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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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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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Mercure

Mercure vue par la sonde MESSENGER,
le 14 janvier 2008.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

57 909 050 km
(0,387 098[[1] ] au)

Aphélie

69 816 900 km
(0,466 701 au)

Périhélie

46 001 200 km
(0,307 499 au)

Circonférence orbitale

359 966 400 km
(2,406 226 au)

Excentricité

0,205 6[[2] ]

Période de révolution

87,969 d

Période synodique

115,88 d

Vitesse orbitale moyenne

47,362 km/s

Vitesse orbitale maximale

58,98 km/s

Vitesse orbitale minimale

38,86 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

7,00 °

Nœud ascendant

48,33 °

Argument du périhélie

29,12 °

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

2 439,7 km
(0,383 Terre)

Rayon polaire

2 439,7 km
(0,384 Terre)

Rayon moyen
volumétrique

2 439,7 km
(0,383 Terre)

Périmètre équatorial

15 329 km
(0,383 Terre)

Superficie

7,48 × 10 ⁷ km²
(0,147 Terre)

Volume

6,083 × 10 ¹⁰ km³
(0,056 Terre)

Masse

3,301 1 × 10 ²³ kg
(0,055 Terre)

Masse volumique globale

5 427 kg/m³

Gravité de surface

3,70 m/s²
(0,378 g)

Vitesse de libération

4,25 km/s

Période de rotation
(jour sidéral)

58,645 8 d

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

10,892 km/h

Irradiance solaire

9 126,6 W/m²
(6,673 Terres)

Température d'équilibre
du corps noir

* Maximum

* Moyenne

* Minimum

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

5 × 10 −10 Pa

Masse totale

Moins de 10 000 kg

Histoire

Divinité babylonienne

Nabû

Divinité grecque

Stilbôn[3] et Ἑρμῆς[4]

Nom chinois
(élément associé)

Shuǐxīng 水星 (eau)

Mercure est la planète la plus proche du Soleil et la moins massive du Système solaire. Son éloignement au Soleil est compris entre 0,31 et 0,47 unité astronomique (soit 46 et 70 millions de kilomètres), ce qui correspond à une excentricité orbitale de 0,2 - plus de douze fois supérieure à celle de la Terre, et de loin la plus élevée pour une planète du Système solaire. Elle est visible à l' œil nu depuis la Terre avec un diamètre apparent de 4,5 à 13 secondes d'arc, et une magnitude apparente de 5,7 à −2,3 ; son observation est toutefois rendue difficile par son élongation toujours inférieure à 28,3° qui la noie le plus souvent dans l'éclat du soleil. En pratique, cette proximité avec le soleil implique qu'elle ne peut être vue que près de l'horizon occidental après le coucher du soleil ou près de l'horizon oriental avant le lever du soleil, en général au crépuscule. Mercure a la particularité d'être en résonance spin-orbite 3:2, sa période de révolution (~88 ) valant exactement 1,5 fois sa période de rotation (~59 jours), et donc la moitié d'un jour solaire (~176 jours). Ainsi, relativement aux étoiles fixes, elle tourne sur son axe exactement trois fois toutes les deux révolutions autour du Soleil.

Mercure est une planète tellurique, comme le sont également Vénus, la Terre et Mars. Elle est près de trois fois plus petite et presque vingt fois moins massive que la Terre mais presque aussi dense qu'elle. Sa densité remarquable - dépassée seulement par celle de la Terre, qui lui serait d'ailleurs inférieure sans l'effet de la compression gravitationnelle - est due à l'importance de son noyau métallique, qui représenterait 85 % de son rayon, contre environ 55 % pour la Terre.

Comme Vénus, Mercure est quasiment sphérique - son aplatissement pouvant être considéré comme nul - en raison de sa rotation très lente. Dépourvue de véritable atmosphère pouvant la protéger des météorites (il n'existe qu'une exosphère exerçant une pression au sol de moins de 1 ou 10 −14 ), sa surface est très fortement cratérisée et globalement similaire à la face cachée de la Lune, indiquant qu'elle est géologiquement inactive depuis des milliards d'années. Cette absence d'atmosphère combinée à la proximité du Soleil engendre des températures en surface allant de 90 (−183 ) au fond des cratères polaires (là où les rayons du Soleil ne parviennent jamais) jusqu'à 700 (427 ) au point subsolaire au périhélie. La planète est par ailleurs dépourvue de satellites naturels.

Seules deux sondes spatiales ont étudié Mercure. Mariner 10, qui survole à trois reprises la planète en 1974- 1975, cartographie 45 % de sa surface et découvre l'existence de son champ magnétique. La sonde MESSENGER, après trois survols en 2008-2009, se met en orbite autour de Mercure en et réalise une étude détaillée notamment de sa topographie, son histoire géologique, son champ magnétique et son exosphère. La sonde BepiColombo a pour objectif de se mettre en orbite autour de Mercure en .

La planète Mercure doit son nom au messager des dieux dans la mythologie romaine, Mercure. La planète est nommée ainsi par les Romains à cause de la vitesse avec laquelle elle se déplace dans le ciel. Le symbole astronomique de Mercure est un cercle posé sur une croix et portant un demi-cercle en forme de cornes ( Unicode : ☿). Il s'agit d'une représentation du caducée du dieu Hermès, équivalent de Mercure dans la mythologie grecque. Mercure a également donné son nom au troisième jour de la semaine, mercredi (" Mercurii dies ").

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

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

L'orbite de Mercure est inclinée de 7 degrés par rapport au plan de l'orbite terrestre ( écliptique), comme le montre le schéma de droite. Par conséquent, les transits de Mercure devant le Soleil ne peuvent avoir lieu que lorsque la planète traverse le plan de l'écliptique, au moment où elle se trouve entre la Terre et le Soleil, c'est-à-dire en mai ou en novembre. Cela se produit environ tous les sept ans en moyenne.

L' inclinaison de l'axe de rotation de Mercure sur son plan orbital est la plus faible du Système solaire, à peine 2 minutes d'arc, soit environ 0,03 degré. Cela est significativement plus faible que celle de Jupiter, qui a la deuxième plus petite inclinaison axiale de toutes les planètes, à 3,1 degrés. Cela signifie que pour un observateur aux pôles de Mercure, le centre du soleil ne s'élève jamais à plus de 2 minutes d'arc au-dessus de l'horizon.

En certains points de la surface de Mercure, un observateur pourrait voir le soleil se lever à un peu plus des deux tiers de l'horizon, puis se coucher avant de se lever à nouveau, le tout au cours de la même journée mercurielle. En effet, quatre jours terrestres avant le périhélie, la vitesse orbitale angulaire de Mercure est égale à sa vitesse de rotation angulaire, de sorte que le mouvement apparent du soleil cesse ; plus près du périhélie, la vitesse orbitale angulaire de Mercure dépasse alors la vitesse de rotation angulaire. Ainsi, pour un observateur hypothétique sur Mercure, le soleil semble se déplacer dans une direction rétrograde. Quatre jours terrestres après le périhélie, le mouvement apparent normal du soleil reprend et il se lève à nouveau à l'est pour se coucher à l'ouest.

Pour la même raison, il y a un couple de points sur l'équateur de Mercure (l'un d'entre eux étant situé dans le bassin Caloris), distants de 180 degrés en longitude, où à chacun desquels, un an mercurien sur deux (ce qui équivaut à une fois par jour mercurien), le soleil passe au-dessus d'est en ouest, puis inverse son mouvement apparent et passe à nouveau au-dessus d'ouest en est (lors du mouvement rétrograde), puis inverse son mouvement une seconde fois et passe au-dessus une troisième fois d'est en ouest,. Au cours de l'année mercurienne alternée, c'est à l'autre point de ce couple que ce phénomène se produit. L'amplitude du mouvement rétrograde étant faible en ces points, l'effet global est que, pendant deux ou trois semaines, le soleil est presque stationnaire au-dessus du point, et est à son plus haut niveau de brillance parce que Mercure est au périhélie. Cette exposition prolongée au moment où la planète est au plus proche du Soleil fait de ces deux points les endroits les plus chauds sur Mercure (d'où le nom Caloris, signifiant " chaleur " en latin),. Un de ces points a servi de référence pour le méridien 0°.

Inversement, il y a deux autres points sur l'équateur, à 90 degrés de longitude de distance des premiers, où le soleil ne passe au-dessus que lorsque la planète est à l' aphélie, une année mercurienne sur deux, à un moment où le mouvement apparent du soleil dans le ciel de Mercure est relativement rapide. Ces points reçoivent ainsi beaucoup moins de chaleur solaire que ceux du couple décrits ci-dessus. Il en résulte une journée mercurienne également " étrange " pour un observateur qui y serait situé. Celui-ci verra le soleil se lever puis se recoucher, puis se relever à l'horizon Est ; et à la fin de la journée à l'Ouest, le soleil se couchera puis se relèvera, pour se recoucher. Ce phénomène s'explique aussi par la variation de la vitesse orbitale de Mercure : quatre jours avant le périhélie, la vitesse (angulaire) orbitale de Mercure étant exactement égale à sa vitesse (angulaire) de rotation, le mouvement du soleil semble s'arrêter,.

Mercure atteint sa conjonction inférieure (point où elle est au plus proche de la Terre) tous les 116 jours terrestres en moyenne (ce qu'on appelle la période synodique), mais cet intervalle peut aller de 105 jours à 129 jours, en raison de l'orbite excentrique de la planète,. Entre 1900 et 2100, Mercure s'est approchée au minimum, (et ne s'approchera donc pas plus), de la Terre d'environ 82,1 × 10 ⁶ kilomètres (soit 0,55 unité astronomique), le . Sa période de mouvement rétrograde peut varier de 8 à 15 jours terrestres de part et d'autre de la conjonction inférieure. Cette grande amplitude est aussi due à l'excentricité orbitale élevée de la planète.

De par sa proximité avec le Soleil, c'est Mercure et non Vénus qui est la planète la plus proche de la Terre en moyenne, contrairement à ce que l'on pourrait imaginer en regardant les représentations classiques du Système solaire le long d'une ligne,. Ce raisonnement peut même être étendu, et Mercure est en réalité la planète la plus proche pour chacune des autres planètes du Système solaire, y compris Uranus et Neptune (orbitant respectivement à 19 et 30 UA).

Alors qu'il étudiait Mercure afin d'en dresser une première carte, Schiaparelli remarque après plusieurs années d'observation que la planète présente toujours la même face au Soleil, comme la Lune le fait avec la Terre. Il en conclut alors en 1889 que Mercure est synchronisée par effet de marée avec le Soleil et que sa période de rotation équivaut à une année mercurienne, soit 88 jours terrestres. Cette durée est cependant erronée et il fallut attendre les années 1960 avant que les astronomes ne la revoient à la baisse.

Ainsi, en 1962, des observations par radar à effet Doppler sont effectuées par le radiotélescope d'Arecibo sur Mercure afin d'en apprendre plus sur la planète et de vérifier si la période de rotation est bien égale à la période de révolution. Les températures relevées du côté de la planète censé être toujours exposé à l'ombre sont alors trop importantes, ce qui suggère que cette face sombre est en réalité parfois exposée au Soleil. En 1965, les résultats obtenus par Gordon H. Pettengill et Rolf B. Dyce révèlent que la période de rotation de Mercure est en fait de 59 jours terrestres, avec une incertitude de 5 jours. Cette période sera ajustée plus tard, en 1971, à 58,65 jours à ± 0,25 jours grâce à des mesures plus précises - toujours par radar - effectuées par R.M. Goldstein. Trois ans plus tard, la sonde Mariner 10 apporte une meilleure précision, mesurant la période de rotation à 58,646 ± 0,005 jours. Il se trouve que cette période est exactement égale aux 2/3 de la révolution de Mercure autour du Soleil ; c'est ce qu'on appelle une résonance spin-orbite 3:2,.

Cette résonance 3:2, une spécificité de Mercure, est stabilisée par la variance de la force de marée le long de l'orbite excentrique de Mercure, agissant sur une composante dipolaire permanente de la distribution de masse de Mercure et par le mouvement chaotique de son orbite. Dans une orbite circulaire, il n'y a pas de telle variance, donc la seule résonance stabilisée pour une telle orbite est 1:1 (par exemple, Terre-Lune). Au périhélie, là où la force de marée atteint son maximum, elle stabilise les résonances, comme 3:2, en obligeant la planète à pointer son axe de moindre inertie (là où le diamètre de la planète est le plus grand) approximativement vers le Soleil,.

La raison pour laquelle les astronomes pensaient que Mercure était verrouillée avec le Soleil est que, à chaque fois que Mercure était la mieux placée pour être observée, elle se trouvait toujours au même point sur son orbite (en résonance 3:2), présentant ainsi la même face à la Terre ; ce qui serait aussi le cas si elle était totalement synchronisée avec le Soleil. Cela est dû au fait que la période de rotation réelle de Mercure de 58,6 jours est presque exactement la moitié de la période synodique de Mercure valant 115,9 jours (c'est-à-dire le temps mis par Mercure pour revenir à la même configuration Terre-Mercure-Soleil) par rapport à la Terre. L'erreur de Schiaparelli peut aussi être imputée à la difficulté d'observation de la planète avec les moyens de l'époque.

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

Une modélisation précise basée sur un modèle des marées a démontré que Mercure a été capturé dans l'état de spin-orbite 3:2 à un stade très précoce de son histoire, entre 10 et 20 millions d'années après sa formation. De plus, des simulations numériques ont montré qu'une future résonance séculaire avec Jupiter pourrait faire croître l'excentricité de Mercure jusqu'à un point où il y aurait 1 % de chance que la planète entre en collision avec Vénus d'ici à 5 milliards d'années,,. La prédiction à long terme de l'orbite de Mercure s'inscrit dans la mécanique du chaos : certaines simulations démontrent même que la planète pourrait être éjectée du Système solaire.

Comme pour l'ensemble des planètes du Système solaire, l'orbite de Mercure connaît une très lente précession du périhélie autour du Soleil, c'est-à-dire que son orbite est elle-même en rotation autour du Soleil. Cependant, contrairement aux autres planètes, la période de précession du périhélie de Mercure ne concorde pas avec les prédictions faites à l'aide de la mécanique newtonienne.

En effet, Mercure connaît une précession légèrement plus rapide que celle à laquelle on peut s'attendre en appliquant les lois de la mécanique céleste, et se trouve en avance d'environ 43 secondes d'arc par siècle,.

