la plus grosse lune de Neptune, Triton. L'année suivante, Edouard Roche suggère que les anneaux se seraient formées quand un satellite aurait approché Saturne et qu'il se serait décomposé à cause des forces de marées ; un concept qui prendra ensuite le nom de limite de Roche.

Dans les années 1850, plusieurs observations sont faites à travers l' anneau C, tout juste découvert par le père et le fils Bond, mettant à mal la théorie d'anneaux solides. En 1859, James Clerk Maxwell publie son livre On the Stability of the Motion of Saturn's Rings dans lequel il avance que les anneaux sont en réalité composés d'un " nombre indéfini de particules non connectées ", toutes orbitant autour de Saturne indépendamment ; ces travaux lui vaudront le prix Adams. Cette théorie est prouvée correcte en 1895 par des études spectroscopiques menées par James Keeler et William Campbell à l' observatoire Lick, dans lesquelles ils observent que les parties internes des anneaux orbitent plus rapidement que les parties externes.

En 1872, Daniel Kirkwood parvient à définir que les divisions de Cassini et d'Encke sont en résonance avec les quatre lunes intérieures alors connues : Mimas, Encelade, Téthys et Dioné.

Lors de la deuxième partie du XIX e siècle, la photographie se développe et Saturne est alors une cible de choix : de nombreux astrophotographes allant de Warren de la Rue à John Rogers Commons en passant par les frères Paul-Pierre et Prosper-Mathieu Henry la prennent alors en image, le mérite de la première photographie réussie étant partagé entre Commons et les frères Henry,,.

En 1899, William Henry Pickering découvre Phoebé, un satellite irrégulier n'étant pas en rotation synchrone et ayant une orbite rétrograde. Il s'agit du premier de ce type trouvé et, par ailleurs, il s'agit de l'unique lune de Saturne découverte depuis une observation terrestre sans profiter d'une disparition des anneaux.

Au XX e siècle puis au XXI e siècle, la majorité des informations concernant la planète sont ensuite connues grâce aux différentes missions d' exploration spatiale. Les événements où la Terre croise le plan des anneaux restent cependant utilisés pour l'observation terrestre. Par exemple, en 1966, l' observatoire Allegheny photographie ce qui sera ensuite appelé l' anneau E et que les lunes Janus et Épiméthée sont découvertes ; puis, en 1979 et 1980, trois nouvelles autres le sont par des équipes distinctes : Télesto, Calypso et Hélène. Le télescope spatial Hubble suit également l'activité du système saturnien en continu, renvoyant parfois des images remarquables comme un quadruple transit observé en 2009,.

Exploration

Survols

Dans le dernier quart du XX e siècle, Saturne est visitée par trois sondes spatiales de la NASA qui réalisent un survol de celle-ci : Pioneer 11 en 1979, Voyager 1 en 1980 et Voyager 2 en 1981,.

Après avoir utilisé l' assistance gravitationnelle de Jupiter, Pioneer 11 effectue le premier survol de Saturne en septembre 1979 et passe à environ 21 000 km du sommet des nuages de la planète, se glissant entre l'anneau interne et les couches hautes de l'atmosphère,. La sonde prend des photographies en basse résolution de la planète et de quelques-uns de ses satellites, bien que leur résolution soit trop faible pour discerner des détails de leur surface. La sonde spatiale étudie également les anneaux de la planète, révélant le fin anneau F et confirmant l'existence de l' anneau E ; aussi, le fait que les divisions dans les anneaux sont montrées comme brillantes lorsque vues avec un angle de phase élevé par la sonde révèle la présence d'un matériau fin diffusant la lumière et qu'elles ne sont donc pas vides. De plus, Pioneer 11 fournit de nombreuses données sur la magnétosphère et l' atmosphère de Saturne ainsi que la première mesure de la température de Titan à 80 K (−193 °C) ,.

Un an plus tard, en novembre 1980, Voyager 1 visite à son tour le système saturnien. La sonde renvoie les premières images en haute résolution de la planète, de ses anneaux et de ses lunes, dont Dioné, Mimas et Rhéa. Voyager 1 effectue également un survol de Titan, accroissant les connaissances sur l' atmosphère de cette lune, notamment qu'elle est impénétrable dans les longueurs d'onde visibles - empêchant l'imagerie de détails de surface - et la présence de traces d' éthylène et d'autres hydrocarbures. Ce dernier survol a pour conséquence de profondément changer la trajectoire de la sonde et de l'éjecter hors du plan de l' écliptique,.

Près d'un an plus tard, en août 1981, Voyager 2 poursuit l'étude. Passant à 161 000 km du centre de la planète le , elle prend des gros plans des lunes et apporte des preuves d'évolution de l'atmosphère et des anneaux grâce à ses caméras plus sensibles que les sondes précédentes,. Malheureusement, pendant le survol, la plateforme de caméra orientable reste coincée pendant plusieurs jours, impliquant que certaines photographies ne peuvent pas être prises selon l'angle prévu et entraînant la perte d'une partie des données réalisées. L'assistance gravitationnelle de Saturne est finalement utilisée pour diriger la sonde vers Uranus puis vers Neptune, faisant de cette sonde la première et la seule à avoir visité ces deux planètes,.

Le programme Voyager permet de nombreuses découvertes comme celle de plusieurs nouveaux satellites orbitant près ou dans les anneaux de la planète, dont Atlas et les satellites bergers Prométhée et Pandore (les premiers jamais découverts), ou de trois nouvelles divisions dans les anneaux, ensuite respectivement appelées Maxwell, Huygens et Keeler,. Par ailleurs, l' anneau G est découvert et des " spokes " - des taches sombres - sont observées sur l' anneau B,.

Cassini-Huygens

Cassini-Huygens est une mission d' exploration du système saturnien de la NASA en collaboration avec l' Agence spatiale européenne et l' Agence spatiale italienne, intégrée au programme Flagship. Lancée le , la sonde spatiale est composée de l' orbiteur Cassini développé par la NASA et de l' atterrisseur Huygens développé par l'ESA - respectivement nommés d'après Jean-Dominique Cassini et Christian Huygens, deux scientifiques ayant grandement fait progresser les connaissances sur la planète au XVII e siècle. Elle se place en orbite autour de Saturne en juillet 2004, l'atterrisseur se posant sur Titan en janvier 2005 et l'orbiteur continuant son étude - après deux prolongations de mission en plus de la durée initialement prévue de quatre ans - jusqu'au où il se désintègre dans l'atmosphère de Saturne pour éviter tout risque de contamination des satellites naturels,.

Huygens collecte des informations et réalise un flot de photographies durant la descente et après son atterrissage. Malgré des problèmes de conception et la perte d'un canal de communication, l'atterrisseur parvient à se poser près d'un lac d'hydrocarbures pour y réaliser des mesures.

Cassini continue quant à lui d'orbiter autour de Saturne et poursuit l'étude scientifique de la magnétosphère et des anneaux de Saturne, en profitant de ses passages à faible distance des satellites pour collecter des données détaillées sur ceux-ci et obtenir des images de qualité du système saturnien.

En ce qui concerne les lunes de Saturne, Cassini permet d'affiner la connaissance de la surface de Titan - avec ses grands lacs d'hydrocarbures et ses nombreuses îles et montagnes - et sur la composition de son atmosphère, de découvrir les geysers d' Encelade faisant d'elle un endroit propice à l'apparition de la vie,, d'obtenir les premières images détaillées de Phœbé - qu'il survole en juin 2004 - et de découvrir six nouvelles lunes nommées, parmi lesquelles Méthone et Pollux par exemple.

L'orbiteur analyse en détail la structure des anneaux de Saturne, en photographiant même un nouveau auparavant inconnu situé à l'intérieur des anneaux E et G, et observe des formations étonnantes de l' atmosphère de la planète géante à ses pôles - comme l' hexagone de Saturne. Par ailleurs, les données collectées sur les anneaux de Saturne au cours des dernières orbites permettent d'estimer leur âge : ceux-ci seraient apparus il y a moins de 100 millions d'années et devraient disparaître d'ici 100 millions d'années.