Les astronomes ont donc, dans un premier temps, pensé à la présence d'un ou plusieurs corps entre le Soleil et l'orbite de Mercure dont l'interaction gravitationnelle perturberait le mouvement de cette dernière. L'astronome français Urbain Le Verrier, qui avait découvert en 1846 la planète Neptune à partir d'anomalies dans l'orbite d' Uranus, se penche sur le problème et suggère la présence d'une planète inconnue ou d'une seconde ceinture d'astéroïdes entre le Soleil et Mercure. Des calculs effectués, en prenant en compte l'influence gravitationnelle de ces corps, devaient alors concorder avec la précession observée.

Le , Le Verrier est contacté par le médecin français Edmond Lescarbault à propos d'une tache noire qu'il aurait vu passer devant le Soleil deux jours avant et qui était probablement, selon lui, une planète intramercurienne. Le Verrier postule alors que cette planète - qu'il nomme Vulcain - est responsable des anomalies du mouvement de Mercure et se met en tête de la découvrir. À partir des informations de Lescarbault, il conclut que Vulcain tournerait autour du Soleil en 19 jours et 7 heures à une distance moyenne de 0,14 . Il déduit également un diamètre d'environ 2 000 km et une masse de 1/ de celle de Mercure. Cette masse est cependant bien trop faible pour expliquer les anomalies, mais Vulcain reste une bonne candidate au corps le plus gros d'une hypothétique ceinture d'astéroïdes interne à l'orbite de Mercure.

Le Verrier profite alors de l'éclipse de Soleil de 1860 pour mobiliser tous les astronomes français afin de repérer Vulcain, mais personne ne put la trouver. La planète fut ensuite recherchée pendant des décennies, sans succès même si certains astronomes pensèrent l'avoir vue,, jusqu'à ce qu'une explication relativiste soit proposée.

En 1916, Albert Einstein avance la théorie de la relativité générale. En appliquant les paramètres dits post-képlériens de sa théorie au mouvement de Mercure, Einstein fournit l'explication de la précession observée en formalisant la gravitation comme étant affectée par la courbure de l' espace-temps. La formule de précession subie par l'orbite obtenue par Einstein est :

où est le demi-grand axe de l' ellipse, son excentricité, la constante gravitationnelle, la masse du Soleil, et la période de révolution sur l'ellipse.

Avec pour valeurs numériques, , , , et , on retrouve 0,1038 secondes d'arc par révolution, ce qui correspond, avec les 415 révolutions de Mercure par siècle, à :

secondes d'arc par siècle.

L'effet est faible : seulement 43 secondes d'arc par siècle pour Mercure, il faut donc environ 2,8 millions d'années pour un tour complet en excès (ou douze millions de révolutions), mais coïncide bien avec l'avance du périhélie précédemment mesurée. Cette prédiction validée constitue un des premiers grand succès de la relativité générale naissante.

Caractéristiques physiques

Mercure est l'une des quatre planètes telluriques du Système solaire, et possède un corps rocheux comme la Terre. C'est également la plus petite, avec un rayon équatorial de 2 439,7 km. Mercure est également plus petite - bien que plus massive - que deux satellites naturels du Système solaire, Ganymède et Titan. Mercure est composée d'environ 70 % de métaux (principalement dans le noyau) et de 30 % de silicate (principalement dans son manteau),. La densité de Mercure est la deuxième plus élevée dans le Système solaire, avec 5,427 , soit à peine moins que la densité de la Terre, qui est de 5,515 ,. Si l'effet de la compression gravitationnelle devait être ignoré, c'est Mercure qui serait plus dense avec 5,3 contre 4,4 pour la Terre, du fait d'une composition avec des matériaux plus denses.

La densité de Mercure peut être utilisée pour déduire des détails sur sa structure interne. Bien que la haute densité de la Terre résulte sensiblement de la compression gravitationnelle, en particulier au niveau du noyau terrestre, Mercure est beaucoup plus petite et ses régions internes ne sont pas aussi comprimées. Par conséquent, pour qu'elle ait une densité aussi élevée, son noyau doit être volumineux et riche en fer.

Les géologues estiment que le noyau de Mercure occupe environ 85 % de son rayon,, ce qui représenterait ainsi environ 61,4 % de son volume contre 17 % pour la Terre par exemple. Des recherches publiées en 2007 ont un temps suggéré que le noyau de Mercure était totalement liquide ( nickel et fer),,. Plus récemment, d'autres études utilisant des données de la mission MESSENGER, achevée en 2015, amènent cependant les astronomes à penser que le noyau interne de la planète est en réalité solide,,. Autour du noyau se trouve une couche centrale externe solide de sulfure de fer et un manteau composé de silicates,. D'après les données de la mission Mariner 10 et les observations terrestres, la croûte de Mercure aurait une épaisseur entre 35 et 54 km. Une caractéristique distinctive de la surface de Mercure est la présence de nombreuses crêtes étroites, s'étendant jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres de longueur. On pense qu'elles se sont formées lorsque le noyau et le manteau de Mercure ont refroidi et se sont contractés à un moment où la croûte s'était déjà solidifiée.

Le noyau de Mercure a une teneur en fer plus élevée que celle de tout autre objet du Système solaire. Cette forte concentration en fer est la raison pour laquelle on la surnomme parfois " la planète métallique " ou " la planète de fer ". Comprendre l'origine de cette concentration permettrait d'en apprendre beaucoup sur la nébuleuse solaire primitive et les conditions dans lesquelles le Système solaire s'est formé. Trois hypothèses ont été proposées pour expliquer la haute métallicité de Mercure et son noyau gigantesque.

La théorie la plus largement acceptée à ce sujet est que Mercure avait à l'origine un rapport de métal sur silicate similaire à celui des météorites de chondrite communes, que l'on pense être typiques de la matière rocheuse du Système solaire, et avec une masse environ 2,25 fois supérieure à sa masse actuelle. Ensuite, au début de l'histoire du Système solaire, Mercure aurait été frappée par un planétésimal d'environ 1/ de cette masse et de plusieurs milliers de kilomètres de diamètre. L'impact aurait enlevé une grande partie de la croûte et du manteau d'origine, laissant derrière lui le noyau métallique qui aurait fusionné avec celui du planétésimal, et un mince manteau. Un processus similaire, connu sous le nom d' hypothèse de l'impact géant, a été proposé pour expliquer la formation de la Lune à la suite de la collision de la Terre avec l'impacteur Théia.

Alternativement, Mercure pourrait s'être formée à partir de la nébuleuse solaire avant que la production d'énergie du Soleil ne se soit stabilisée. Au départ, sa masse aurait été le double de celle actuelle mais lorsque la protoétoile s'est contractée, les températures à proximité de Mercure auraient pu se situer entre 2 500 et 3 500 K et peut-être même atteindre 10 000 K. Une grande partie de la roche de surface de Mercure aurait ainsi pu être vaporisée à ces températures, formant une atmosphère de vapeur de roche qui aurait ensuite été emportée par le vent solaire.

Une troisième hypothèse suppose que la nébuleuse solaire aurait provoqué une traînée sur les particules à partir desquelles Mercure s' accrétait, ce qui signifie que des particules plus légères ont été perdues du matériau d'accrétion et n'ont pas été recueillies par Mercure. Ainsi, le taux d'éléments lourds, comme le fer, présents dans la nébuleuse solaire était plus important au voisinage du Soleil, voire ces éléments lourds étaient distribués graduellement autour du Soleil (plus on s'en éloignait, moins il y avait d'éléments lourds). Mercure, proche du Soleil, aurait donc amassé plus de matériaux lourds que les autres planètes pour former son noyau.

Cependant, chaque hypothèse prévoit une composition de surface différente. La mission MESSENGER a trouvé des niveaux de potassium et de soufre plus élevés que prévu à la surface, ce qui suggère que l'hypothèse d'un impact géant et d'une vaporisation de la croûte et du manteau ne s'est pas produite car le potassium et le soufre auraient été chassés par la chaleur extrême de ces événements. Ainsi, les résultats obtenus jusqu'à présent semblent favoriser la troisième hypothèse mais une analyse plus approfondie des données est nécessaire. BepiColombo, qui arrivera en orbite autour de Mercure en 2025, fera des observations pour tenter d'apporter une réponse.

La surface de Mercure est couverte d'un tapis poussiéreux, de cassures et de cratères. La surface de Mercure est similaire à celle de la Lune, montrant de vastes plaines de minéraux ( silicates) ressemblant à des mers lunaires et de nombreux cratères, ce qui indique qu'elle est géologiquement inactive depuis des milliards d'années,. Pour les astronomes, ces cratères sont très anciens et racontent l'histoire de la formation du Système solaire, lorsque les planétésimaux entraient en collision avec les jeunes planètes pour fusionner avec elles. Par opposition, certaines portions de la surface de Mercure semblent lisses, vierges de tout impact,. Il s'agit probablement de coulées de lave recouvrant un sol plus ancien et plus marqué par les impacts. La lave, une fois refroidie, donnerait lieu à l'apparition d'une surface lisse, blanchâtre. Ces plaines datent d'une époque plus récente, postérieure à la période de bombardements intenses. La découverte des plaines volcaniques sur la surface permet de mettre en cause des chutes d'énormes astéroïdes atteignant le manteau, et pouvant créer en même temps des éruptions volcaniques à l'opposé de la planète.

La connaissance de la géologie de Mercure n'ayant été basée que sur le survol de la sonde Mariner 10 en 1975 et sur des observations terrestres, elle fut la moins bien connue des planètes telluriques jusqu'à 2011 et la mission MESSENGER. Par exemple, un cratère inhabituel avec des creux rayonnants est découvert grâce à cette mission, que les scientifiques appellent un temps cratère de l'Araignée avant de le renommer Apollodorus,.

Mercure possède différents types de formations géologiques,, :

les cratères, nommés en l'honneur d'artistes, de musiciens, de peintres et d'écrivains décédés qui ont apporté une contribution exceptionnelle ou fondamentale à leur domaine ;

les Montes (montagnes), nommées d'après le mot " chaleur " dans différentes langues ;

les (plaines), nommées par une association à la mythologie et à Mercure dans différentes langues ;

Mercure a été lourdement bombardée par des comètes et des astéroïdes pendant et peu après sa formation, il y a 4,6 milliards d'années, ainsi que pendant un épisode ultérieur, peut-être distinct, appelé le Grand bombardement tardif, qui s'est terminé il y a 3,8 milliards d'années. Pendant cette période de formation intense de cratères, Mercure subit des impacts sur toute sa surface, facilités par l'absence de toute atmosphère pour ralentir les impacteurs. Aussi, Mercure est alors volcaniquement active ; des bassins tels que le bassin Caloris sont remplis de magma, produisant des plaines lisses semblables aux mers lunaires,. Après le grand bombardement, l'activité volcanique de Mercure aurait cessé, soit environ 800 millions d'années après sa formation.

La surface de Mercure est plus hétérogène que celle de Mars ou de la Lune, qui contiennent toutes deux des étendues importantes de géologie similaire, comme les maria et les planitiae.

Le diamètre des cratères de Mercure varie de petites cavités en forme de bol à des bassins d'impact multi-annulaires de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre. Ils apparaissent dans tous les états de dégradation, des cratères rayonnés relativement frais aux restes de cratères très dégradés. Les cratères de Mercure diffèrent subtilement des cratères lunaires en ce que la zone couverte par leurs éjections est beaucoup plus petite, conséquence de la plus forte gravité de Mercure à sa surface. Selon les règles de l' UAI, chaque nouveau cratère doit porter le nom d'un artiste célèbre depuis plus de cinquante ans, et mort depuis plus de trois ans, avant la date à laquelle le cratère est nommé.

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

À l' antipode du bassin Caloris se trouve une grande région de terrain très vallonnée et accidentée, de la taille de la France et de l' Allemagne réunies, connue sous le nom de " Terrain étrange " (en anglais Weird Terrain ). Une hypothèse pour son origine est que les ondes de choc générées lors de l'impact de Caloris ont voyagé autour de Mercure, convergeant à l'antipode du bassin (à 180 degrés). Les fortes contraintes qui en ont résulté ont fracturé la surface, soulevant le sol à une hauteur de 800 à 1 000 m et produisant cette région chaotique,. Une autre hypothèse est que ce terrain s'est formé à la suite de la convergence des éjecta volcaniques à l'antipode de ce bassin.

L'impact ayant créé le bassin Caloris a également contribué à la formation de l'unique chaîne de montagnes de Mercure : les Caloris Montes,.

Au total, environ 15 bassins d'impact sont identifiés sur Mercure. Un bassin notable est le bassin Tolstoï, de 400 km de large, avec de multiples anneaux et qui a une couverture d'éjectas s'étendant jusqu'à 500 km depuis son pourtour et dont l'apparition marque l'ère du Tolstoïen. Les bassins Rembrandt et Beethoven, ayant une couverture d'éjecta volcaniques de taille similaire, font également partie des plus gros cratères d'impact de la planète avec une largeur respective de 716 et 625 km.

Comme la Lune, la surface de Mercure a probablement subi les effets des processus d' érosion spatiale, notamment le vent solaire et les impacts de micrométéorites.

Mercure présente également des cratères fantômes partiellement d'origine tectonique formés de graben et de dorsum. Uniques dans le Système solaire, ils sont découverts en 2011.

Il existe deux régions de plaines géologiquement distinctes sur Mercure,,.

Premièrement, les plaines légèrement vallonnées dans les régions situées entre les cratères sont les plus anciennes surfaces visibles de Mercure, antérieures aux terrains fortement cratérisés. Ces plaines entre les cratères semblent avoir effacé de nombreux cratères plus anciens, et montrent une rareté générale de petits cratères de moins de 30 km de diamètre environ.

Deuxièmement, les plaines lisses sont de vastes zones plates qui remplissent des dépressions de tailles diverses et ressemblent beaucoup aux mers lunaires. Elles remplissent notamment un large anneau entourant le bassin Caloris. Contrairement aux mers lunaires, les plaines lisses de Mercure ont les mêmes albédos que les anciennes plaines entre les cratères. Malgré l'absence de caractéristiques volcaniques incontestables, la localisation et la forme arrondie et lobée de ces plaines soutiennent fortement des origines volcaniques. Toutes les plaines lisses de Mercure se sont formées beaucoup plus tard que le bassin Caloris, comme indique leur densité de cratères sensiblement plus faible par rapport à celle de la couverture d'éjection de Caloris. Le fond du bassin Caloris est rempli d'une plaine plate géologiquement distincte, fragmentée par des crêtes et des fractures selon un schéma à peu près polygonal. Il n'est pas clair s'il s'agit de laves volcaniques induites par l'impact ou des impactites.

Une caractéristique inhabituelle de la surface de Mercure est la présence de nombreux plis de compression appelés escarpements (ou Rupes) qui sillonnent les plaines. À la suite de la phase chaude de sa formation, c'est-à-dire après la fin du Grand bombardement tardif qui a un temps rendu toutes les planètes du système solaire des boules incandescentes, l'intérieur de Mercure s'est contracté et sa surface a commencé à se déformer, créant des crêtes. Ces escarpements peuvent atteindre une longueur de 1 000 km et une hauteur de 3 km. Ces caractéristiques de compression peuvent être observées simultanément avec d'autres caractéristiques, telles que des cratères et des plaines lisses, indiquant qu'elles sont plus récentes.

La cartographie des caractéristiques de Mercure grâce aux photographies prises par Mariner 10 a d'abord suggéré un rétrécissement total du rayon de Mercure de l'ordre de 1 à 2 km du fait de ces compressions, intervalle ayant plus tard été augmenté de 5 à 7 km, à la suite des données de MESSENGER,. Aussi, des failles de poussée à petite échelle sont trouvées, d'une hauteur de plusieurs dizaines de mètres et d'une longueur de quelques kilomètres, qui semblent avoir moins de 50 millions d'années. Cela indique que la compression de l'intérieur et l'activité géologique de surface qui en résulte se poursuivent toujours à cette petite échelle,. Après cette découverte, la supposée inactivité géologique de Mercure, et des petites planètes en général, pourrait être remise en cause.

Le Lunar Reconnaissance Orbiter découvre en 2019 l'existence de petites failles de poussée similaires sur la Lune.

Périodes géologiques de Mercure (en millions d'années) :

Pré-Tolstoïen

Il s'étend du tout début de l'histoire du système solaire à la période de bombardements intenses, soit de -4,5 à -3,9 milliards d'années. La nébuleuse solaire primitive s'est condensée et a commencé à former de la matière solide ; d'abord de petite masse qui à force de s'accumuler (processus d' accrétion) a produit des corps de plus en plus gros, ayant une force d'attraction de plus en plus importante, jusqu'à former la principale masse de Mercure. La nature homogène ou hétérogène de cette accumulation de matière reste encore inconnue : on ne sait pas si Mercure s'est formée à partir d'un mélange de fer et de silicate qui se sont ensuite dissociés pour former séparément un noyau métallique et un manteau de silicate, ou si le noyau s'est formé en premier, à partir de métaux, puis le manteau et la croûte ne sont venus qu'après, lorsque les éléments lourds comme le fer sont devenus moins abondants aux environs de Mercure. Il y a peu de chance pour que Mercure ait possédé une atmosphère initiale (juste après l'accumulation de matière), ou alors elle se serait évaporée très tôt avant l'apparition des plus anciens cratères. Si Mercure avait eu une atmosphère, on aurait pu remarquer une érosion des cratères par les vents, comme sur Mars. Les escarpements présents majoritairement dans les régions " inter-cratères " (qui sont des surfaces plus anciennes que les cratères) et qui traversent parfois certains des plus vieux cratères, montrent que le refroidissement du noyau et la contraction de la planète se sont produits entre la fin de la première période et le début de la seconde.

La seconde période (de -3,9 à -3,85 milliards d'années) est caractérisée par un fort bombardement météoritique par des corps relativement gros (des résidus du processus d'accrétion), couvrant la surface de Mercure par des cratères et des bassins (cratères larges de plus de 200 km de diamètre), et se termine à la formation du bassin Caloris. Il n'est pas certain que cette période soit la phase terminale de l'accrétion de Mercure ; il est possible qu'il ne s'agisse que d'un second épisode de bombardement indépendant de cette accumulation. D'autant plus que c'est l'époque du grand bombardement tardif. Elle porte ce nom car elle a vu la formation du bassin Tolstoï.

La formation du bassin Caloris marque la séparation cette période (de -3,85 à -3,80 milliards d'années). L'impact météoritique a donné lieu à de fortes transformations de la surface de Mercure : la création de l'anneau montagneux Caloris Montes autour du cratère produit par l'impact et les déformations chaotiques de l'autre côté de la planète. L'asymétrie de la répartition interne des masses qu'il a occasionnée, à l'échelle de la planète, a été le pivot sur lequel se fonde la synchronisation des périodes rotation/révolution : le bassin Caloris est (avec son antipode) un des " pôles équatoriaux chauds ".

Calorien supérieur

La quatrième époque géologique de Mercure s'étale de -3,80 à -3 milliards d'années et débute après la collision donnant lieu au bassin Caloris. Elle couvre la période de volcanisme qui s'ensuivit. Des coulées de lave ont formé une partie des grandes plaines lisses, grossièrement similaires aux maria lunaires. Cependant, les plaines lisses recouvrant le bassin Caloris (Suisei, Odin, et Tir Planitia) auraient été formées par des éjectas lors de l'impact Caloris.

Mansurien et Kuiperien

S'étendant respectivement de -3 milliards d'années à -1 milliard d'années puis depuis -1 milliard d'années à aujourd'hui, ces périodes sont marquées par de petits impacts météoritiques : peu d'événements majeurs se sont produits sur Mercure durant ces périodes. Ces ères prennent également le nom de cratères : le Mansur et le Kuiper.

Les images prises par Mariner 10 sont d'abord recalibrées à partir d'images prises en laboratoire avant le lancement de la sonde, et d'images prises durant la mission des nuages de Vénus (Vénus présente une texture plutôt uniforme) et de l'espace profond. Robinson et Lucey étudient ensuite divers échantillons de la Lune - qui aurait connu une activité volcanique similaire - et notamment la réflexion de la lumière afin de faire un parallèle entre la composition et la réflexion de ces matériaux.

À l'aide de techniques avancées de traitement d'images numériques (qui n'étaient pas possibles à l'époque de la mission Mariner 10), ils appliquent un code de couleurs aux images afin de différencier les matériaux minéraux sombres des matériaux métalliques. Trois couleurs sont utilisées : le rouge pour caractériser les minéraux opaques, sombres (plus le rouge est prononcé, moins il y a de minéraux sombres) ; le vert pour caractériser à la fois la concentration d' oxyde de fer (FeO) et l'intensité du bombardement de micrométéorites, également appelé " maturité " (la présence de FeO est moins importante, ou la région est moins mature, sur les portions plus vertes) ; le bleu pour caractériser le rapport UV/lumière visible (l'intensité de bleu augmente avec le rapport). La combinaison des trois images donne des couleurs intermédiaires. Par exemple, une zone en jaune peut représenter une combinaison d'une forte concentration en minéraux opaques (rouge) et d'une maturité intermédiaire (vert).

Robinson et Lucey remarquent que les plaines sont marquées de couleurs différentes par rapport aux cratères et ils peuvent en déduire que ces plaines sont de composition différente par rapport aux surfaces plus anciennes (caractérisées par la présence de cratères). Ces plaines ont dû, à l'instar de la Lune, être formées par des coulées de lave. De nouvelles questions se posent alors quant à la nature de ces remontées de roche en fusion : celles-ci peuvent être de simples épanchements fluides, ou des éruptions explosives. Cependant, toutes les plaines n'ont peut-être pas pour origine des coulées de lave. Il est possible que certaines se soient formées à partir de retombées de poussières et de fragments du sol, éjectés lors de gros impacts météoritiques.

Certaines éruptions volcaniques ont pu également se produire à la suite de grosses collisions. Dans le cas du bassin Caloris, le cratère généré par l'impact devait avoir à l'origine une profondeur de 130 km ; atteignant probablement le manteau et le faisant alors partiellement entrer en fusion lors du choc (du fait de pression et température très importantes). Le manteau est ensuite remonté lors du réajustement du sol, comblant le cratère. Ainsi, sachant qu'une partie de la surface de Mercure provient de son intérieur, les scientifiques peuvent en déduire des informations sur la composition interne de la planète.

Les images obtenues par MESSENGER, quant à elles, révèlent des preuves de nuées ardentes sur Mercure provenant de volcans boucliers de faible hauteur,,. Ces données MESSENGER ont permis d'identifier 51 dépôts pyroclastiques à la surface, dont 90 % se trouvent dans des cratères d'impact. Une étude de l'état de dégradation des cratères d'impact qui accueillent les dépôts pyroclastiques suggère que l'activité pyroclastique s'est produite sur Mercure pendant un intervalle prolongé.

Une " dépression sans rebord " à l'intérieur de la bordure sud-ouest du bassin Caloris se compose d'au moins neuf cheminées volcaniques qui se chevauchent, chacune pouvant atteindre individuellement jusqu'à 8 km de diamètre. Il s'agit donc d'un stratovolcan. Les fonds des cheminées se trouvent à au moins 1 km sous leurs parois et ressemblent à des cratères volcaniques sculptés par des éruptions explosives ou modifiés par l'effondrement dans des espaces vides créés par le retrait du magma dans un conduit. L'âge du système complexe volcanique serait de l'ordre d'un milliard d'années.

Mercure est une planète très chaude. La température moyenne en surface est d'environ 440 (167 °C),. C'est la température de stabilisation en dessous du régolite, où le sous-sol n'est plus soumis à l'alternance des " ondes " thermiques de la journée et de la nuit. Aussi, la température de surface de Mercure varie environ de 100 à 700 K (−173 à 427 °C),. Elle ne dépasse jamais 180 K aux pôles en raison de l'absence d'atmosphère et d'un fort gradient de température entre l'équateur et les pôles. Le point subsolaire au périhélie, à savoir (0°N, 0°W) ou (0°N, 180°W), atteint 700 K à ce moment mais seulement 550 K à l'aphélie (90° ou 270°W). Du côté non éclairé de la planète, la température moyenne est de 110 K,. Depuis la surface de Mercure le soleil apparaît, en fonction de l'orbite elliptique, entre 2,1 et 3,3 plus gros que depuis la Terre, et l'intensité de la lumière solaire à la surface de Mercure varie entre 4,59 et 10,61 fois la constante solaire, c'est-à-dire que la quantité d'énergie reçue par une surface perpendiculaire au Soleil est en moyenne 7 fois plus élevée sur Mercure que sur Terre.

Bien que la température de la lumière du jour à la surface de Mercure soit généralement extrêmement élevée, il est possible que de la glace soit présente sur Mercure. En effet, du fait de l'inclinaison quasi nulle de son axe de rotation, les zones polaires de Mercure ne reçoivent des rayons solaires que rasants. Aussi, le fond des profonds cratères des pôles n'est alors jamais exposé à la lumière directe du soleil, et les températures y restent inférieures à 102 K grâce à cette obscurité permanente, soit bien moins que sur la température moyenne de la planète de 452 . À ces températures, la glace d'eau ne se sublime quasiment plus (la pression partielle de vapeur de la glace est très basse).

Des observations radar effectuées dans le début des années 1990 à partir du radiotélescope d'Arecibo et de l'antenne de Goldstone indiquent la présence de glace d' eau aux pôles Nord et Sud de Mercure. En effet, la glace d'eau est caractérisée par des zones à réflexion radar élevée et une signature fortement dépolarisée, contrairement à la réflexion radar typique du silicate, constituant la majeure partie de la surface de Mercure. Aussi, il existe des zones de forte réflexion radar près des pôles. Les résultats obtenus avec le radiotélescope d'Arecibo montrent que ces réflexions radar sont concentrées dans des taches circulaires de la taille d'un cratère. D'après les images prises par Mariner 10, la plus grosse d'entre elles, au pôle Sud, semble coïncider avec le cratère Chao Meng-Fu. D'autres, plus petites, correspondent également à des cratères bien identifiés.

On estime que les régions glacées contiennent environ 10 ¹⁴ à 10 ¹⁵ kg de glace,. Celles-ci sont potentiellement recouvertes de régolite empêchant la sublimation. En comparaison, la calotte glaciaire de l' Antarctique sur Terre a une masse d'environ 4 × 10 ¹⁸ kg et la calotte polaire sud de Mars contient environ 10 ¹⁶ kg d'eau. Deux sources probables pour l'origine de cette glace sont envisagées : le bombardement météoritique ou le dégazage de l'eau de l'intérieur de la planète. Les météorites frappant la planète ont pu apporter de l'eau qui serait restée piégée (gelée par les basses températures des pôles) aux endroits où se sont produits les impacts. De même pour les dégazages, certaines molécules ont pu migrer vers les pôles et s'y retrouver piégées,.

Mercure est trop petite et chaude pour que sa gravité ne puisse retenir une atmosphère significative sur de longues périodes. Ainsi, elle est quasi inexistante à tel point que les molécules de gaz de l'" atmosphère " entrent plus souvent en collision avec la surface de la planète qu'avec d'autres molécules de gaz. Il est ainsi plus approprié de parler de son exosphère, commençant dès la surface de Mercure, directement " ouverte " sur l' espace. Celle-ci est ténue et limitée en surface, principalement composée de potassium, de sodium et d' oxygène (9,5 %). On y trouve aussi des traces d' argon, de néon, d' hydrogène et d' hélium,. La pression de surface exercée est inférieure à 0,5 nPa (0,005 picobar).

Les atomes d'hydrogène et d'hélium proviennent probablement de la capture des ions du vent solaire, se diffusant dans la magnétosphère de Mercure avant de s'échapper à nouveau dans l'espace. La désintégration radioactive des éléments de la croûte de Mercure est une autre source d'hélium, ainsi que de sodium et de potassium. De la vapeur d'eau est présente, libérée par une combinaison de processus tels que les comètes frappant sa surface, la pulvérisation cathodique (créant de l'eau à partir de l'hydrogène du vent solaire et de l'oxygène de la roche) et la sublimation à partir des réservoirs de glace d'eau dans les cratères polaires ombragés en permanence. La sonde MESSENGER a également détecté de grandes quantités d'ions liés à l'eau comme O⁺, OH⁻, et ,. En raison des quantités de ces ions qui ont été détectées dans l'environnement spatial de Mercure, les astronomes supposent que ces molécules ont été soufflées de la surface ou de l'exosphère par le vent solaire,.