En somme, la sonde spatiale Cassini réalise au cours de sa mission 293 orbites autour de Saturne et effectue 127 survols de Titan, 23 d'Encelade et 162 d'autres lunes de la planète dans des conditions ayant permis d'effectuer des investigations poussées. 653 gigaoctets de données scientifiques sont collectées et plus de 450 000 photographies sont prises. La mission Cassini-Huygens remplit tous ses objectifs scientifiques et est ainsi considérée comme un grand succès grâce aux nombreuses données de qualité produites.

Missions futures

L'exploration à l'aide d'une sonde spatiale d'une planète aussi lointaine que Saturne est très coûteuse en raison de la vitesse importante nécessaire à un engin spatial pour y parvenir, de la durée de la mission et de la nécessité de recourir à des sources d'énergie capables de compenser le rayonnement solaire plus faible comme des panneaux solaires de très grande taille ou un générateur thermoélectrique à radioisotope,.

En 2008, la NASA et l' Agence spatiale européenne étudient la mission Titan Saturn System Mission (TSSM), comprenant un orbiteur ainsi qu'un atterrisseur et une montgolfière destinés à étudier Titan, mais ce projet est abandonné l'année suivante,. Une mission moins coûteuse dans le cadre du programme Discovery est aussi envisagée, Titan Mare Explorer (2011), mais n'est finalement pas retenue.

Cependant, devant l'intérêt scientifique de Saturne et de ses lunes (notamment Titan et Encelade qui pourraient abriter la vie), des successeurs à Cassini-Huygens sont proposés dans le cadre du programme New Frontiers de la NASA,. Ainsi, en 2017, cinq missions sont en cours d'évaluation, : un engin spatial qui effectuerait un sondage en plongeant dans l'atmosphère de Saturne (SPRITE), deux missions qui analyseraient de manière précise les matériaux éjectés par les geysers d' Encelade en survolant cette lune à plusieurs reprises et détermineraient la présence éventuelle d'indices de formes de vie (ELSAH et ELF), et enfin deux missions destinées à étudier en profondeur Titan, la première en orbite (Oceanus) et la deuxième, plus audacieuse sur le plan technique, au moyen d'un drone effectuant des vols de plusieurs dizaines de kilomètres à la surface de la lune en exploitant sa faible gravité et la forte densité de son atmosphère (Dragonfly),. Finalement, seule la mission Dragonfly est sélectionnée en 2019 pour un départ prévu en 2026 et une arrivée sur Titan en 2034.

Dans la culture

Science-fiction

Saturne est présente dans de nombreuses œuvres de science-fiction et sa représentation a évolué en fonction des connaissances sur la planète. Parmi les premières œuvres touchant à la science-fiction évoquant Saturne se trouve notamment Micromégas (1752) de Voltaire. À l'époque, elle est la planète la plus éloignée du Soleil connue - Uranus sera ensuite découverte en 1781 et Neptune en 1846 - et sa structure gazeuse est inconnue. Ainsi, la planète est décrite comme solide et habitée par des géants de deux kilomètres de hauteur, ayant 72 sens et une espérance de vie de 15 000 ans ; le secrétaire de l'" Académie de Saturne " accompagne ensuite le personnage principal Micromégas sur Terre,. Un siècle plus tard, dans Hector Servadac (1877), Jules Verne fait passer les aventuriers près de Saturne en chevauchant une comète. L'auteur la décrit et la dessine alors comme rocheuse avec une surface solide déserte et possédant 8 satellites et 3 anneaux.

Après que la science moderne a révélé que la planète n'a pas de surface solide et que son atmosphère et sa température sont hostiles à la vie humaine, sa représentation évolue en conséquence. Aussi, ses anneaux planétaires et son vaste système de lunes deviennent un cadre plus courant pour la science-fiction, par exemple dans La Voie martienne (1952) d' Isaac Asimov ou dans La Zone du Dehors (2007) d' Alain Damasio. Des villes flottantes dans l'atmosphère de Saturne sont également envisagées, comme dans Accelerando (2005) de Charles Stross.

Au cinéma, elle est notamment représentée dans Beetlejuice (1988) de Tim Burton, où elle est peuplée de vers de sable gigantesques, ou sert de décor dans Interstellar (2014) de Christopher Nolan, la NASA ayant envoyé quatre astronautes près de la planète dans le but d'atteindre un trou de ver.

Musique

" Saturne, celui qui apporte la vieillesse " est le 5e mouvement de l'œuvre pour grand orchestre Les Planètes, composée et écrite par Gustav Holst entre 1914 et 1916. Par ailleurs, Saturn est une chanson du groupe de rock américain Sleeping at Last,.

Symbolisme

Son symbole " ♄ ", d'origine ancienne représenterait la faucille du dieu Saturne ou serait dérivé de la lettre grecque kappa minuscule, initiale du grec ancien Κρόνος ( Krónos ). Néanmoins, l' Union astronomique internationale recommande de substituer au symbole " ♄ " l' abréviation " S ", correspondant à la lettre latine S majuscule, initiale de l' anglais Saturn .

Notes et références

Notes

1. Six de ses ↑ satellites naturels sont également visibles avec de gauche à droite : Titan (5 150 kilomètres de diamètre), Janus (179 km), Mimas (396 km), Pandore (396 km), Épiméthée (113 km) et Encelade (504 km).

2. ↑ Le rectangle noir en bas à droite est causé par un manque de données.

3. ↑ Rayon équatorial de Saturne (60 268 km), pris ici comme unité de longueur

4. ↑ " the star of Saturn is not a single star, but is a composition of three, which almost touch each other, never change or move relative to each other, and are arranger in a row along the zodiac, the middle one being three times larger than the lateral ones " - Galilée, 1610 (rapporté en anglais par Deiss et Nebel)

5. ↑ " Perhaps Saturn has devoured his own children ? " - Galilée, 1612 (rapporté en anglais par Deiss et Nebel)

6. ↑ " The two companions are no longer two small perfectly round globes [...] but are present much larger and no longer round [...] that is, two half ellipses with two little dark triangles in the middle of the figure and contiguous to the middle globe of Saturn, which is seen, as always, perfectly round " - Galilée, 1616 (rapporté par Calvin J. Hamilton)

7. ↑ Distance minimale du survol par rapport au centre de la planète.

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Voir aussi

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Articles connexes

Liens externes

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Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Saturne Saturne vue par la sonde Cassini en 2008.

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Septième planète du système solaire, Uranus est une géante gazeuse bleue. On ne connait pas très bien la composition interne de cette planète, mais on est certain qu’elle est différente de celle de Jupiter et Saturne. Sa couleur bleue est due à une forte présence de méthane.

Place dans le système solaire : 7e planète
Taille : 50724 km de diamètre (3e plus grosse planète)
Masse : 8,681 0×1025 kg
Distance au soleil : 3 milliards de km
Distance maximale depuis la Terre : 3 157 millions de km
Température : −225 °C
1 jour sur Uranus : 17 heures.
Une année sur Uranus : 84 ans
Surface : gaz, roches en fusion et glaces

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Discovered by
William Herschel

Discovery date

13 March 1781

Pronunciation

[1] or [2]

the Latin form Ūranus of the Greek god Οὐρανός Ouranos

Adjectives

Uranian ()[3]

Symbol

(mostly astronomical), (mostly astrological)

Epoch J2000

Aphelion

20.0965 AU (3006.39 Gm)

Perihelion

18.2861 AU (2735.56 Gm)

19.19126 AU (2870.972 Gm)

Eccentricity

0.04717

142.238600°

Inclination

74.006°

17-19 August 2050[9][10]

96.998857°

Known satellites
27

25,362±7 km [11][b]

25,559±4 km
4.007 Earths[11][b]

24,973±20 km
3.929 Earths[11][b]

Flattening

0.0229±0.0008 [c]

Circumference

159,354.1 km [5]

8.1156×10 ⁹ km ² [5][b]
15.91 Earths

Volume

6.833×10 ¹³ km ³ [7][b]
63.086 Earths

Mass

(8.6810±0.0013)×105,793,939±13 km ²⁵ kg
14.536 Earths[12]
GM= ³/s ²

1.27 g/cm ³ [7][d]

8.69 m/s² [7][b]
0.886 g

0.23 [13] (estimate)

21.3 km/s[7][b]

−0.71832 d
−17 h 14 m 23 s
( retrograde)[6]

−0.71833 d
−17 h 14 min 24 s
(retrograde)[11]

Equatorial rotation velocity

2.59 km/s
9,320 km/h

17 h 9 m 15 s
257.311°[11]

Albedo

0.300 ( Bond)[14]
0.488 ( geom.)[15]

5.38[18] to 6.03[18]

−7.2[19]

Composition by volume

Below 1.3 bar (130 kPa): Icy volatiles:

Uranus is the seventh planet from the Sun and is a gaseous cyan ice giant. Most of the planet is made of water, ammonia, and methane in a supercritical phase of matter, which in astronomy is called 'ice' or volatiles. The planet's atmosphere has a complex layered cloud structure and has the lowest minimum temperature of 49 K (−224 °C; −371 °F) out of all Solar System's planets. It has a marked axial tilt of 97.8° with a retrograde rotation rate of 17 hours. This means that in an 84 Earth years orbital period around the Sun, its poles get around 42 years of continuous sunlight, followed by 42 years of continuous darkness.