Le sodium, le potassium et le calcium sont découverts dans l'atmosphère au cours des années 1980-1990, le consensus étant qu'ils résultent principalement de la vaporisation de la roche de surface frappée par des impacts de micrométéorites, dont celle de la comète de Encke, qui créent un nuage zodiacal. Toutefois, selon une autre hypothèse, la lumière solaire contribuerait aussi à libérer le sodium de la surface de la planète. En 2008, du magnésium est découvert par MESSENGER,. Des études indiquent que, parfois, les émissions de sodium sont localisées en des points qui correspondent aux pôles magnétiques de la planète. Cela indiquerait une interaction entre la magnétosphère et la surface de la planète.

Malgré sa petite taille et sa lente période de rotation de 59 jours, Mercure possède un champ magnétique notable. Révélé par les magnétomètres de Mariner 10, en , il surprend les astronomes qui pensaient jusqu'à ce moment que Mercure était dépourvue de toute magnétosphère car sa vitesse de rotation lente diminue l' effet dynamo. De plus, il était supposé à l'époque que le noyau de la planète s'était déjà solidifié du fait de sa petite taille,. L'intensité du champ magnétique à l'équateur de Mercure est d'environ 200 , soit 0,65 % du champ magnétique terrestre qui vaut 31 µT,. Comme celui de la Terre, le champ magnétique de Mercure est dipolaire. Cependant, contrairement à la Terre, les pôles de Mercure sont alignés avec l'axe de rotation de la planète. Les mesures des sondes spatiales Mariner 10 et MESSENGER indiquent que l'intensité et la forme du champ magnétique sont stables.

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

Le champ magnétique de Mercure est suffisamment puissant pour dévier le vent solaire autour de la planète, créant ainsi une magnétosphère située entre deux arcs de choc (ou " "). La magnétosphère de la planète, bien qu'assez petite pour être contenue dans le volume de la Terre, est assez forte pour piéger le plasma du vent solaire. Cela contribue à l' érosion spatiale de la surface de la planète. Les observations effectuées par Mariner 10 ont permis de détecter ce plasma de faible énergie dans la magnétosphère du côté obscur de la planète. Les éclats de particules énergétiques dans la queue de la magnétosphère de la planète indiquent que celle-ci est dynamique. De plus, des expériences menées par la sonde ont montré que, tout comme celle de la Terre, la magnétosphère de Mercure possède une queue séparée en deux par une couche neutre.

Lors de son deuxième survol de la planète le , MESSENGER découvre que le champ magnétique de Mercure peut être extrêmement perméable. L'engin spatial rencontre en effet des " tornades " magnétiques (des faisceaux tordus de champs magnétiques reliant le champ magnétique planétaire à l'espace interplanétaire) mesurant jusqu'à 800 km de large, soit un tiers du rayon de la planète. Ces tubes de flux magnétique torsadés forment des fenêtres ouvertes dans le bouclier magnétique de la planète à travers lesquelles le vent solaire peut entrer et impacter directement la surface de Mercure par reconnexion magnétique. Cela se produit également dans le champ magnétique terrestre, cependant le taux de reconnexion est dix fois plus élevé sur Mercure.

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

Comme plusieurs autres planètes et les étoiles les plus brillantes, Mercure peut être observée pendant une éclipse solaire totale. De plus, comme la Lune et Vénus, Mercure présente des phases vues depuis la Terre. Elle est dite " nouvelle " à la conjonction inférieure et " pleine " à la conjonction supérieure. Cependant, la planète est rendue invisible depuis la Terre à ces deux occasions parce qu'elle est obscurcie par le Soleil (sauf durant un transit). Aussi, techniquement, Mercure est la plus brillante lorsqu'elle est pleine. Ainsi, bien que Mercure soit le plus éloigné de la Terre lorsqu'elle est pleine, elle présente une plus grande surface éclairée visible et l' effet d'opposition compense la distance. L'inverse est vrai pour Vénus, qui apparaît plus brillante lorsqu'elle est en croissant parce qu'elle est beaucoup plus proche de la Terre.

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

Mercure est plus facilement visible depuis les régions tropicales et subtropicales que depuis des latitudes plus élevées. Vue des basses latitudes et aux bons moments de l'année, l' écliptique coupe l'horizon à un angle aigu. À ce moment, Mercure se trouve directement au-dessus du soleil (c'est-à-dire que son orbite semble verticale depuis la Terre) et elle est au maximum de son élongation par rapport au soleil (28°). Quand arrive le moment de la journée terrestre où le soleil est à 18° au-dessous de l'horizon de sorte que le ciel est complètement sombre ( crépuscule astronomique), Mercure se trouve à un angle de 28-18=10° au-dessus de l'horizon dans un ciel complètement sombre : elle est alors à son maximum de visibilité pour un observateur terrestre.

De plus, les observateurs situés dans l' hémisphère sud sont avantagés par rapport à ceux du nord, avec une latitude de valeur absolue égale. En effet dans cet hémisphère, l'élongation maximale de Mercure à l'ouest (matin) ne se produit qu'au début de l' automne (mars/avril) et son élongation maximale à l'est (soir) ne se produit qu'à la fin de l' hiver (septembre/octobre). Dans ces deux cas, l'angle d'intersection de l'orbite de la planète avec l' écliptique (et donc l' horizon) est alors à son maximum pendant ces saisons, ce qui permet à Mercure de se lever plusieurs heures avant le lever du soleil dans le premier cas et de ne se coucher que plusieurs heures après le coucher du soleil dans le second, à partir des latitudes moyennes méridionales comme l' Argentine et l' Afrique du Sud. À l'inverse, dans l'hémisphère nord, l'écliptique est bien moins incliné le matin en mars/avril et le soir en septembre/octobre, Mercure est donc très proche de l'horizon même lors de son élongation maximum même s'il arrive qu'elle soit bien visible, près de Vénus, dans le ciel.

Une autre méthode pour observer Mercure consiste à observer la planète pendant les heures de jour lorsque les conditions sont claires, idéalement lorsqu'elle est à son plus grand allongement. Cela permet de trouver facilement la planète, même en utilisant des télescopes avec de faibles ouvertures. Il faut cependant prendre grand soin de veiller à ce que l'instrument ne soit pas pointé directement vers le Soleil en raison du risque de lésions oculaires. Cette méthode permet de contourner la limitation de l'observation au crépuscule lorsque l'écliptique est située à faible altitude (par exemple les soirs d'automne).

D'une façon générale, les observations de Mercure grâce à un télescope au sol ne révèlent cependant qu'un disque partiel de couleur orange éclairé avec peu de détails. La proximité de l'horizon rend son observation avec les télescopes difficile, car sa lumière doit parcourir une plus grande distance à travers l'atmosphère terrestre et est perturbée par des turbulences, comme la réfraction et l' absorption qui rendent l'image floue. La planète apparaît généralement dans le télescope sous la forme d'un disque en forme de croissant. Même avec des télescopes puissants, il n'y a pratiquement pas de caractéristiques distinctives à sa surface. D'autre part, Le télescope spatial Hubble ne peut pas du tout observer Mercure, en raison de procédures de sécurité qui empêchent son pointage trop près du Soleil,.

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

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

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

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

Mercure est connue depuis que les hommes s'intéressent au ciel nocturne ; la première civilisation à en avoir laissé des traces écrites est la civilisation sumérienne ( millénaire av. J.-C.) qui la nommait " Ubu-idim-gud-ud " (signifiant la " planète sautante ").

Les premiers écrits d'observations détaillées de Mercure nous viennent des Babyloniens avec les tablettes de Mul Apin. Les Babyloniens appellent cet astre Nabû en référence au dieu du savoir dans la mythologie mésopotamienne. Ils sont également les premiers à avoir étudié le mouvement apparent de Mercure, qui est différent de celui des autres planètes,.

Plus tard, dans l' Antiquité, les Grecs, héritiers des conceptions indo-européennes (paléoastronomie) considèrent jusqu'au que Mercure visible avant le lever du soleil d'une part et Mercure visible après son coucher d'autre part relevaient de deux astres distincts. Ceux-ci sont appelés respectivement Στίλβων (Stilbōn), signifiant " celui qui brille ", et Ἑρμῆς ( Hermès) en raison de son mouvement rapide. Ce dernier est d'ailleurs toujours le nom de la planète en grec moderne. L'étoile du matin aurait également été appelée Ἀπόλλων ( Apollon). Les Égyptiens procédèrent de même en donnant le nom de Seth à l'étoile du matin et Horus à celle du soir,.

Les Romains nommèrent la planète du nom du messager des dieux Mercure (en latin ), équivalent d'Hermès pour la mythologie romaine, parce qu'elle se déplace dans le ciel plus vite que toutes les autres planètes,. Aussi dieu protecteur des commerçants, des médecins et des voleurs, le symbole astronomique de Mercure est une version stylisée du caducée d'Hermès. Il est également supposé que le symbole proviendrait d'une dérivation de la première lettre de son nom grec ancien Στίλβων (Stilbōn).

Ferry, un contributeur du Dictionnaire de Wahlen, écrit à ce sujet :

" Pourquoi donc une planète aussi peu importante dans le système dont elle fait partie porte-t-elle le nom du messager des dieux dans l'Olympe mythologique ? C'est qu'elle se trouve assez fréquemment en conjonction avec les autres planètes entre lesquelles ces rapprochements sont beaucoup plus rares. Comme la durée de sa révolution autour du Soleil ou son année n'est que le quart de l'année terrestre, dans ce court espace de temps on la voit se diriger vers une planète et après s'en être approchée s'éloigner pour faire une autre visite aussi promptement terminée. La fréquente répétition de cette sorte de voyages a pu faire concevoir l'idée d'un autre messager. "

L' astronome gréco-égyptien Ptolémée évoque la possibilité de transits planétaires devant le Soleil dans son ouvrage Hypothèses planétaires. Il suggère que si aucun passage n'avait jamais été observé, cela était soit parce que des planètes telles que Mercure étaient trop petites pour être vues, soit parce que les passages étaient trop peu fréquents.

Dans la Chine ancienne, Mercure est connue sous le nom de " l'étoile pressée " (Chen-xing 辰星). Elle est associée à la direction du nord et à la phase de l'eau dans le système de cosmologie des Cinq Phases (Wuxing),. Les cultures modernes chinoise, coréenne, japonaise et vietnamienne désignent la planète littéralement comme " l'étoile d'eau " (水星), basée sur les Cinq éléments. La mythologie hindoue utilise le nom de Bouddha pour Mercure, et l'on pense que ce dieu présidait le mercredi,. Le dieu Odin de la mythologie nordique est aussi associé avec la planète Mercure et au mercredi. Ce lien avec le troisième jour de la semaine se retrouve également chez les Romains, ce qui a ensuite donné en français le nom Mercredi (pour " Mercurii dies ", le jour de Mercure),.

La civilisation maya aurait représenté Mercure comme un hibou (ou potentiellement quatre, deux représentant son apparition du matin et deux celle du soir) servant de messager vers le monde souterrain.

En astronomie arabe, l'astronome Al-Zarqali décrit au siècle l'orbite géocentrique de Mercure comme étant une ellipse, bien que cette intuition n'ait pas influencé sa théorie astronomique ou ses calculs astronomiques,. Au siècle, Ibn Bajja observe " deux planètes comme des taches noires sur la face du Soleil ", ce qui a été plus tard suggéré comme le transit de Mercure et/ou de Vénus par l'astronome de Maragha Qotb al-Din Chirazi au siècle,. Cependant, des doutes sont soulevés par les astronomes plus récents sur l'observation des transits par les astronomes médiévaux arabes, ceux-ci ayant été potentiellement confondus avec des taches solaires,. Ainsi, toute observation d'un transit de Mercure avant les télescopes reste spéculative.

En Inde, l'astronome Nilakantha Somayaji de l' école du Kerala développa au siècle un modèle partiellement héliocentrique dans lequel Mercure orbite autour du Soleil, qui à son tour orbite autour de la Terre, similairement au système tychonique de Tycho Brahe proposé ensuite au siècle.

Les premières observations télescopiques de Mercure sont faites par Galilée au début du siècle. Bien qu'il ait observé des phases lorsqu'il a regardé Vénus, son télescope n'est pas assez puissant pour voir les phases de Mercure. En 1631, Pierre Gassendi fait les premières observations télescopiques du transit d'une planète à travers le Soleil lorsqu'il voit un transit de Mercure prédit par Johannes Kepler. En 1639, Giovanni Zupi utilise un télescope pour découvrir que la planète présente des phases similaires à celles de Vénus et de la Lune. L'observation démontre de façon concluante que Mercure orbite autour du Soleil,.

Un événement rare en astronomie est le passage d'une planète devant une autre vu de la Terre ( occultation). Mercure et Vénus s'occultent l'une l'autre tous les quelques siècles et l'événement du 28 mai 1737 est le seul à avoir été observé historiquement, ayant été vu par John Bevis à l' Observatoire royal de Greenwich. La prochaine occultation de Mercure par Vénus aura lieu le 3 décembre 2133.

Les difficultés inhérentes à l'observation de Mercure font qu'elle a été beaucoup moins étudiée que les autres planètes. En 1800, Johann Schröter fait des observations de sa surface, affirmant avoir observé des montagnes de 20 kilomètres de haut. Friedrich Bessel utilise les dessins de Schröter pour estimer à tort la période de rotation comme étant de 24 heures et une inclinaison axiale de 70°. Dans les années 1880, Giovanni Schiaparelli cartographie la planète avec plus de précision et suggère que la période de rotation de Mercure est de 88 jours, la même que sa période orbitale en raison d'une rotation synchrone. L'effort de cartographie de la surface de Mercure est poursuivi par Eugène Antoniadi, qui publie en 1934 un livre comprenant à la fois des cartes et ses propres observations. De nombreuses caractéristiques de la surface de la planète, en particulier les formations d'albédo, tirent leur nom de la carte d'Antoniadi.

En , les scientifiques soviétiques de l' Institut de radio-ingénérie et d'électronique de l' Académie des sciences de l'URSS, dirigé par Vladimir Kotelnikov, sont les premiers à faire rebondir un signal radar sur Mercure et à le recevoir, ce qui permit de commencer les observations radar de la planète,,. Trois ans plus tard, les observations radar des Américains Gordon H. Pettengill et Rolf B. Dyce, à l'aide du radiotélescope de 300 mètres de l' observatoire d'Arecibo à Porto Rico, montrent de façon concluante que la période de rotation de la planète est d'environ 59 jours ,. La théorie selon laquelle la rotation de Mercure est synchrone était à cette époque répandue et ce fut donc une surprise pour les astronomes lorsque ces observations radio furent annoncées. Si Mercure était réellement verrouillée comme on le pensait auparavant, sa face obscure aurait été extrêmement froide, mais les mesures des émissions radio révèlent qu'elle est beaucoup plus chaude que prévu. Les astronomes hésitent un temps à abandonner la théorie de la rotation synchrone et proposent des mécanismes alternatifs tels que des vents puissants de distribution de la chaleur pour expliquer les observations.

L'astronome italien Giuseppe Colombo note que la période de rotation est d'environ deux tiers de la période orbitale de Mercure, et il est le premier à proposer que les périodes orbitales et de rotation de la planète soient verrouillées dans une résonance de 3:2 plutôt que de 1:1, comme c'est le cas entre la Terre et la Lune par exemple. Les données de Mariner 10 ont par la suite confirmé ceci.

Les observations optiques au sol n'ont pas permis d'en savoir beaucoup plus sur Mercure, mais les radioastronomes utilisant l' interférométrie micro-ondes, une technique qui permet d'éliminer le rayonnement solaire, ont pu discerner les caractéristiques physiques et chimiques des couches souterraines à une profondeur de plusieurs mètres,. En 2000, des observations à haute résolution dites de lucky imaging sont effectuées par un télescope de l' observatoire du Mont Wilson. Elles fournissent les premières vues permettant de connaître les caractéristiques de surface des parties de Mercure qui n'avaient pas été imagées lors de la mission Mariner 10. La majeure partie de la planète est cartographiée par le télescope radar d'Arecibo, y compris les dépôts de ce qui pourrait être de la glace d'eau dans les cratères polaires ombragés.

Le premier astronome à avoir discerné des caractéristiques géologiques de Mercure est Johann Hieronymus Schröter qui, vers la fin du siècle, dessine en détail ce qu'il avait pu observer, dont des très hautes montagnes. Ses observations sont cependant infirmées par William Herschel qui ne put voir aucune de ces caractéristiques.

Par la suite, d'autres astronomes dressent des cartes de Mercure, dont l' italien Giovanni Schiaparelli et l' américain Percival Lowell (en 1896). Ils y voient des zones sombres en formes de lignes, similaires aux canaux de Mars qu'ils avaient également dessiné et qu'ils pensaient être artificiels,.

La meilleure carte d'avant Mariner 10 provient du Franco-grec Eugène Antoniadi, au début des années 1930. Elle est utilisée pendant près de 50 ans jusqu'à ce que Mariner 10 renvoie les premières photos de la planète. Antoniadi montre que les canaux n'étaient qu'une illusion d'optique. Il reconnaît que l'élaboration d'une carte précise de Mercure est impossible à partir d'observations effectuées à l'aube ou au crépuscule à cause des perturbations atmosphériques (l'épaisseur d'atmosphère terrestre que la lumière doit traverser lorsque Mercure se trouve à l'horizon est importante et crée des distorsions de l'image). Il entreprend alors de faire des observations - dangereuses - en plein jour lorsque le soleil est bien au-dessus de l'horizon. Il gagne ainsi en netteté, mais perd en contraste à cause de la lumière du soleil. Antoniadi parvient tout de même à achever sa carte en 1934, composée de plaines et de montagnes.

En 1974- 75, Mariner 10 rapporte des photographies en haute résolution permettant la cartographie d'environ 45 % de sa surface,, révélant les détails topographiques jamais vus auparavant : une surface recouverte de cratères avec des montagnes et des plaines, très ressemblante à celle de la Lune. Il est assez difficile de faire une corrélation entre les caractéristiques photographiées par la sonde et les cartes établies par télescope. Certaines des manifestations géologiques de la carte d'Antoniadi se sont révélées inexistantes. Aussi, ces photographies permettent la publication en 1976 du premier atlas de la planète par la NASA ( Atlas of Mercury), révélant pour la première fois les formations géologiques de la planète dont, par exemple, son unique chaîne de montagnes : Caloris Montes.

L'Union astronomique internationale définit en 1970 le méridien 0° comme étant le méridien solaire au premier périhélie après le 1950, c'est-à-dire à l'un des deux points chauds. Cependant, le système de coordonnées utilisé par Mariner 10 se fonde sur le méridien 20° qui coupe le cratère Hun Kal (signifiant " 20 " en maya) - ce qui donne une légère erreur de moins de 0,5° par rapport au méridien 0° défini par l'UAI - car le méridien 0 était dans l'obscurité lors de ses survols,. Le cratère Hun Kal est en quelque sorte le Greenwich de Mercure. L'équateur se trouve dans le plan de l'orbite de Mercure et les longitudes sont mesurées de 0° à 360° en allant vers l' ouest. Ainsi, les deux points les plus chauds de l'équateur se trouvent aux longitudes 0° O et 180° O, et les points les plus froids de l'équateur se trouvent aux longitudes 90° O et 270° O. À l'inverse, le projet MESSENGER utilise une convention positive vers l'est.

Mercure est découpée en 15 quadrangles. Plusieurs méthodes de projection sont utilisées pour cartographier la surface de Mercure, suivant la position du quadrangle sur le globe. Cinq projections Mercator (projection cylindrique tangente à l'équateur) entourent la planète au niveau de l'équateur, entre les latitudes 25° nord et 25° sud ; quatre projections Lambert (projection conique) entre 20° et 70° de latitude pour chaque hémisphère ; et deux projections stéréographiques pour cartographier les pôles (jusqu'à 65° de latitude).

Chaque quadrangle commence par la lettre H (pour " Hermès "), suivie de son numéro (de 1, pôle Nord, à 15, pôle Sud). Leur nom provient d'une caractéristique importante présente sur leur région (bassin, cratère, etc.) et un nom d' albédo (entre parenthèses) leur est attribué. Les noms d'albédos assignés pour cette nouvelle carte proviennent de celle d'Antoniadi, puisque c'était celle utilisée jusque là par tous les observateurs depuis plusieurs décennies. Ils servent pour repérer les quadrangles lors des observations au télescope depuis la Terre, où l'on ne distingue que les variations d'intensité de lumière.

En 2016, grâce à plus de 100 000 images prises par la sonde MESSENGER, la NASA fournit le premier modèle topographique de Mercure. Celui-ci donne les points d'élévation maximales et minimales de la planète, respectivement à 4,48 km au-dessus de l'élévation moyenne situé sur un des terrains les plus anciens de la planète près de l'équateur et à 5,38 km sous l'élévation moyenne de la planète, au fond du bassin Rachmaninoff.

Mercure possède une vitesse orbitale de 48 km/s, alors que la vitesse orbitale de la Terre est de 30 km/s. Par conséquent, l'engin spatial doit effectuer un grand changement de vitesse Delta-v pour entrer dans une orbite de transfert de Hohmann qui passe près de Mercure, par rapport au Delta-v requis pour d'autres missions planétaires. De plus, il est nécessaire de se placer dans le plan orbital de Mercure, qui est incliné de 7° par rapport à l' écliptique, ce qui nécessite aussi de l'énergie.

L' énergie potentielle libérée en descendant le puits de potentiel du Soleil devient de l' énergie cinétique : une grande variation négative de vitesse devient alors nécessaire pour ralentir et se mettre en orbite stable. Du fait de l'atmosphère négligeable de Mercure, un véhicule spatial dépend entièrement de ses moteurs à réaction, l' aérofreinage étant exclu. Pour ces raisons, une mission impliquant un atterrissage sur Mercure est très difficile, raison pour laquelle cela n'a encore jamais été fait.

Cependant, les progrès dans le domaine de la mécanique spatiale rendent ce type de mission réalisable à un coût raisonnable grâce à un enchaînement de manœuvres d' assistance gravitationnelle,.

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

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

Mariner 10 est la première sonde à étudier Mercure de près. Développée par l'agence spatiale américaine, la NASA, et lancée le , elle survole la planète à trois reprises, en mars et septembre 1974 et en mars 1975,. À l'origine, elle est destinée à survoler et étudier Vénus, mais les astronomes pensent qu'ils pourraient en faire usage également pour étudier Mercure, dont on connaissait peu de choses. Mariner 10 est ainsi la première sonde à avoir utilisé l' assistance gravitationnelle d'une planète - Vénus - pour en atteindre une autre.

Équipée d'une caméra, d'un magnétomètre et de plusieurs spectromètres, Mariner 10 permet notamment la découverte d'un champ magnétique significatif et de la forte densité de la planète, révélatrice d'un noyau ferreux de grande taille. Les télescopes terrestres les plus puissants n'avaient pas permis d'obtenir des images de qualité de la surface, du fait de la proximité de l'alignement avec le Soleil. La sonde prend, durant ces trois passages, plus de 2 000 photographies de Mercure. Les photos prises par Mariner 10 permettent cependant seulement de cartographier près de 45 % de la surface de la planète, car lors des trois passages Mercure présentait la même face au Soleil ; les régions à l'ombre étaient donc impossibles à cartographier. Ces images révèlent une surface couverte de cratères, à l'apparence très proche de celle de la Lune.

Mariner 10 permet de découvrir la présence d'une très mince atmosphère, ainsi qu'une magnétosphère. Cette dernière fut une surprise pour les astronomes. Elle apporte également des précisions sur sa vitesse de rotation. La mission arrive à terme le , lorsque la sonde se trouva à court de carburant. Comme son orbite ne peut plus être contrôlée avec précision, les contrôleurs de mission ordonnent à la sonde de s'éteindre. Mariner 10 serait ainsi toujours en orbite autour du Soleil, passant près de Mercure tous les quelques mois.

MESSENGER (pour MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) est la septième mission du programme Discovery , qui rassemble des projets d'exploration du Système solaire à coût modéré et durée de développement courte. La sonde, dont la masse, ergols compris, est de 1,1 tonne, emporte sept instruments scientifiques, dont plusieurs spectromètres, un altimètre laser, un magnétomètre et des caméras. Elle est lancée le de Cap Canaveral, à bord d'un lanceur Delta II, le lancement ayant été décalé d'un jour pour cause de mauvais temps.

Il faut environ six ans et demi à la sonde avant qu'elle n'entre en orbite autour de Mercure. Pour y parvenir, elle effectue durant son transit six survols rapprochés des planètes intérieures (la Terre en , Vénus à deux reprises en et 2007 et Mercure à trois reprises, en et et en ), avec quelques corrections de trajectoire intermédiaires. Lors de ces survols de Mercure, suffisamment de données sont recueillies pour produire des images de plus de 95 % de sa surface. MESSENGER observe par ailleurs le maximum solaire de 2012.

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

La fin de la mission, fixée initialement à , est repoussée par deux fois jusqu'en , et dans la phase finale, la sonde spatiale est placée sur une orbite plus rapprochée, permettant d'allonger le temps d'observation de ses instruments et d'accroître la résolution des données. MESSENGER, après avoir épuisé les ergols utilisés pour maintenir son orbite, s'écrase sur le sol de Mercure le ,.

À partir des années 2000, l' Agence spatiale européenne planifie en collaboration avec l' Agence spatiale japonaise une mission baptisée BepiColombo. Celle-ci prévoit de placer deux sondes en orbite autour de Mercure : l'une pour l'étude de l'intérieur et de la surface de la planète ( Mercury Planetary Orbiter), développé par l'ESA, et l'autre pour étudier sa magnétosphère ( Mercury Magnetospheric Orbiter), développé par la JAXA. Un projet d'envoi d'un atterrisseur embarqué avec la mission est prévu puis abandonné, pour des raisons budgétaires. Ces deux sondes sont envoyées par un lanceur Ariane 5 le ,. Elles devraient rejoindre Mercure environ huit ans plus tard, fin 2025, en utilisant, comme les sondes précédentes, l' assistance gravitationnelle. Sa mission principale durera jusqu'en , avec une prolongation possible jusqu'en .

Le programme BepiColombo a pour objectif de répondre à une douzaine de questions que se posent les astronomes, notamment au sujet de la magnétosphère et de la nature du noyau de Mercure (liquide ou solide), de la possible présence de glace au fond des cratères constamment à l'ombre, de la formation du Système solaire et de l'évolution en général d'une planète au voisinage de son étoile. Des mesures très précises du mouvement de Mercure vont également être effectuées, afin de vérifier la théorie de la relativité générale, explication actuelle de la précession du périhélie observée dans son orbite.

Habitabilité

La planète Mercure est un lieu récurrent dans les œuvres de science-fiction,. Des thèmes courants liés à cette planète incluent les dangers d'être exposé au rayonnement solaire et la possibilité d'échapper à un rayonnement excessif en restant dans le terminateur lent de la planète (la frontière entre le jour et la nuit), notamment pour les œuvres écrites avant 1965, alors que l'on pensait encore que Mercure possédait une rotation synchrone 1:1 avec le Soleil (et avait donc une face en permanence vers le Soleil), comme dans Cercle vicieux d' Isaac Asimov, ou dans les nouvelles de Leigh Brackett. Un autre thème abordé est celui des gouvernements autocratiques ou violents, avec par exemple Rendez-vous avec Rama d' Arthur C. Clarke. Bien que ces récits soient fictifs, d'après des études publiées en , il est possible de considérer que des parties de la planète peuvent avoir été habitables. Ainsi, des formes de vie réelles, bien que probablement des micro-organismes primitifs, ont peut-être existé sur la planète,.

De plus, un cratère, au pôle nord ou au pôle sud de Mercure, serait peut-être l'un des meilleurs endroits extraterrestres pour l'établissement d'une colonie humaine, là où la température resterait constante à environ −200 °C. Ceci est dû à une inclinaison axiale quasi nulle de la planète, et au vide quasi parfait à sa surface, empêchant l'apport de chaleur depuis les portions éclairées par le Soleil. De plus, de la glace se trouve dans ces cratères, permettant un accès à l'eau pour la colonie.

Une base n'importe où ailleurs serait exposée, en journée mercurienne (durant environ trois mois terrestres), à la chaleur intense du Soleil, puis durant une période nocturne identique, serait privée de la moindre source de chaleur extérieure : elle connaîtrait alors des températures diurnes de 430 °C et des températures nocturnes de −180 °C,. Cependant, pour éviter ces variations thermiques, les installations pourraient être enterrées sous plusieurs mètres de régolithe qui, dans le vide, servirait aussi bien d'isolant thermique que de bouclier antiradiations. Des approches similaires ont été proposées pour l'installation de bases sur la Lune, dont le jour dure deux semaines, suivi d'une nuit de deux semaines également. D'une façon générale, la colonisation de Mercure revêt certaines similarités avec celle de la Lune, du fait de leur relativement grande période autour du Soleil, de leur inclinaison quasi nulle et de leur absence d'atmosphère : la colonisation de Mercure pourrait se faire avec presque les mêmes technologies. Mercure aurait même un avantage par rapport à la Lune : la gravité étant sur la planète 38 % de celle de la Terre, cela est suffisant pour éviter aux astronautes la réduction de masse osseuse se produisant dans un environnement à très faible gravité.