Uranus has the third-largest diameter and fourth-largest mass among the Solar System's planets. Based on current models, inside its volatile mantle layer is a rocky core, and surrounding it is a thick hydrogen and helium atmosphere. Trace amounts of hydrocarbons (thought to be produced via hydrolysis) and carbon monoxide along with carbon dioxide (thought to have been originated from comets) have been detected in the upper atmosphere. There are many unexplained climate phenomena in Uranus's atmosphere, such as its peak wind speed of 900 km/h (560 mph), variations in its polar cap and its erratic cloud formation. The planet also has very low internal heat compared to other giant planets, which is still unexplained.

Like the other giant planets, Uranus has a ring system, orbiting natural satellites and a magnetosphere. Its ring system is extremely dark, with only about 2% of the incoming light reflected, and contains the known 13 inner moons. Further out are the larger five major moons of the planet: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, and Oberon; and orbiting at much greater distance from Uranus are the known nine irregular moons. The planet's magnetosphere is highly asymmetric and has many charged particles, which may cause the darkening of its rings and moons.

Uranus is visible to the naked eye, but it is very dim and was not classified as a planet until 1781, when it was first observed by William Herschel. About seven decades after its discovery, consensus was reached that the planet be named from the Greek god Uranus (Ouranos), one of the Greek primordial deities. As of 2023, it was visited up close only one time when in 1986 the probe flew by the planet. Though nowadays it can be resolved and observed by telescopes, there is much desire to revisit the planet, as shown by Planetary Science Decadal Survey's decision to make the proposed Uranus Orbiter and Probe mission a top priority in the 2023-2032 survey.

Like the classical planets, Uranus is visible to the naked eye, but it was never recognised as a planet by ancient observers because of its dimness and slow orbit. Sir William Herschel first observed Uranus on 13 March 1781, leading to its discovery as a planet, expanding the known boundaries of the Solar System for the first time in history and making Uranus the first planet classified as such with the aid of a telescope.

Uranus had been observed on many occasions before its recognition as a planet, but it was generally mistaken for a star. Possibly the earliest known observation was by Hipparchos, who in 128 BC might have recorded it as a star for his star catalogue that was later incorporated into Ptolemy's . The earliest definite sighting was in 1690, when John Flamsteed observed it at least six times, cataloguing it as 34 Tauri. The French astronomer Pierre Charles Le Monnier observed Uranus at least twelve times between 1750 and 1769, including on four consecutive nights.

Sir William Herschel observed Uranus on 13 March 1781 from the garden of his house at 19 New King Street in Bath, Somerset, England (now the Herschel Museum of Astronomy), and initially reported it (on 26 April 1781) as a comet. With a homemade 6.2-inch reflecting telescope, Herschel "engaged in a series of observations on the parallax of the fixed stars."

Herschel recorded in his journal: "In the quartile near ζ Tauri ... either [a] Nebulous star or perhaps a comet." On 17 March he noted: "I looked for the Comet or Nebulous Star and found that it is a Comet, for it has changed its place." When he presented his discovery to the Royal Society, he continued to assert that he had found a comet, but also implicitly compared it to a planet:

The power I had on when I first saw the comet was 227. From experience I know that the diameters of the fixed stars are not proportionally magnified with higher powers, as planets are; therefore I now put the powers at 460 and 932, and found that the diameter of the comet increased in proportion to the power, as it ought to be, on the supposition of its not being a fixed star, while the diameters of the stars to which I compared it were not increased in the same ratio. Moreover, the comet being magnified much beyond what its light would admit of, appeared hazy and ill-defined with these great powers, while the stars preserved that lustre and distinctness which from many thousand observations I knew they would retain. The sequel has shown that my surmises were well-founded, this proving to be the Comet we have lately observed.

Herschel notified the Astronomer Royal Nevil Maskelyne of his discovery and received this flummoxed reply from him on 23 April 1781: "I don't know what to call it. It is as likely to be a regular planet moving in an orbit nearly circular to the sun as a Comet moving in a very eccentric ellipsis. I have not yet seen any coma or tail to it."

Although Herschel continued to describe his new object as a comet, other astronomers had already begun to suspect otherwise. Finnish-Swedish astronomer Anders Johan Lexell, working in Russia, was the first to compute the orbit of the new object. Its nearly circular orbit led him to the conclusion that it was a planet rather than a comet. Berlin astronomer Johann Elert Bode described Herschel's discovery as "a moving star that can be deemed a hitherto unknown planet-like object circulating beyond the orbit of Saturn". Bode concluded that its near-circular orbit was more like a planet's than a comet's.

The object was soon universally accepted as a new planet. By 1783, Herschel acknowledged this to Royal Society president Joseph Banks: "By the observation of the most eminent Astronomers in Europe it appears that the new star, which I had the honour of pointing out to them in March 1781, is a Primary Planet of our Solar System." In recognition of his achievement, King George III gave Herschel an annual stipend of £200 (equivalent to £26,000 in 2021) on condition that he moved to Windsor so that the Royal Family could look through his telescopes.

The name Uranus references the ancient Greek deity of the sky Uranus ( Ancient Greek: ), known as Caelus in Roman mythology, the father of Cronus ( Saturn) and grandfather of Zeus ( Jupiter), which was rendered as Uranus in Latin ( IPA: ). It is the only one of the eight planets whose English name derives from a figure of Greek mythology. The adjectival form of Uranus is "Uranian". The pronunciation of the name Uranus preferred among astronomers is YOOR-ə-nəs, with stress on the first syllable as in Latin Uranus, in contrast to yoo-RAY-nəs, with stress on the second syllable and a long a, though both are considered acceptable.

Consensus on the name was not reached until almost 70 years after the planet's discovery. During the original discussions following discovery, Maskelyne asked Herschel to "do the astronomical world the faver [] to give a name to your planet, which is entirely your own, [and] which we are so much obliged to you for the discovery of". In response to Maskelyne's request, Herschel decided to name the object Georgium Sidus (George's Star), or the "Georgian Planet" in honour of his new patron, King George III. He explained this decision in a letter to Joseph Banks:

In the fabulous ages of ancient times the appellations of Mercury, Venus, Mars, Jupiter and Saturn were given to the Planets, as being the names of their principal heroes and divinities. In the present more philosophical era it would hardly be allowable to have recourse to the same method and call it Juno, Pallas, Apollo or Minerva, for a name to our new heavenly body. The first consideration of any particular event, or remarkable incident, seems to be its chronology: if in any future age it should be asked, when this last-found Planet was discovered? It would be a very satisfactory answer to say, 'In the reign of King George the Third'.

Herschel's proposed name was not popular outside Britain and Hanover, and alternatives were soon proposed. Astronomer Jérôme Lalande proposed that it be named Herschel in honour of its discoverer. Swedish astronomer Erik Prosperin proposed the names Astraea, Cybele (now the names of asteroids), and , which would become the name of the next planet to be discovered. The name was supported by other astronomers who liked the idea to commemorate the victories of the British Royal Naval fleet in the course of the American Revolutionary War by calling the new planet even Neptune George III or Neptune Great Britain, a compromise Lexell suggested as well. Daniel Bernoulli, suggested Hypercronius and Transaturnis. Georg Lichtenberg from Göttingen suggested Austräa, a goddess mentioned by Ovid (but who is traditionally associated with Virgo). The name was also proposed.

In a March 1782 treatise, Bode proposed Uranus, the Latinised version of the Greek god of the sky, Ouranos. Bode argued that the name should follow the mythology so as not to stand out as different from the other planets, and that Uranus was an appropriate name as the father of the first generation of the Titans. He also noted that elegance of the name in that just as Saturn was the father of Jupiter, the new planet should be named after the father of Saturn. Bode was however apparently unaware that Uranus was only the Latinised form of the titular deity, and his Roman equivalent was Caelus. In 1789, Bode's Royal Academy colleague Martin Klaproth named his newly discovered element uranium in support of Bode's choice. Ultimately, Bode's suggestion became the most widely used, and became universal in 1850 when HM Nautical Almanac Office, the final holdout, switched from using Georgium Sidus to Uranus.

Uranus has two astronomical symbols. The first to be proposed, ,[g] was proposed by Johann Gottfried Köhler at Bode's request in 1782.[50] Köhler suggested that the new planet be given the symbol for platinum, which had been described scientifically only 30 years before. As there was no alchemical symbol for platinum, he suggested ⛢ or ⛢, a combination of the planetary-metal symbols ☉ (gold) and ♂ (iron), as platinum (or 'white gold') is found mixed with iron. Bode thought that an upright orientation, ⛢, fit better with the symbols for the other planets while remaining distinct.[50] This symbol predominates in modern astronomical use in the rare cases that symbols are used at all.[51][52] The second symbol, [h] was suggested by Lalande in 1784. In a letter to Herschel, Lalande described it as " ,[44] The second symbol is nearly universal in astrology. un globe surmonté par la première lettre de votre nom" ("a globe surmounted by the first letter of your surname").

Uranus is called by a variety of names in other languages. Uranus's name is literally translated as the "sky king star" in Chinese (), Japanese (天王星), Korean (천왕성), and Vietnamese ( sao Thiên Vương). In Thai, its official name is Dao Yurenat (ดาวยูเรนัส ), as in English. Its other name in Thai is Dao Maruettayu (, Star of Mṛtyu), after the Sanskrit word for 'death', Mrtyu (). In Mongolian, its name is Tengeriin Van (Тэнгэрийн ван ), translated as 'King of the Sky', reflecting its namesake god's role as the ruler of the heavens. In Hawaiian, its name is Māori, its name is Heleʻekala, the Hawaiian rendering of the name 'Herschel'. In Whērangi.

It is argued that the differences between the ice giants and the gas giants arise from their formation history. The Solar System is hypothesised to have formed from a rotating disk of gas and dust known as the presolar nebula. Much of the nebula's gas, primarily hydrogen and helium, formed the Sun, and the dust grains collected together to form the first protoplanets. As the planets grew, some of them eventually accreted enough matter for their gravity to hold on to the nebula's leftover gas. The more gas they held onto, the larger they became; the larger they became, the more gas they held onto until a critical point was reached, and their size began to increase exponentially. The ice giants, with only a few Earth masses of nebular gas, never reached that critical point. Recent simulations of planetary migration have suggested that both ice giants formed closer to the Sun than their present positions, and moved outwards after formation (the Nice model).

Orbit and rotation

Uranus orbits the Sun once every 84 years. In 2033, the planet will have made its third complete orbit around the Sun since being discovered in 1781. The planet has returned to the point of its discovery northeast of Zeta Tauri twice since then, on 25 March 1865 and 29 March 1949. Uranus will return to this location again on 3 April 2033. Its average distance from the Sun is roughly 20 AU (3 billion km; 2 billion mi). The difference between its minimum and maximum distance from the Sun is 1.8 AU, larger than that of any other planet, though not as large as that of dwarf planet Pluto. The intensity of sunlight varies inversely with the square of distance, and so on Uranus (at about 20 times the distance from the Sun compared to Earth) it is about 1/400 the intensity of light on Earth.

The orbital elements of Uranus were first calculated in 1783 by Pierre-Simon Laplace. With time, discrepancies began to appear between predicted and observed orbits, and in 1841, John Couch Adams first proposed that the differences might be due to the gravitational tug of an unseen planet. In 1845, Urbain Le Verrier began his own independent research into Uranus's orbit. On 23 September 1846, Johann Gottfried Galle located a new planet, later named Neptune, at nearly the position predicted by Le Verrier.

The rotational period of the interior of Uranus is 17 hours, 14 minutes. As on all giant planets, its upper atmosphere experiences strong winds in the direction of rotation. At some latitudes, such as about 60 degrees south, visible features of the atmosphere move much faster, making a full rotation in as little as 14 hours.

The Uranian axis of rotation is approximately parallel to the plane of the Solar System, with an axial tilt of 97.77° (as defined by prograde rotation). This gives it seasonal changes completely unlike those of the other planets. (Pluto and the protoplanet-asteroid 2 Pallas also have extreme axial tilts.) Near the solstice, one pole faces the Sun continuously and the other faces away, with only a narrow strip around the equator experiencing a rapid day-night cycle, with the Sun low over the horizon. On the other side of Uranus's orbit, the orientation of the poles towards the Sun is reversed. Each pole gets around 42 years of continuous sunlight, followed by 42 years of darkness. Near the time of the equinoxes, the Sun faces the equator of Uranus, giving a period of day-night cycles similar to those seen on most of the other planets.

One result of this axis orientation is that, averaged over the Uranian year, the near-polar regions of Uranus receive a greater energy input from the Sun than its equatorial regions. Nevertheless, Uranus is hotter at its equator than at its poles. The underlying mechanism that causes this is unknown. The reason for Uranus's unusual axial tilt is also not known with certainty, but the usual speculation is that during the formation of the Solar System, an Earth-sized protoplanet collided with Uranus, causing the skewed orientation. Research by Jacob Kegerreis of Durham University suggests that the tilt resulted from a rock larger than Earth crashing into the planet 3 to 4 billion years ago. Uranus's south pole was pointed almost directly at the Sun at the time of Voyager 2's flyby in 1986. The labelling of this pole as "south" uses the definition currently endorsed by the International Astronomical Union, namely that the north pole of a planet or satellite is the pole that points above the invariable plane of the Solar System, regardless of the direction the planet is spinning. A different convention is sometimes used, in which a body's north and south poles are defined according to the right-hand rule in relation to the direction of rotation.

Visibility from Earth

The mean apparent magnitude of Uranus is 5.68 with a standard deviation of 0.17, while the extremes are 5.38 and 6.03. This range of brightness is near the limit of naked eye visibility. Much of the variability is dependent upon the planetary latitudes being illuminated from the Sun and viewed from the Earth. Its angular diameter is between 3.4 and 3.7 arcseconds, compared with 16 to 20 arcseconds for Saturn and 32 to 45 arcseconds for Jupiter. At opposition, Uranus is visible to the naked eye in dark skies, and becomes an easy target even in urban conditions with binoculars. On larger amateur telescopes with an objective diameter of between 15 and 23 cm, Uranus appears as a pale cyan disk with distinct limb darkening. With a large telescope of 25 cm or wider, cloud patterns, as well as some of the larger satellites, such as Titania and Oberon, may be visible.

Internal structure

Uranus's mass is roughly 14.5 times that of Earth, making it the least massive of the giant planets. Its diameter is slightly larger than Neptune's at roughly four times that of Earth. A resulting density of 1.27 g/cm ³ makes Uranus the second least dense planet, after Saturn. This value indicates that it is made primarily of various ices, such as water, ammonia, and methane. The total mass of ice in Uranus's interior is not precisely known, because different figures emerge depending on the model chosen; it must be between 9.3 and 13.5 Earth masses. Hydrogen and helium constitute only a small part of the total, with between 0.5 and 1.5 Earth masses. The remainder of the non-ice mass (0.5 to 3.7 Earth masses) is accounted for by rocky material. The standard model of Uranus's structure is that it consists of three layers: a rocky ( silicate/ iron-nickel) core in the centre, an icy mantle in the middle and an outer gaseous hydrogen/helium envelope. The core is relatively small, with a mass of only 0.55 Earth masses and a radius less than 20% of Uranus'; the mantle comprises its bulk, with around 13.4 Earth masses, and the upper atmosphere is relatively insubstantial, weighing about 0.5 Earth masses and extending for the last 20% of Uranus's radius. Uranus's core density is around 9 g/cm ³, with a pressure in the centre of 8 million bars (800 GPa) and a temperature of about 5000 K. The ice mantle is not in fact composed of ice in the conventional sense, but of a hot and dense fluid consisting of water, ammonia and other volatiles. This fluid, which has a high electrical conductivity, is sometimes called a water-ammonia ocean.