Une autre solution est évoquée dans les romans et les nouvelles de Kim Stanley Robinson, en particulier dans La Trilogie de Mars (1996) et (2012), où Mercure est le foyer d'une vaste ville appelée Terminator, peuplée d'un grand nombre d'artistes et de musiciens. Pour éviter le dangereux rayonnement solaire, la ville fait le tour de l'équateur de la planète sur des rails à une vitesse suivant la rotation de la planète, afin que le soleil ne se lève jamais complètement au-dessus de l'horizon. Une ville située du côté obscur de la planète, et suivant la lente rotation de la planète sur rails pour précéder le soleil est ainsi une solution réellement envisagée.

Finalement, une colonisation de Mercure revêtirait un intérêt économique, car il y réside des concentrations de minerais bien plus élevées que sur toutes les autres planètes du Système solaire.

Notes et références

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Mercure Mercure vue par la sonde MESSENGER ,le 14 janvier 2008.

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Neptune

Neptune vue par la sonde Voyager 2 en 1989.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

4 498 400 000 km
(30,069 9 au)

Aphélie

4 537 000 000 km
(30,328 au)

Périhélie

4 459 800 000 km
(29,811 6 au)

Circonférence orbitale

28 263 700 000 km
(188,931 au)

Période de révolution

60 216,8 d
(≈ 164.86 a)

Période synodique

367,429 d

Vitesse orbitale moyenne

5,432 48 km/s

Vitesse orbitale maximale

5,479 5 km/s

Vitesse orbitale minimale

5,386 1 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

1,77 °

Nœud ascendant

131,784 °

Argument du périhélie

273,2 °

Satellites connus

16, notamment Triton.

Anneaux connus

5 principaux.

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

24 764 ± 15 km
(3,883 Terres)

Rayon polaire

24 341 ± 30 km
(3,829 Terres)

Rayon moyen
volumétrique

24 622 km
(3,865 Terres)

Périmètre équatorial

155 597 km

Superficie

7,640 8 × 10 ⁹ km²
(14,98 Terres)

Volume

6,252 6 × 10 ¹³ km³
(57,74 Terres)

Masse

1,024 3 × 10 ²⁶ kg
(17,147 Terres)

Masse volumique globale

1 638 kg/m³

Gravité de surface

11,15 m/s²
(1,14 g)

Vitesse de libération

23,5 km/s

Période de rotation
(jour sidéral)

0,671 25 d
(16 h 6,6 min)

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

9 660 km/h

Irradiance solaire

1,51 W/m²
(0,001 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

46,6 K (−226,4 °C)

* Température à 10 k Pa

55 K (−218 °C)

* Température à 100 k Pa

72 K (−201 °C)

Caractéristiques de l'atmosphère

Masse volumique
à 100 k Pa

0,45 kg/m³

Hauteur d'échelle

19,1 à 20,3 km

Masse molaire moyenne

2,53 à 2,69 g/ mol

Deutérure d'hydrogène HD

190 ppm

Histoire

Découverte par

Urbain Le Verrier (calcul),
Johann Gottfried Galle ( obs.) sur les indications d' Urbain Le Verrier.
Voir Découverte de Neptune.

Découverte le

(calcul)[N 1]
( obs.)

Neptune est la huitième planète par ordre d'éloignement au Soleil et la plus éloignée connue du Système solaire. Elle orbite autour du Soleil à une distance d'environ 30,1 (4,5 milliards de kilomètres), avec une excentricité orbitale moitié moindre que celle de la Terre et une période de révolution de 164,79 . Il s'agit de la troisième planète la plus massive du Système solaire et de la quatrième plus grande par la taille - un peu plus massive mais un peu plus petite qu' Uranus. Par ailleurs, elle est la planète géante la plus dense.

N'étant pas visible à l' œil nu, Neptune est le premier objet céleste et la seule des huit planètes du Système solaire à avoir été découverte par déduction plutôt que par observation empirique. En effet, l'astronome français Alexis Bouvard avait noté des perturbations gravitationnelles inexpliquées sur l'orbite d'Uranus et conjecturé au début du siècle qu'une huitième planète, plus lointaine, pouvait en être la cause. Les astronomes britanniques John Couch Adams en 1843 et français Urbain Le Verrier en 1846 calculèrent indépendamment la position prévue de cette hypothétique planète. Grâce aux calculs de ce dernier, elle fut finalement observée pour la première fois le par l'astronome prussien Johann Gottfried Galle, à un degré de la position prédite. Bien que Galle ait utilisé les calculs de Le Verrier pour découvrir la planète, la paternité de la découverte entre Adams et Le Verrier fut longtemps disputée. Sa plus grande lune, Triton, est découverte 17 jours plus tard par William Lassell. Depuis 2024, on connaît 16 satellites naturels de Neptune. La planète possède également un système d'anneaux faible et fragmenté et une magnétosphère.

La distance de la planète à la Terre lui donnant une très faible taille apparente, son étude est difficile avec des télescopes situés sur la Terre. Neptune est visitée une seule fois lors de la mission , qui en réalise un survol le . L'avènement du télescope spatial Hubble et des grands télescopes au sol à optique adaptative a ensuite permis des observations détaillées supplémentaires.

Comme celles de Jupiter et Saturne, l' atmosphère de Neptune est composée principalement d' hydrogène et d' hélium ainsi que de traces d' hydrocarbures et peut-être d' azote, bien qu'elle contienne une proportion plus élevée de " glaces " au sens astrophysique, c'est-à-dire de substances volatiles telles que l' eau, l' ammoniac et le méthane. Cependant, comme Uranus, son intérieur est principalement composé de glaces et de roches, d'où leur nom de " géantes de glaces ". Par ailleurs, le méthane est partiellement responsable de la teinte bleue de l'atmosphère de Neptune, bien que l'origine exacte de ce bleu azur reste encore inexpliquée. De plus, contrairement à l'atmosphère brumeuse et relativement sans relief d'Uranus, l'atmosphère de Neptune présente des conditions météorologiques actives et visibles. Par exemple, au moment du survol de en 1989, l'hémisphère sud de la planète présentait une Grande Tache sombre comparable à la Grande Tache rouge sur Jupiter. Ces conditions météorologiques sont entraînées par les vents les plus forts connus dans le Système solaire, atteignant des vitesses de 2 100 km/h. En raison de sa grande distance au Soleil, son atmosphère extérieure est l'un des endroits les plus froids du Système solaire, les températures au sommet des nuages approchant ().

La planète porte le nom de Neptune, dieu des mers dans la mythologie romaine, et a pour symbole astronomique ♆, une version stylisée du trident du dieu.

Neptune n'est pas visible à l' œil nu, ; il a donc fallu l'invention du télescope pour pouvoir l'observer. Pourtant, cette découverte se démarque de celle des autres planètes car elle est avant tout mathématique : elle est faite par le calcul à partir de la trajectoire et des caractéristiques d' Uranus. Ainsi, le télescope n'a ensuite servi qu'à la confirmation de la découverte.

Plusieurs astronomes, avant sa découverte au siècle, l'observent cependant sans pour autant noter qu'il s'agit d'une planète. Ainsi, les dessins astronomiques de Galilée montrent qu'il observe Neptune le alors qu'elle apparaît en conjonction avec Jupiter. La planète est alors répertoriée comme une simple étoile fixe. Il la remarque de nouveau dans le ciel un mois plus tard, le , et une étude de 2009 avance qu'il constate même qu'elle a bougé par rapport à une étoile voisine,. Ainsi, ce ne peut pas être une étoile fixe, mais Galilée ne tire aucune conclusion et ne l'évoque plus par la suite. Comme il pensait alors n'avoir observé qu'une étoile, il n'est pas crédité de sa découverte. Neptune est également observée par Joseph Jérôme Lefrançois de Lalande (1732 - 1807) en 1795 et par John Herschel, fils de William Herschel, qui a auparavant découvert Uranus, en 1830, sans qu'ils ne notent non plus rien de particulier, la prenant aussi pour une étoile.

Les mathématiciens commencent dès 1788 à observer que la planète Uranus, récemment découverte, ne présente pas une orbite semblant se conformer aux modèles existants. Aussi, plus le temps passe et plus l'erreur entre la position annoncée de l'astre et celle relevée augmente. Jean-Baptiste Joseph Delambre tente d'expliquer les anomalies en ajoutant l' influence gravitationnelle de Jupiter et Saturne dans ses calculs. Ses tables sont alors plus précises, mais ne permettent toujours pas de prévoir le mouvement de la planète à long terme,. En 1821, l'astronome français Alexis Bouvard publie de nouvelles tables en utilisant 17 observations étalées sur les 40 années écoulées depuis sa découverte pour tenter, en vain, d'expliquer l'orbite d'Uranus,. Des observations ultérieures révèlent des écarts substantiels par rapport aux tables, conduisant Bouvard à émettre l'hypothèse qu'un corps inconnu perturberait l'orbite par interaction gravitationnelle.

Lors d'une réunion de la British Science Association, George Biddell Airy rapporte que les tables de Bouvard sont erronées de l'ordre d'une minute de degré. Principalement deux hypothèses s'opposent alors : celle de Bouvard sur l'existence d'une autre planète encore inconnue, qui pourrait affecter les mouvements d'Uranus, et celle d'une remise en cause de la loi universelle de la gravitation, proposée par Airy - selon lui, la loi de gravitation perdrait de sa validité au fur et à mesure que l'on s'éloigne du Soleil,. Cependant, l'existence d'une nouvelle planète trans-uranienne fait consensus pour la plupart des astronomes pour expliquer les perturbations du mouvement d'Uranus,.

Étudiant à Cambridge, John Couch Adams trouve le le rapport d'Airy concernant le problème de l'orbite d'Uranus et est intéressé par la question. En 1843, une fois ses études finies, il se met au travail et s'appuie sur la loi de Titius-Bode pour obtenir une première approximation de la distance de cette nouvelle planète au Soleil,,. Dans la mesure où la plupart des planètes - sauf Mercure - possèdent une orbite faiblement excentrique, il suppose également que son orbite est circulaire afin de simplifier les calculs. Il termine ses travaux deux ans plus tard, en ayant déterminé la position de Neptune avec une erreur de moins de deux degrés à la position réelle, mais il lui faut encore confirmer par observation,. James Challis, directeur de l'observatoire de Cambridge, le renvoie à l' astronome royal Sir George Biddell Airy. Celui-ci émet dans un premier temps des doutes sur les travaux de son jeune collègue,,.

Parallèlement, en France, François Arago - alors directeur de l' observatoire de Paris - encourage le mathématicien Urbain Le Verrier, spécialisé en mécanique céleste, à déterminer les caractéristiques de cette huitième planète. Il commence ses travaux sur Uranus en 1845 et, ignorant totalement ceux d'Adams, utilise une méthode différente et indépendante,, puis publie ses premiers résultats le dans Premier mémoire sur la théorie d'Uranus, puis dans Recherche sur les mouvements d'Uranus le .

Airy, remarquant les travaux de l'astronome français, fait le parallèle avec ceux d'Adams et entre en contact avec Le Verrier. Ce dernier lui demande à son tour d'effectuer les recherches de la planète à l'aide des calculs qu'il vient de publier, mais Airy refuse. Finalement, sous la pression de George Peacock, Airy demande à James Challis le d'entreprendre la recherche du nouvel astre au télescope. Adams, informé par le directeur de Cambridge, fournit de nouvelles coordonnées à Challis, en précisant que l'objet serait de magnitude 9, mais Airy propose à Challis d'observer une large portion du ciel et jusqu'à une magnitude 11. Cette méthode demande à Challis beaucoup plus de temps d'observation, d'autant plus qu'il ne dispose pas de cartes de la zone à observer fiables. Challis commence ses recherches le puis parcourt le ciel en août et en septembre, sans réussir à l'identifier,.

Perturbations d'Uranus dues à la présence de Neptune (non à l'échelle).

Le Verrier communique ses résultats définitifs à l' Académie des sciences le . Devant le peu d'enthousiasme des astronomes français, il décide de faire alors appel à l'une de ses connaissances, l'astronome prussien Johann Gottfried Galle, de l'observatoire de Berlin,. Heinrich d'Arrest, étudiant à l'observatoire, suggère à Galle de comparer une carte du ciel récemment dessinée dans la région de l'emplacement prédit par Le Verrier avec le ciel actuel, pour rechercher le déplacement caractéristique d'une planète, par opposition à une étoile,.

Le , Galle reçoit par lettre la position de la planète. Il découvre Neptune le soir même, en pointant son télescope à l'endroit indiqué ; elle se trouve alors à seulement un degré de l'emplacement calculé par Le Verrier,. Il l'observe à nouveau le lendemain, pour vérifier si l'astre a bien bougé, avant de confirmer qu'il s'agit bien de la planète recherchée,. Triton, son plus gros satellite naturel, est découverte par William Lassell 17 jours après Neptune,.

Outre-Manche, la déception est grande. Challis, en revoyant ses notes, découvre qu'il a observé Neptune deux fois, les 4 et , mais ne l'a pas reconnue comme une planète car il lui manquait une carte stellaire à jour et il était distrait par son travail simultané sur les observations de comètes,. Par ailleurs, une vive rivalité nationaliste se lance entre les Français et les Britanniques afin d'attribuer la paternité de la découverte. Les Britanniques avancent les papiers d'Adams tandis que les Français réfutent en rappelant que seule une publication officielle peut valider la découverte, et refusent par principe que le nom d'Adams figure à côté de celui de Le Verrier dans les livres d'histoire. En , Adams et Le Verrier se rencontrent pour la première fois à la British Association for the Advancement of Science et entretiennent par la suite une relation amicale.

Finalement, un consensus international apparaît pour que Le Verrier et Adams aient un crédit conjoint. Cependant, depuis 1966, Dennis Rawlins remet en question la prétention d'Adams à la co-découverte et la question est réévaluée par les historiens avec le retour en 1998 des " Neptune papers " à l' Observatoire royal de Greenwich. Après étude des documents, le compte rendu suggère que " Adams ne mérite pas le même crédit que Le Verrier pour la découverte de Neptune. Ce crédit appartient uniquement à la personne qui a réussi à la fois à prédire la position de la planète et à convaincre les astronomes de la rechercher ".

Neptune, dieu des mers, armé de son trident caractéristique (musée du Louvre).

Peu de temps après sa découverte, Neptune est simplement appelée " la planète extérieure à Uranus " ou encore " planète Le Verrier ". La première suggestion de nom vient de Johann Galle, qui propose le nom " Janus ", du dieu romain des commencements et des fins, des choix et des portes,. En Angleterre, Challis propose le nom d'" Oceanus ", un Titan fils d' Ouranos (équivalent grec d'Uranus),.

Revendiquant le droit de nommer sa découverte, Le Verrier propose rapidement le nom " Neptune " pour cette nouvelle planète, tout en affirmant faussement que cela a été officiellement approuvé par le Bureau des longitudes,. En , il change d'avis et cherche à nommer la planète " Le Verrier ", de son nom, ayant le soutien fidèle du directeur de l'observatoire, François Arago. Cette suggestion rencontre cependant une vive résistance hors de France. Les almanachs français réintroduisent le nom " Herschel " pour Uranus, d'après le découvreur de cette planète, Sir William Herschel, et " Leverrier " pour la nouvelle planète.

Wilhelm von Struve se prononce en faveur du nom " Neptune " le à l' Académie des sciences de Saint-Pétersbourg,. Aussi, " Neptune " devient rapidement le nom internationalement accepté. Dans la mythologie romaine, Neptune est le dieu de la mer, identifié au dieu grec Poséidon. La demande d'un nom mythologique est par ailleurs en accord avec la nomenclature des autres planètes qui sont toutes nommées d'après la mythologie romaine,.

La plupart des langues utilisent aujourd'hui une variante du nom " Neptune " pour la planète. Dans les langues chinoises, en vietnamien, en japonais et en coréen, le nom de la planète est traduit par " étoile du roi de la mer " (海王星). En grec moderne, la planète a pour nom " Poséidon " (Ποσειδώνας / Poseidónas ). En hébreu, רהב (), du nom d'un monstre marin mythique mentionné dans le Livre des Psaumes, est sélectionné comme nom officiel de la planète lors d'un vote organisé par l' Académie de la langue hébraïque en 2009 - même si le nom נפטון () reste couramment utilisé. Finalement, en maori, nahuatl et gujarati, la planète prend respectivement les noms du dieu maori de la mer Tangaroa, du dieu de la pluie Tlāloc et du dieu hindou de l'océan Varun.

Dessin du Système solaire par Percival Lowell en 1903.

Neptune est la seule des huit planètes connues à avoir été découverte par le calcul mathématique plutôt que par l'observation empirique. Contrairement aux sept autres planètes, Neptune n'est jamais visible à l' œil nu : sa magnitude apparente se situe entre 7,6 et 8,0 et en fait un astre environ quatre fois moins brillant que les plus pâles étoiles visibles à l'œil nu dont la magnitude apparente est de 6,. Elle n'apparaît comme un disque bleu-vert qu'à travers un télescope.

Durant le siècle et le début du , les astronomes pensent qu'Uranus et Neptune sont des planètes telluriques. En 1909, les scientifiques croient observer, dans le spectre de Neptune, la bande verte caractéristique d'une présence de la chlorophylle, et l'hypothèse de la vie végétale sur cette planète est émise. On s'aperçoit cependant quelques années plus tard que cette bande provient en réalité de l'emploi de plaques orthochromatiques.

À la fin du siècle, il est suggéré que les irrégularités observées dans le mouvement d'Uranus et de Neptune découlent de la présence d'une autre planète encore plus éloignée. Après des recherches approfondies, Pluton est découverte le au point de coordonnées fourni par les calculs de William Henry Pickering et Percival Lowell pour la . Cependant, la nouvelle planète est trop lointaine pour générer les irrégularités observées dans le mouvement d'Uranus, tandis que celles observées pour Neptune découlaient d'une erreur dans l'estimation de la masse de la planète (qui a été identifiée avec la mission de ). La découverte de Pluton est donc plutôt fortuite. En raison de sa grande distance, la connaissance de Neptune reste faible au moins jusqu'en 1949, quand Gerard Kuiper découvre sa deuxième lune Néréide. Dans les années 1970 et 1980, des indices sont obtenus sur la présence probable d' anneaux planétaires ou au moins de fragments autour de Neptune. En 1981, une équipe menée par Harold Reitsema observe un troisième de ses satellites, Larissa,.

Depuis sa découverte en 1846 jusqu'à la découverte de Pluton en 1930, Neptune était la planète la plus éloignée connue. Avec cette découverte, Neptune devient l'avant-dernière planète, sauf pour une période de 20 ans entre 1979 et 1999, lorsque l'orbite elliptique de Pluton faisait qu'elle était plus proche du Soleil que Neptune,,. Finalement, la découverte de la ceinture de Kuiper en 1992 conduit de nombreux astronomes à débattre de la question de Pluton et de savoir si elle doit toujours être considérée comme une planète ou comme intégrée à la ceinture de Kuiper,. En 2006, l' Union astronomique internationale définit le mot " planète " pour la première fois, reclassant Pluton comme " planète naine " et faisant de Neptune à nouveau la planète la plus éloignée du Soleil,.

Comparaison de taille entre Neptune et la Terre.

D'une masse de 1,024 × 10 ²⁶ kg, Neptune est un corps intermédiaire entre la Terre et les géantes gazeuses comme Jupiter ou Saturne. En effet, la masse neptunienne est 17 fois plus importante que celle de la Terre mais 1/ de la masse jovienne,,. Le rayon équatorial de la planète est de 24 764 km, environ quatre fois celui de la Terre,. Sa gravité à 1 est de 11,15 ,, soit 1,14 fois la gravité de surface sur Terre, surpassée seulement par Jupiter dans le Système solaire.

Du fait de la compression gravitationnelle, Neptune est plus petite qu' Uranus (49 528 km de diamètre pour Neptune, contre 51 118 km pour Uranus) car elle est plus massive que cette dernière (Uranus possède une masse de ),.

Par ailleurs, Neptune et Uranus sont souvent considérées comme une sous-classe des planètes géantes, appelées " géantes de glaces " en raison de leur taille plus petite et de leur plus forte concentration de substances volatiles par rapport à Jupiter et Saturne. Dans le cadre de la recherche d' exoplanètes, Neptune est utilisée comme métonymie : les corps découverts ayant une masse similaire sont en effet qualifiés de " Neptunes ", par exemple les Neptune chauds ou froids,.

Composition de Neptune :
1 - haute atmosphère ;
2 - atmosphère composée de gaz d'hélium, d'hydrogène et de méthane ;
3 - manteau composé de glaces d'eau, d'ammoniac et de méthane ;
4 - noyau rocheux.

La structure interne de Neptune serait similaire à celle d'Uranus. Aussi, bien que sa densité soit trois fois plus faible que celle de la Terre, il s'agit de la planète géante la plus dense du Système solaire. Cela implique qu'un plus large pourcentage de son intérieur est composé de glaces fondues et de matériaux rocheux. Ainsi, elle possède probablement un noyau solide composé de fer, de nickel et de silicates, d'une masse d'environ 1,2 fois celle de la Terre,. La pression au centre serait d'environ 8 Mbar (800 GPa) - environ deux fois plus élevée qu'au centre de la Terre - et la température d'environ 8 100 K (7 826,85 °C) - soit plus que celle régnant dans le noyau interne terrestre et à la surface du Soleil,.

Au-dessus de ce noyau, à l'instar d'Uranus, Neptune pourrait présenter une composition assez uniforme (différentes glaces, hydrogène et hélium) et non pas une structure " en couches " comme Jupiter et Saturne. Cependant, plusieurs modèles actuels de la structure d'Uranus et Neptune proposent l'existence de trois couches : un cœur rocheux, une couche médiane allant de glacée à liquide et formée d'eau, de méthane et d'ammoniac, et une atmosphère d'hydrogène et d'hélium, bien que la réalité puisse être plus complexe.

En 1981, des études théoriques et des expériences réalisées par compression laser conduisent Marvin Ross, du laboratoire national Lawrence Livermore, à proposer que cette couche soit totalement ionisée et que le méthane y soit pyrolysé en carbone sous forme de métal ou de diamant. Le méthane se décompose en carbone et en hydrocarbures. Ensuite, la précipitation du carbone libère de l'énergie - énergie potentielle gravitationnelle convertie en chaleur - entraînant des courants de convection qui libèrent les hydrocarbures dans l'atmosphère. Ce modèle expliquerait la présence d'hydrocarbures divers dans l'atmosphère de Neptune,.

En 2017, de nouvelles expériences simulant les conditions présumées régner vers 10 000 km sous la surface d'Uranus et de Neptune viennent conforter ce modèle en produisant des diamants de taille nanométrique. Ces conditions de hautes température et pression ne peuvent pas être maintenues plus d'une nanoseconde sur Terre mais, dans les conditions régnant dans les atmosphères de Neptune ou d'Uranus, les nano-diamants auraient le temps de croître pour donner des pluies de diamants,,. Il est également supposé que ce type de pluie de diamants se produise sur Jupiter et Saturne. Aussi, le sommet du manteau peut être un océan de carbone liquide où les " diamants " solides flottent,,.

Le manteau équivaut à entre 10 et 15 masses terrestres et est riche en eau, en ammoniac et en méthane. Comme il est d'usage en science planétaire, ce mélange est qualifié de glacé même s'il s'agit d'un fluide chaud et dense. Ce fluide, qui a une conductivité électrique élevée, est parfois appelé océan eau-ammoniac. Le manteau peut être constitué d'une couche d'eau ionique dans laquelle les molécules d'eau se décomposent en ions hydrogène et oxygène, et plus profondément en eau superionique, dans laquelle l'oxygène cristallise mais les ions hydrogène flottent librement dans le réseau d'oxygène.

Quatre images prises à quatre heures d'intervalle chacune par Hubble (Wide Field Camera 3 ).

Le climat varié de Neptune par rapport à Uranus est en partie dû à sa chaleur interne plus élevée. Les régions supérieures de la troposphère de Neptune atteignent une température basse de 55 K (−218,15 °C). À une profondeur où la pression atmosphérique est égale à (), la température est de 72 K (−201,15 °C). Plus profondément à l'intérieur des couches de gaz, la température augmente de façon constante.

Comme pour Uranus, la source de ce réchauffement est inconnue. Cependant, l'écart est plus grand sur Neptune : si Uranus rayonne 1,1 fois plus d'énergie qu'elle n'en reçoit du Soleil, Neptune rayonne environ 2,61 fois plus d'énergie qu'elle n'en reçoit,,. Ainsi, même si Neptune se trouve 50 % plus loin du Soleil qu'Uranus et ne reçoit donc que 40 % de sa lumière solaire, sa chaleur interne est suffisante pour générer les vents planétaires les plus rapides du Système solaire.

Selon les propriétés thermiques de son intérieur, la chaleur résultante de la formation de la planète peut être suffisante pour expliquer ce flux de chaleur actuel, bien qu'il soit difficile d'expliquer simultanément le manque de chaleur interne d' Uranus tout en observant la similitude apparente entre les deux planètes. Il est aussi possible que les activités atmosphériques sur les deux géantes glacées soient plus dépendantes de l' irradiation solaire que de la quantité de chaleur s'échappant de leur intérieur.

Or, la température de Neptune est loin d'être stabilisée. Grâce à près d'une centaine d'images prises avec le Très Grand Télescope, une équipe de chercheurs obtient ainsi des résultats non explicables par la théorie actuelle. D'une part, entre 2003 et 2018, la température moyenne aurait baissé de 8 °C, en dépit de l'arrivée de l'été austral. D'autre part, un réchauffement rapide est constaté au pôle Sud de Neptune de 2018 à 2020, avec près de 11 °C d'augmentation durant ces deux seules années,.

Image composite de lumière visible et infrarouge de Neptune, montrant des bandes de méthane (en rouge) dans son atmosphère. Par ailleurs, on voit quatre de ses lunes : Protée, Larissa, Galatée et Despina (par Hubble).

L'atmosphère de Neptune, épaisse de plus de 8 000 km, est composée en volume d'environ 80 % d' hydrogène et de 19 % d' hélium avec de l'ordre de 1,5 % de méthane CH ₄- le fait que la somme fasse plus de 100 % est dû aux incertitudes sur ces proportions. Des traces d' ammoniac (NH ₃), d' éthane (C ₂H ₆) et d' acétylène (C ₂H ₂) ont également été détectées. Son atmosphère forme environ 5 % à 10 % de sa masse et représente 10 % à 20 % de son rayon.

La couleur bleue de Neptune provient principalement du méthane qui absorbe la lumière dans les longueurs d'onde du rouge. En effet, des bandes d'absorption importantes de méthane existent à des longueurs d'onde du spectre électromagnétique supérieures à 600 nm.

L'atmosphère de Neptune est divisée en deux régions principales : la basse troposphère, où la température diminue avec l'altitude, et la stratosphère, où la température augmente avec l'altitude. La frontière entre les deux, la tropopause, se situe à une pression de 0,1 bar (10 kPa). La thermosphère vers les pressions proches de 10 stratosphère cède ensuite la place à la ⁻⁵ à 10 −4 bar (1 à 10 Pa) puis passe progressivement à l' exosphère.

Les modèles suggèrent que la troposphère de Neptune est entourée de nuages de compositions variables selon l'altitude. Les nuages de niveau supérieur se trouvent à des pressions inférieures à un bar, où la température permet au méthane de se condenser. Pour des pressions comprises entre un et cinq bars (100 et 500 kPa), ce sont des nuages d'ammoniac et de sulfure d'hydrogène qui se formeraient. Au-dessus d'une pression de cinq bars, les nuages peuvent être constitués d'ammoniac, de sulfure d'ammonium, d'hydrogène sulfuré et d'eau. Plus profondément, vers 50 bars et là où la température atteint 0 °C, il serait possible de trouver des nuages de glace d'eau.