The extreme pressure and temperature deep within Uranus may break up the methane molecules, with the carbon atoms condensing into crystals of diamond that rain down through the mantle like hailstones. This phenomenon is similar to diamond rains that are theorised by scientists to exist on Jupiter, Saturn, and Neptune. Very-high-pressure experiments at the Lawrence Livermore National Laboratory suggest that the base of the mantle may comprise an ocean of metallic liquid carbon, perhaps with floating solid 'diamond-bergs'.

The bulk compositions of Uranus and Neptune are different from those of Jupiter and Saturn, with ice dominating over gases, hence justifying their separate classification as ice giants. There may be a layer of ionic water where the water molecules break down into a soup of hydrogen and oxygen ions, and deeper down superionic water in which the oxygen crystallises but the hydrogen ions move freely within the oxygen lattice.

Although the model considered above is reasonably standard, it is not unique; other models also satisfy observations. For instance, if substantial amounts of hydrogen and rocky material are mixed in the ice mantle, the total mass of ices in the interior will be lower, and, correspondingly, the total mass of rocks and hydrogen will be higher. Presently available data does not allow a scientific determination of which model is correct. The fluid interior structure of Uranus means that it has no solid surface. The gaseous atmosphere gradually transitions into the internal liquid layers. For the sake of convenience, a revolving oblate spheroid set at the point at which atmospheric pressure equals 1 bar (100 kPa) is conditionally designated as a "surface". It has equatorial and polar radii of 25,559 ± 4 km (15,881.6 ± 2.5 mi) and 24,973 ± 20 km (15,518 ± 12 mi), respectively. This surface is used throughout this article as a zero point for altitudes.

Internal heat

Uranus's internal heat appears markedly lower than that of the other giant planets; in astronomical terms, it has a low thermal flux. Why Uranus's internal temperature is so low is still not understood. Neptune, which is Uranus's near twin in size and composition, radiates 2.61 times as much energy into space as it receives from the Sun, but Uranus radiates hardly any excess heat at all. The total power radiated by Uranus in the far infrared (i.e. heat) part of the spectrum is times the solar energy absorbed in its atmosphere. Uranus's heat flux is only , which is lower than the internal heat flux of Earth of about . The lowest temperature recorded in Uranus's tropopause is 49 K (−224.2 °C; −371.5 °F), making Uranus the coldest planet in the Solar System.

One of the hypotheses for this discrepancy suggests that when Uranus was hit by a supermassive impactor, which caused it to expel most of its primordial heat, it was left with a depleted core temperature. This impact hypothesis is also used in some attempts to explain the planet's axial tilt. Another hypothesis is that some form of barrier exists in Uranus's upper layers that prevents the core's heat from reaching the surface. For example, convection may take place in a set of compositionally different layers, which may inhibit upward heat transport; perhaps double diffusive convection is a limiting factor.

In a 2021 study, the ice giants' interior conditions were mimicked by compressing water containing minerals like olivine and ferropericlase, thus showing that large amounts of magnesium could be dissolved in the liquid interiors of Uranus and Neptune. If Uranus has more of this magnesium than Neptune, it could form a thermal insulation layer, thus potentially explaining the planet's low temperature.

Atmosphere

Although there is no well-defined solid surface within Uranus's interior, the outermost part of Uranus's gaseous envelope that is accessible to remote sensing is called its 0.1 and 10 atmosphere. Remote-sensing capability extends down to roughly 300 km below the 1 bar (100 kPa) level, with a corresponding pressure around 100 bar (10 MPa) and temperature of 320 K (47 °C; 116 °F). The tenuous thermosphere extends over two planetary radii from the nominal surface, which is defined to lie at a pressure of 1 bar. The Uranian atmosphere can be divided into three layers: the troposphere, between altitudes of −300 and 50 km (−186 and 31 mi) and pressures from 100 to 0.1 bar (10 MPa to 10 kPa); the stratosphere, spanning altitudes between 50 and 4,000 km (31 and 2,485 mi) and pressures of between −10 bar (10 kPa to 10 µPa); and the thermosphere extending from 4,000 km to as high as 50,000 km from the surface. There is no mesosphere.

Composition

The composition of Uranus's atmosphere is different from its bulk, consisting mainly of molecular hydrogen and helium. The helium molar fraction, i.e. the number of helium atoms per molecule of gas, is in the upper troposphere, which corresponds to a mass fraction . This value is close to the protosolar helium mass fraction of , indicating that helium has not settled in its centre as it has in the gas giants. The third-most-abundant component of Uranus's atmosphere is methane (). Methane has prominent absorption bands in the visible and near-infrared (IR), making Uranus aquamarine or cyan in colour. Methane molecules account for 2.3% of the atmosphere by molar fraction below the methane cloud deck at the pressure level of 1.3 bar (130 kPa); this represents about 20 to 30 times the carbon abundance found in the Sun.

The mixing ratio is much lower in the upper atmosphere due to its extremely low temperature, which lowers the saturation level and causes excess methane to freeze out. The abundances of less volatile compounds such as ammonia, water, and hydrogen sulfide in the deep atmosphere are poorly known. They are probably also higher than solar values. Along with methane, trace amounts of various hydrocarbons are found in the stratosphere of Uranus, which are thought to be produced from methane by photolysis induced by the solar ultraviolet (UV) radiation. They include ethane (), acetylene (), methylacetylene (), and diacetylene (). Spectroscopy has also uncovered traces of water vapour, carbon monoxide and carbon dioxide in the upper atmosphere, which can only originate from an external source such as infalling dust and comets.

Troposphere

The troposphere is the lowest and densest part of the atmosphere and is characterised by a decrease in temperature with altitude. The temperature falls from about 320 K (47 °C; 116 °F) at the base of the nominal troposphere at −300 km to 53 K (−220 °C; −364 °F) at 50 km. The temperatures in the coldest upper region of the troposphere (the tropopause) actually vary in the range between 49 and 57 K (−224 and −216 °C; −371 and −357 °F) depending on planetary latitude. The tropopause region is responsible for the vast majority of Uranus's thermal far infrared emissions, thus determining its effective temperature of 59.1 ± 0.3 K (−214.1 ± 0.3 °C; −353.3 ± 0.5 °F).

The troposphere is thought to have a highly complex cloud structure; water clouds are hypothesised to lie in the pressure range of 50 to 100 bar (5 to 10 MPa), ammonium hydrosulfide clouds in the range of 20 to 40 bar (2 to 4 MPa), ammonia or hydrogen sulfide clouds at between 3 and 10 bar (0.3 and 1 MPa) and finally directly detected thin methane clouds at 1 to 2 bar (0.1 to 0.2 MPa). The troposphere is a dynamic part of the atmosphere, exhibiting strong winds, bright clouds and seasonal changes.

Upper atmosphere

Uranus's upper atmosphere taken during the Outer Planet Atmosphere Legacy (OPAL) program.[107]

The middle layer of the Uranian atmosphere is the stratosphere, where temperature generally increases with altitude from 53 K (−220 °C; −364 °F) in the tropopause to between 800 and 850 K (527 and 577 °C; 980 and 1,070 °F) at the base of the thermosphere. The heating of the stratosphere is caused by absorption of solar UV and IR radiation by methane and other hydrocarbons, which form in this part of the atmosphere as a result of methane photolysis. Heat is also conducted from the hot thermosphere. The hydrocarbons occupy a relatively narrow layer at altitudes of between 100 and 300 km corresponding to a pressure range of 1000 to 10 Pa and temperatures of between 75 and 170 K (−198 and −103 °C; −325 and −154 °F).

The most abundant hydrocarbons are methane, acetylene and ethane with mixing ratios of around 10 relative to hydrogen. The mixing ratio of carbon monoxide is similar at these altitudes. Heavier hydrocarbons and carbon dioxide have mixing ratios three orders of magnitude lower. The abundance ratio of water is around 7×10. Ethane and acetylene tend to condense in the colder lower part of the stratosphere and tropopause (below 10 mBar level) forming haze layers, which may be partly responsible for the bland appearance of Uranus. The concentration of hydrocarbons in the Uranian stratosphere above the haze is significantly lower than in the stratospheres of the other giant planets.

Planet Uranus - North Pole - Cyclone (VLA; October 2021)

The outermost layer of the Uranian atmosphere is the thermosphere and corona, which has a uniform temperature around 800 K (527 °C) to 850 K (577 °C). The heat sources necessary to sustain such a high level are not understood, as neither the solar UV nor the auroral activity can provide the necessary energy to maintain these temperatures. The weak cooling efficiency due to the lack of hydrocarbons in the stratosphere above 0.1 mBar pressure levels may contribute too. In addition to molecular hydrogen, the thermosphere-corona contains many free hydrogen atoms. Their small mass and high temperatures explain why the corona extends as far as 50,000 km (31,000 mi), or two Uranian radii, from its surface.

This extended corona is a unique feature of Uranus. Its effects include a drag on small particles orbiting Uranus, causing a general depletion of dust in the Uranian rings. The Uranian thermosphere, together with the upper part of the stratosphere, corresponds to the ionosphere of Uranus. Observations show that the ionosphere occupies altitudes from 2,000 to 10,000 km (1,200 to 6,200 mi). The Uranian ionosphere is denser than that of either Saturn or Neptune, which may arise from the low concentration of hydrocarbons in the stratosphere. The ionosphere is mainly sustained by solar UV radiation and its density depends on the solar activity. Auroral activity is insignificant as compared to Jupiter and Saturn.

At ultraviolet and visible wavelengths, Uranus's atmosphere is bland in comparison to the other giant planets, even to Neptune, which it otherwise closely resembles. When Voyager 2 flew by Uranus in 1986, it observed a total of 10 cloud features across the entire planet. One proposed explanation for this dearth of features is that Uranus's internal heat is markedly lower than that of the other giant planets, as stated previously Uranus is the coldest planet in the Solar System.

Banded structure, winds and clouds

Voyager 2's timelapse of Uranus's dynamic atmosphere

In 1986, Voyager 2 found that the visible southern hemisphere of Uranus can be subdivided into two regions: a bright polar cap and dark equatorial bands. Their boundary is located at about −45° of latitude. A narrow band straddling the latitudinal range from −45 to −50° is the brightest large feature on its visible surface. It is called a southern "collar". The cap and collar are thought to be a dense region of methane clouds located within the pressure range of 1.3 to 2 bar (see above). Besides the large-scale banded structure, Voyager 2 observed ten small bright clouds, most lying several degrees to the north from the collar. In all other respects, Uranus looked like a dynamically dead planet in 1986.

Voyager 2 arrived during the height of Uranus's southern summer and could not observe the northern hemisphere. At the beginning of the 21st century, when the northern polar region came into view, the Hubble Space Telescope (HST) and Keck telescope initially observed neither a collar nor a polar cap in the northern hemisphere. So Uranus appeared to be asymmetric: bright near the south pole and uniformly dark in the region north of the southern collar. In 2007, when Uranus passed its equinox, the southern collar almost disappeared, and a faint northern collar emerged near 45° of latitude. In 2023, a team employing the Very Large Array observed a dark collar at 80° latitude, and a bright spot at the north pole, indicating the presence of a polar vortex.

The first dark spot observed on Uranus. Image obtained by the HST ACS in 2006.

In the 1990s, the number of the observed bright cloud features grew considerably, partly because new high-resolution imaging techniques became available. Most were found in the northern hemisphere as it started to become visible. An early explanation-that bright clouds are easier to identify in its dark part, whereas in the southern hemisphere the bright collar masks them - was shown to be incorrect. Nevertheless, there are differences between the clouds of each hemisphere. The northern clouds are smaller, sharper and brighter. They appear to lie at a higher altitude. The lifetime of clouds spans several orders of magnitude. Some small clouds live for hours; at least one southern cloud may have persisted since the Voyager 2 flyby. Recent observation also discovered that cloud features on Uranus have a lot in common with those on Neptune. For example, the dark spots common on Neptune had never been observed on Uranus before 2006, when the first such feature dubbed Uranus Dark Spot was imaged. The speculation is that Uranus is becoming more Neptune-like during its equinoctial season.

The tracking of numerous cloud features allowed determination of zonal winds blowing in the upper troposphere of Uranus. At the equator winds are retrograde, which means that they blow in the reverse direction to the planetary rotation. Their speeds are from −360 to −180 km/h (−220 to −110 mph). Wind speeds increase with the distance from the equator, reaching zero values near ±20° latitude, where the troposphere's temperature minimum is located. Closer to the poles, the winds shift to a prograde direction, flowing with Uranus's rotation. Wind speeds continue to increase reaching maxima at ±60° latitude before falling to zero at the poles. Wind speeds at −40° latitude range from 540 to 720 km/h (340 to 450 mph). Because the collar obscures all clouds below that parallel, speeds between it and the southern pole are impossible to measure. In contrast, in the northern hemisphere maximum speeds as high as 860 km/h (540 mph) are observed near +50° latitude.

Seasonal variation

For a short period from March to May 2004, large clouds appeared in the Uranian atmosphere, giving it a Neptune-like appearance. Observations included record-breaking wind speeds of 820 km/h (510 mph) and a persistent thunderstorm referred to as "Fourth of July fireworks". On 23 August 2006, researchers at the Space Science Institute (Boulder, Colorado) and the University of Wisconsin observed a dark spot on Uranus's surface, giving scientists more insight into Uranus atmospheric activity. Why this sudden upsurge in activity occurred is not fully known, but it appears that Uranus's extreme axial tilt results in extreme seasonal variations in its weather. Determining the nature of this seasonal variation is difficult because good data on Uranus's atmosphere has existed for less than 84 years, or one full Uranian year. Photometry over the course of half a Uranian year (beginning in the 1950s) has shown regular variation in the brightness in two spectral bands, with maxima occurring at the solstices and minima occurring at the equinoxes. A similar periodic variation, with maxima at the solstices, has been noted in microwave measurements of the deep troposphere begun in the 1960s. Stratospheric temperature measurements beginning in the 1970s also showed maximum values near the 1986 solstice. The majority of this variability is thought to occur owing to changes in viewing geometry.

There are some indications that physical seasonal changes are happening in Uranus. Although Uranus is known to have a bright south polar region, the north pole is fairly dim, which is incompatible with the model of the seasonal change outlined above. During its previous northern solstice in 1944, Uranus displayed elevated levels of brightness, which suggests that the north pole was not always so dim. This information implies that the visible pole brightens some time before the solstice and darkens after the equinox. Detailed analysis of the visible and microwave data revealed that the periodical changes in brightness are not completely symmetrical around the solstices, which also indicates a change in the meridional albedo patterns.

In the 1990s, as Uranus moved away from its solstice, Hubble and ground-based telescopes revealed that the south polar cap darkened noticeably (except the southern collar, which remained bright), whereas the northern hemisphere demonstrated increasing activity, such as cloud formations and stronger winds, bolstering expectations that it should brighten soon. This indeed happened in 2007 when it passed an equinox: a faint northern polar collar arose, and the southern collar became nearly invisible, although the zonal wind profile remained slightly asymmetric, with northern winds being somewhat slower than southern.

The mechanism of these physical changes is still not clear. Near the summer and winter solstices, Uranus's hemispheres lie alternately either in full glare of the Sun's rays or facing deep space. The brightening of the sunlit hemisphere is thought to result from the local thickening of the methane clouds and haze layers located in the troposphere. The bright collar at −45° latitude is also connected with methane clouds. Other changes in the southern polar region can be explained by changes in the lower cloud layers. The variation of the microwave emission from Uranus is probably caused by changes in the deep tropospheric circulation, because thick polar clouds and haze may inhibit convection. Now that the spring and autumn equinoxes are arriving on Uranus, the dynamics are changing and convection can occur again.

Magnetosphere

The magnetic field of Uranus
(animated; 25 March 2020)

Before the arrival of Voyager 2, no measurements of the Uranian magnetosphere had been taken, so its nature remained a mystery. Before 1986, scientists had expected the magnetic field of Uranus to be in line with the solar wind, because it would then align with Uranus's poles that lie in the ecliptic.

Voyager's observations revealed that Uranus's magnetic field is peculiar, both because it does not originate from its geometric centre, and because it is tilted at 59° from the axis of rotation. In fact, the magnetic dipole is shifted from Uranus's centre towards the south rotational pole by as much as one-third of the planetary radius. This unusual geometry results in a highly asymmetric magnetosphere, where the magnetic field strength on the surface in the southern hemisphere can be as low as 0.1 gauss (10 µT), whereas in the northern hemisphere it can be as high as 1.1 gauss (110 µT). The average field at the surface is 0.23 gauss (23 µT).

Studies of Voyager 2 data in 2017 suggest that this asymmetry causes Uranus's magnetosphere to connect with the solar wind once a Uranian day, opening the planet to the Sun's particles. In comparison, the magnetic field of Earth is roughly as strong at either pole, and its "magnetic equator" is roughly parallel with its geographical equator. The dipole moment of Uranus is 50 times that of Earth. Neptune has a similarly displaced and tilted magnetic field, suggesting that this may be a common feature of ice giants. One hypothesis is that, unlike the magnetic fields of the terrestrial and gas giants, which are generated within their cores, the ice giants' magnetic fields are generated by motion at relatively shallow depths, for instance, in the water-ammonia ocean. Another possible explanation for the magnetosphere's alignment is that there are oceans of liquid diamond in Uranus's interior that would deter the magnetic field.

Despite its curious alignment, in other respects the Uranian magnetosphere is like those of other planets: it has a bow shock at about 23 Uranian radii ahead of it, a magnetopause at 18 Uranian radii, a fully developed magnetotail, and radiation belts. Overall, the structure of Uranus's magnetosphere is different from Jupiter's and more similar to Saturn's. Uranus's magnetotail trails behind it into space for millions of kilometres and is twisted by its sideways rotation into a long corkscrew.

Aurorae on Uranus taken by the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) installed on Hubble.[135]

Uranus's magnetosphere contains charged particles: mainly protons and electrons, with a small amount of ions. Many of these particles probably derive from the thermosphere. The ion and electron energies can be as high as 4 and 1.2 megaelectronvolts, respectively. The density of low-energy (below 1 kiloelectronvolt) ions in the inner magnetosphere is about 2 cm −3. The particle population is strongly affected by the Uranian moons, which sweep through the magnetosphere, leaving noticeable gaps. The particle flux is high enough to cause darkening or space weathering of their surfaces on an astronomically rapid timescale of 100,000 years. This may be the cause of the uniformly dark colouration of the Uranian satellites and rings.

Uranus has relatively well developed aurorae, which are seen as bright arcs around both magnetic poles. Unlike Jupiter's, Uranus's aurorae seem to be insignificant for the energy balance of the planetary thermosphere. In March 2020, NASA astronomers reported the detection of a large atmospheric magnetic bubble, also known as a plasmoid, released into outer space from the planet Uranus, after reevaluating old data recorded by the space probe during a flyby of the planet in 1986.

Major moons of Uranus in order of increasing distance (left to right), at their proper relative sizes and albedos (collage of Voyager 2 photographs)

Uranus and six moons taken by the James Webb Space Telescope NIRCam.

Uranus has 27 known natural satellites. The names of these satellites are chosen from characters in the works of Shakespeare and Alexander Pope. The five main satellites are Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, and Oberon. The Uranian satellite system is the least massive among those of the giant planets; the combined mass of the five major satellites would be less than half that of Triton (largest moon of Neptune) alone. The largest of Uranus's satellites, Titania, has a radius of only 788.9 km (490.2 mi), or less than half that of the Moon, but slightly more than Rhea, the second-largest satellite of Saturn, making Titania the eighth-largest moon in the Solar System. Uranus's satellites have relatively low albedos; ranging from 0.20 for Umbriel to 0.35 for Ariel (in green light). They are ice-rock conglomerates composed of roughly 50% ice and 50% rock. The ice may include ammonia and carbon dioxide.

Among the Uranian satellites, Ariel appears to have the youngest surface, with the fewest impact craters, and Umbriel the oldest. Miranda has fault canyons 20 km (12 mi) deep, terraced layers, and a chaotic variation in surface ages and features. Miranda's past geologic activity is thought to have been driven by tidal heating at a time when its orbit was more eccentric than currently, probably as a result of a former 3:1 orbital resonance with Umbriel. Extensional processes associated with upwelling diapirs are the likely origin of Miranda's 'racetrack'-like coronae. Ariel is thought to have once been held in a 4:1 resonance with Titania.

Uranus has at least one horseshoe orbiter occupying the Sun-Uranus Lagrangian point-a gravitationally unstable region at 180° in its orbit, 83982 Crantor. Crantor moves inside Uranus's co-orbital region on a complex, temporary horseshoe orbit. is also a promising Uranus horseshoe librator candidate.

Uranus's rings and atmosphere as imaged by the James Webb Space Telescope's near-infrared camera.

The Uranian rings are composed of extremely dark particles, which vary in size from micrometres to a fraction of a metre. Thirteen distinct rings are presently known, the brightest being the ε ring. All except the two rings of Uranus are extremely narrow - they are usually a few kilometres wide. The rings are probably quite young; the dynamics considerations indicate that they did not form with Uranus. The matter in the rings may once have been part of a moon (or moons) that was shattered by high-speed impacts. From numerous pieces of debris that formed as a result of those impacts, only a few particles survived, in stable zones corresponding to the locations of the present rings.

William Herschel described a possible ring around Uranus in 1789. This sighting is generally considered doubtful, because the rings are quite faint, and in the two following centuries none were noted by other observers. Still, Herschel made an accurate description of the epsilon ring's size, its angle relative to Earth, its red colour, and its apparent changes as Uranus travelled around the Sun. The ring system was definitively discovered on 10 March 1977 by James L. Elliot, Edward W. Dunham, and Jessica Mink using the Kuiper Airborne Observatory. The discovery was serendipitous; they planned to use the occultation of the star SAO 158687 (also known as HD 128598) by Uranus to study its atmosphere. When their observations were analysed, they found that the star had disappeared briefly from view five times both before and after it disappeared behind Uranus. They concluded that there must be a ring system around Uranus. Later they detected four additional rings. The rings were directly imaged when Voyager 2 passed Uranus in 1986. Voyager 2 also discovered two additional faint rings, bringing the total number to eleven.

In December 2005, the Hubble Space Telescope detected a pair of previously unknown rings. The largest is located twice as far from Uranus as the previously known rings. These new rings are so far from Uranus that they are called the "outer" ring system. Hubble also spotted two small satellites, one of which, Mab, shares its orbit with the outermost newly discovered ring. The new rings bring the total number of Uranian rings to 13. In April 2006, images of the new rings from the Keck Observatory yielded the colours of the outer rings: the outermost is blue and the other one red. One hypothesis concerning the outer ring's blue colour is that it is composed of minute particles of water ice from the surface of Mab that are small enough to scatter blue light. In contrast, Uranus's inner rings appear grey.

Although the Uranian rings are very difficult to directly observe from Earth, advances in digital imaging have allowed several amateur astronomers to successfully photograph the rings with red or infrared filters; telescopes with apertures as small as 36 cm (14 inches) may be able to detect the rings with proper imaging equipment.

Exploration

Uranus as seen from the Cassini spacecraft at Saturn

Launched in 1977, Voyager 2 made its closest approach to Uranus on 24 January 1986, coming within 81,500 km (50,600 mi) of the cloudtops, before continuing its journey to Neptune. The spacecraft studied the structure and chemical composition of Uranus's atmosphere, including its unique weather, caused by its axial tilt of 97.77°. It made the first detailed investigations of its five largest moons and discovered 10 new ones. Voyager 2 examined all nine of the system's known rings and discovered two more. It also studied the magnetic field, its irregular structure, its tilt and its unique corkscrew magnetotail caused by Uranus's sideways orientation.

No other spacecraft has flyby Uranus since then, though there has been many proposed missions to revisit the Uranus system. The possibility of sending the Cassini spacecraft from Saturn to Uranus was evaluated during a mission extension planning phase in 2009, but was ultimately rejected in favour of destroying it in the Saturnian atmosphere, as it would have taken about twenty years to get to the Uranian system after departing Saturn. A Uranus entry probe could use Pioneer Venus Multiprobe heritage and descend to 1-5 atmospheres. A Uranus orbiter and probe was recommended by the 2013-2022 Planetary Science Decadal Survey published in 2011; the proposal envisaged launch during 2020-2023 and a 13-year cruise to Uranus. The committee's opinion was reaffirmed in 2022, when a Uranus probe/orbiter mission was placed at the highest priority, due to the lack of knowledge about ice giants.

In astrology, the planet Uranus (symbol ) is the ruling planet of Aquarius. Because Uranus is cyan and Uranus is associated with electricity, the colour electric blue, which is close to cyan, is associated with the sign Aquarius[161] (see Uranus in astrology).

The chemical element uranium, discovered in 1789 by the German chemist Martin Heinrich Klaproth, was named after the then-newly discovered Uranus.[162]

Lydia Sigourney included her poem The Georgian Planet in her 1827 collection of poetry.

"Uranus, the Magician" is a movement in Gustav Holst's orchestral suite The Planets, written between 1914 and 1916.

Operation Uranus was the successful military operation in World War II by the Red Army to take back Stalingrad and marked the turning point in the land war against the Wehrmacht.

The lines "Then felt I like some watcher of the skies/When a new planet swims into his ken", from John Keats's "On First Looking into Chapman's Homer", are a reference to Herschel's discovery of Uranus.[163]

In English language popular culture, humor is often derived from the common pronunciation of Uranus' name, which resembles that of the phrase "your anus".[164]

1. ^ These are the mean elements from VSOP87, together with derived quantities.

2. Calculated using data from Seidelmann, 2007.^ [11]

3. ^ Based on the volume within the level of 1 bar atmospheric pressure.

4. Calculation of He, H^ ₂ and CH₄ molar fractions is based on a 2.3% mixing ratio of methane to hydrogen and the 15/85 He/H₂ proportions measured at the tropopause.

5. Because, in the English-speaking world, the latter sounds like "your ^ anus", the former pronunciation also saves embarrassment: as Pamela Gay, an astronomer at Southern Illinois University Edwardsville, noted on her podcast, to avoid "being made fun of by any small schoolchildren ... when in doubt, don't emphasise anything and just say /ˈjʊərənəs/. And then run, quickly."[41]

6. Cf. ^ (not supported by all fonts)

7. Cf. ^ (not supported by all fonts)

8. ^ Mixing ratio is defined as the number of molecules of a compound per a molecule of hydrogen.

References

Further reading

External links

# data[].attributes.attachment_link.description
Discovered by William Herschel Discovery date 13 March 1781 Pronunciation [1] or [2] the Latin form Ūranus of the Greek god Οὐρανός Ouranos Adjectives Uranian ()[3] Symbol (mostly astronomical), (mostly astrological) Epoch J2000 Aphelion 20.0965 AU (3006.39 Gm) Perihelion 18.2861 AU (2735.56 Gm) 19.19126 AU (2870.972 Gm) Eccentricity 0.04717 142.238600°

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Tatlış Tavşan - Eğlenceli Çocuk Şarkıları

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Gezegen Uranüs Şarkısı | Eğitici Ve Eğlenceli Bebek ve Çocuk Şarkısı | Çizgi Film | Tatlış Tavşan

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Elle est la dernière géante gazeuse de notre système solaire. Il n’est possible de l’observer qu’à l’aide d’un télescope. Les scientifiques pensent que sa composition interne est similaire à celle d’Uranus, de même que sa couleur bleue est due à la présence de méthane.

Place dans le système solaire : 8e planète
Taille : 49 244 km de diamètre
Masse : 1,024 × 10^26 kg
Distance au soleil : 4,498 milliards km
Distance maximale depuis la Terre : 4 687 millions de km
Température : −218 °C
1 jour sur Neptune : 16 heures.
Une année sur Neptune : 164,79 ans
Surface : gaz, roches en fusion et glaces

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Caractéristiques de Neptune

Type

Géante de glaces

Taille (diamètre)

49 244 km, soit environ quatre fois la taille de la Terre

Masse

1,0 × 10 ²⁶ kg, soit 17 masses terrestres

Longueur de l'année (période orbitale)

165 ans

Nombre de lunes

14

Distance moyenne du Soleil

4,5 milliards de kilomètres

Température

Entre -218 et -200 °C

Formation

Huitième planète à partir du Soleil, Neptune est désignée comme une géante de glaces. Elle est surtout composée d'eau, d'ammoniac et de méthane sous forme solide. Neptune a probablement été créée dans un immense nuage de gaz, de poussière et de glace lors de la formation du Système solaire il y a environ 4,5 milliards d'années. Ce nuage s'est aplati pour former un disque en rotation avec le Soleil en son centre. D'après les scientifiques, les géantes de glaces sont différentes des géantes gazeuses (comme Saturne et Jupiter) parce qu'elles ne se seraient pas formées de la même façon.

Rotation et orbite

Selon les données de la sonde Voyager 2, diverses parties de Neptune pourraient tourner à des vitesses différentes puisque la planète n'est pas un corps solide. À l'équateur, Neptune semble faire un tour complet en 18 heures. Dans les régions polaires, la rotation ne semble prendre que 12 heures. La différence entre les vitesses de rotation de Neptune est la plus grande de toutes les planètes. C'est la cause des vents les plus violents du Système solaire : ils soufflent jusqu'à 2 100 km/h!

Une révolution complète de Neptune autour du Soleil prend 165 ans.

Près de 75 ans après avoir classé Pluton parmi les planètes, l'Union astronomique internationale l'a reclassifiée comme une planète naine en . C'est ainsi que Neptune est redevenue la planète la plus éloignée du Système solaire.

Atmosphère et surface

Comme les autres planètes géantes du Système solaire, Neptune n'a pas de surface solide. D'après les scientifiques, elle est faite d'un noyau rocheux solide recouvert d'une couche chaude et dense d'eau et d'ammoniac liquide. L'atmosphère est surtout composée d'hydrogène et d'hélium.

La couleur bleue de Neptune est principalement causée par le méthane de son atmosphère, qui absorbe la lumière rouge. Les scientifiques ne savent pas exactement pourquoi l'atmosphère de Neptune et celle d' Uranus sont de différentes teintes de bleu, bien qu'elles soient très semblables. Comme sur Jupiter, plusieurs grandes tempêtes font rage dans l'atmosphère de Neptune, notamment la Grande Tache sombre, aussi grande que la Terre.

Au 19e siècle, les astronomes ont constaté que l'orbite d'Uranus ne correspondait pas à leurs prévisions. Selon leurs observations, des forces extérieures avaient un effet sur la trajectoire de la planète. Ils ont soupçonné que ces forces venaient d'une planète inconnue située au-delà d' Uranus. À l'aide de calculs complexes, deux astronomes ont prédit chacun de leur côté la position dans le ciel de cette nouvelle planète. Neptune a été repérée en tout près des coordonnées prévues! On l'avait déjà aperçue, mais Neptune demeure la seule planète à avoir été découverte à la suite de calculs.

Exploration de Neptune

Lancée en pour explorer le système solaire extérieur, la sonde Voyager 2 de la NASA est le seul engin spatial à passer près de Neptune, après avoir étudié Uranus. En , la sonde a observé la planète à une distance d'environ 4 400 km. Elle a recueilli des données sur le champ magnétique de Neptune, sur son atmosphère et sur plusieurs de ses satellites. C'est Voyager 2 qui a permis de découvrir la Grande Tache sombre de Neptune.

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Neptune - LA PLANÈTE OUBLIÉE - Documentaire