Des nuages de haute altitude sur Neptune ont été observés, projetant des ombres sur le pont nuageux opaque en dessous. Il existe également des bandes nuageuses de haute altitude qui entourent la planète à une latitude constante. Ces bandes circonférentielles ont des largeurs de 50 et 150 km et se situent environ 50 et 110 km au-dessus du pont nuageux. Ces altitudes correspondent à la troposphère, là où les phénomènes climatiques se produisent.

Les images de Neptune suggèrent que sa stratosphère inférieure est trouble en raison de la condensation de produits de la photolyse ultraviolette du méthane, comme l' éthane et l' éthyne,. La stratosphère abrite également des traces de monoxyde de carbone et de cyanure d'hydrogène. La stratosphère de Neptune est plus chaude que celle d'Uranus en raison de sa concentration élevée en hydrocarbures.

Pour des raisons qui restent obscures, la thermosphère est à une température anormalement élevée d'environ 750 K (476,85 °C), la planète étant trop loin du Soleil pour que cette chaleur soit générée par rayonnement ultraviolet,. Le mécanisme de chauffage pourrait être l'interaction atmosphérique avec les ions dans le champ magnétique de la planète. Cela pourrait également être le résultat d' ondes de gravité qui se dissipent dans l'atmosphère. La thermosphère contient des traces de dioxyde de carbone et d'eau, qui peuvent avoir été déposées à partir de sources externes telles que les météorites et la poussière,. Une ionosphère constituée de plusieurs couches a également été découverte entre 1 000 et 4 000 km au-dessus du niveau 1 bar.

La température mesurée dans les couches les plus supérieures de l'atmosphère est de l'ordre de (−218 ), moyenne la plus basse mesurée sur une planète du Système solaire, après Uranus,

Pendant de nombreuses années, une différence marquée de couleur entre les atmosphères d'Uranus et de Neptune a suscité un questionnement dans la communauté scientifique. En , une publication propose une explication : l'image publiée par la NASA après le survol de était traitée pour augmenter la couleur bleue, dans le but de faire ressortir les nuages et les détails de son atmosphère, mais cette information s'est perdue. De nouvelles mesures du spectre de Neptune provenant du télescope spatial Hubble et du Very Large Telescope indiquent que les atmosphères des deux planètes seraient similaires et que les deux planètes partagent la même couleur à quelques variations près.

Le climat sur Neptune est caractérisé par d'importants systèmes de tempêtes, avec des vents dépassant les 2 000 km/h (environ 550 m/s), soit presque un flux supersonique dans l'atmosphère de la planète - où la vitesse du son est deux fois plus grande que sur Terre. Ces vents sont par ailleurs les plus rapides du Système solaire. En suivant le mouvement des nuages persistants, il a été observé que la vitesse du vent varie de 20 m/s lorsqu'ils vont vers l'est à 325 m/s lorsqu'ils vont vers l'ouest. Au sommet des nuages, les vents dominants varient en vitesse de 400 m/s le long de l'équateur jusqu'à 250 m/s aux pôles. La plupart des vents sur Neptune se déplacent dans une direction opposée à la rotation de la planète. Le schéma général des vents montre également une rotation prograde aux latitudes élevées par rapport à une rotation rétrograde aux latitudes faibles. Cette différence de direction d'écoulement serait une sorte d' effet de peau et non le résultat de processus atmosphériques plus profonds.

Neptune diffère grandement d'Uranus par son niveau typique d'activité météorologique. En effet, il n'a été observé aucun phénomène comparable sur Uranus d'après les observations de en 1986.

L'abondance de méthane, d'éthane et d' acétylène à l'équateur de Neptune est 10 à 100 fois supérieure à celle des pôles. Ceci est interprété comme une preuve de phénomènes similaires à une remontée d'eau à l'équateur provoquée par les vents puis d'une plongée d'eau près des pôles. En effet, la photochimie ne peut sinon pas expliquer la distribution sans circulation méridienne.

En 2007, il est découvert que la troposphère supérieure au pôle sud de Neptune est environ 10 degrés plus chaude que le reste de son atmosphère, qui a pour température moyenne environ 73 K (−200,15 °C). Le différentiel de température est suffisant pour permettre au méthane, qui est figé ailleurs dans la troposphère, de s'échapper dans la stratosphère près du pôle. Ce point chaud relatif est dû à l' inclinaison axiale de Neptune, celle-ci exposant le pôle sud au Soleil pendant le dernier quart de l'année de Neptune, soit environ 40 années terrestres. Au fur et à mesure que Neptune se déplace lentement vers le côté opposé du Soleil, le pôle sud devient assombri et le pôle nord illuminé, ce qui provoque le déplacement de ce point chaud vers le pôle nord.

En raison des changements saisonniers, la planète entrant dans son printemps dans son hémisphère sud, les bandes nuageuses de l'hémisphère sud de Neptune augmentent en taille et en albédo. Cette tendance est observée pour la première fois en 1980, et devrait durer jusque dans les années 2020, du fait des saisons qui durent quarante ans sur Neptune en raison de sa longue période de révolution.

Lors du passage de en 1989, la marque la plus distinctive de la planète était la " Grande Tache sombre ", qui présentait à peu près la moitié de la taille de la " Grande Tache rouge " de Jupiter. Cette tache était un gigantesque anticyclone couvrant 13 000 × 6 600 km qui pouvait se déplacer à plus de 1 000 km/h,.

La Grande Tache sombre générait de gros nuages blancs, juste en dessous de la tropopause. Contrairement aux nuages de l'atmosphère terrestre qui sont composés de cristaux de glace d'eau, ceux de Neptune sont constitués de cristaux de méthane. Aussi, tandis que les cirrus sur Terre se forment et se dispersent ensuite en quelques heures, ceux de la Grande Tache étaient encore présents après 36 heures (soit deux rotations de la planète).

La Grande Tache sombre (en haut), le Scooter (nuage blanc au milieu), et la Petite Tache sombre (en bas). Le contraste a ici été exagéré (1989).

En , le télescope spatial Hubble détecte qu'elle a complètement disparu, indiquant aux astronomes qu'elle avait été recouverte ou qu'elle s'était dissipée,. La persistance des nuages l'accompagnant prouve que certaines taches anciennes peuvent subsister sous la forme de cyclones. Toutefois, une tache presque identique était alors apparue dans l'hémisphère nord de Neptune. Cette nouvelle tache, appelée la Grande tache sombre du Nord (NGDS), est restée visible pendant plusieurs années. En 2018, une nouvelle tache similaire a été détectée par Hubble,.

Le Scooter est un groupe de nuages blancs plus au sud de la Grande Tache sombre. Ce surnom est apparu pour la première fois au cours des mois qui ont précédé le survol de en 1989 car il avait alors été observé qu'il se déplaçait à des vitesses plus rapides que la Grande Tache sombre,. La Petite Tache sombre est un cyclone encore plus au sud, la deuxième tempête la plus intense observée lors du survol de 1989. Sur les premières images, elle est complètement sombre mais à mesure que s'approchait de la planète, un noyau lumineux s'est développé et peut être vu dans la plupart des images à haute résolution. Ces deux taches avaient également disparu lors de l'observation de 1994 par Hubble,.

Ces taches sombres se produisent dans la troposphère à des altitudes plus basses que les nuages plus brillants, de sorte qu'elles apparaissent comme des trous dans les ponts de nuages supérieurs. Comme ce sont des caractéristiques stables qui peuvent persister pendant plusieurs mois, il est supposé qu'elles ont des structures de tourbillon. Les nuages de méthane plus brillants et persistants qui se forment près de la tropopause sont souvent associés à des taches sombres. Les taches sombres peuvent se dissiper lorsqu'elles migrent trop près de l'équateur ou éventuellement par un autre mécanisme inconnu.

La magnétosphère de Neptune ressemble à celle d'Uranus, avec un champ magnétique fortement incliné de 47° par rapport à son axe de rotation et décalé d'au moins 0,55 rayon du centre physique de la planète (soit environ 13 500 km).

Avant l'arrivée de Voyager 2 sur Neptune, il était supposé que la magnétosphère inclinée d'Uranus était le résultat de sa rotation sur le côté. Cependant, en comparant les champs magnétiques des deux planètes, il est à présent supposé que cette inclinaison extrême peut être caractéristique des flux magnétiques provenant de l'intérieur des planètes et ne résulte pas de son décalage physique ou d'une inversion de polarité. Ce champ serait alors généré par des mouvements de fluide convectif dans une fine couche sphérique de liquides électriquement conducteurs (probablement une combinaison d'ammoniac, de méthane et d'eau), créant un effet dynamo. Cependant, ses caractéristiques suggèrent qu'il pourrait être généré par un mécanisme différent que ceux de la Terre, Jupiter ou Saturne.

Le champ présente une période de rotation de 16,11 heures. La composante dipolaire du champ magnétique à l'équateur magnétique de Neptune est d'environ 14 microteslas (0,14 ). Le moment magnétique dipolaire de Neptune est d'environ 2,2 (soit 14 , où Rn est le rayon de Neptune). Le champ magnétique de Neptune a une géométrie complexe qui comprend des contributions relativement importantes de composants non dipolaires, y compris un moment quadripolaire fort qui peut dépasser le moment dipolaire en intensité. À l'inverse, des planètes comme la Terre, Jupiter et Saturne n'ont que des moments quadripolaires relativement faibles et leurs champs sont moins inclinés par rapport à l'axe polaire. Le grand moment quadripolaire de Neptune peut être le résultat de son décalage par rapport au centre de la planète et des contraintes géométriques du générateur dynamo du champ,. Par ailleurs, des aurores polaires sont découvertes sur la planète par .

L' arc de choc (" bow shock ") de Neptune - là où la magnétosphère commence à affecter le vent solaire - se produit à une distance de 34,9 fois le rayon de la planète. La magnétopause - là où la pression de la magnétosphère contrebalance le vent solaire - se situe à une distance de 23 à 26,5 fois le rayon de Neptune. La queue de la magnétosphère s'étend jusqu'à au moins 72 fois le rayon de Neptune, et probablement beaucoup plus loin.

Le demi-grand axe entre Neptune et le Soleil est de 4,5 milliards de kilomètres (environ 30,1 unités astronomiques) et elle complète une orbite en moyenne tous les 164,79 ± 0,1 ans. La distance au périhélie est de 29,81 au et de 30,33 au à l' aphélie, ce qui correspond à une excentricité orbitale de 0,008 678. Aussi, l'orbite de Neptune est inclinée de 1,77° par rapport à celle de la Terre et au plan de l' écliptique.

Le , Neptune termine sa première orbite complète depuis sa découverte en 1846,. Cependant, en raison du mouvement du Soleil par rapport au barycentre du Système solaire, Neptune n'était pas au à la position où elle avait été découverte par rapport au Soleil. Ainsi, dans le système de coordonnées héliocentrique usuel, la longitude de découverte a été atteinte le ,,.

L'inclinaison axiale de Neptune est de 28,32°, ce qui est similaire aux inclinaisons de la Terre (23°) et de Mars (25°). En conséquence, Neptune subit les mêmes changements saisonniers que ceux connus sur Terre. La longue période orbitale de Neptune signifie toutefois que ces saisons durent quarante années terrestres, la planète étant dans les années 2020 à son printemps pour l'hémisphère sud.

Son jour sidéral est d'environ 16 heures 7 minutes, défini grâce à la période de rotation du champ magnétique de la planète,. En effet, quelque temps avant son survol de la planète, détecte à intervalles réguliers des ondes radios, signes de son champ magnétique. Ce dernier étant engendré par des courants électriques internes à la planète, il a été déduit que la période de rotation interne était égale à l'intervalle de temps séparant ces bouffées,. Cette rotation induit un aplatissement de la planète : le rayon polaire est de 24 341 km tandis que le rayon équatorial vaut 24 764 km (niveau de pression à 1 ).

Cependant, Neptune n'étant pas un corps solide, son atmosphère subit une rotation différentielle. Ainsi, sa zone équatoriale tourne avec une période d'environ 18 heures tandis que la période de rotations aux régions polaires est de 12 heures. Cette rotation différentielle est la plus prononcée de toutes les planètes du Système solaire et se traduit par un fort cisaillement du vent en latitude.

Les résonances orbitales majeures dans la ceinture de Kuiper causées par Neptune. On observe ceux en résonances 2:3 (plutinos), la ceinture des cubewano non résonnants et ceux en résonance 1:2 (twotinos).

L'orbite de Neptune a un fort impact sur la région située au-delà, connue sous le nom de ceinture de Kuiper. Celle-ci est un anneau de petits corps glacés, similaire à la ceinture d'astéroïdes mais beaucoup plus grand, s'étendant depuis l'orbite de Neptune à 30 au à environ 55 au du Soleil,. De la même manière que la gravité de Jupiter domine la ceinture d'astéroïdes, façonnant sa structure, la gravité de Neptune domine la ceinture de Kuiper. Au cours de l' évolution du Système solaire, certaines régions de la ceinture de Kuiper ont été déstabilisées par la gravité de Neptune, créant des lacunes dans la structure de la ceinture de Kuiper - par exemple, dans la région entre 40 et 42 au.

Des résonances orbitales se produisent lorsque la fraction formée par la période orbitale de Neptune et celle de l'objet est un nombre rationnel, tel que 1:2 ou 3:4. La résonance la plus peuplée de la ceinture de Kuiper, avec plus de 200 objets connus, est la résonance 2:3. Les objets dans cette résonance effectuent deux orbites autour du Soleil pour trois de Neptune et sont connus sous le nom de plutinos, car le plus grand des objets connus de la ceinture de Kuiper, Pluton, en fait partie. Bien que Pluton traverse régulièrement l'orbite de Neptune, la résonance 2:3 garantit que les deux objets ne peuvent jamais entrer en collision. Les résonances 3:4, 3:5, 4:7 et 2:5 sont moins peuplées en comparaison.

Neptune possède au moins une vingtaine de troyens occupant les deux points de Lagrange stables L ₄ et L ₅ du système Soleil-Neptune, l'un menant et l'autre traînant Neptune sur son orbite. Les astéroïdes troyens de Neptune peuvent être considérés comme étant en résonance 1:1 avec Neptune. Certains troyens sont remarquablement stables sur leurs orbites et se sont probablement formés au même moment que Neptune plutôt que capturés.

Simulation du modèle de Nice montrant les planètes extérieures et la ceinture de Kuiper :
1. avant que Jupiter et Saturne n'atteignent une résonance de 2:1 ;
2. après la diffusion vers l'intérieur des objets de la ceinture de Kuiper à la suite du déplacement orbital de Neptune ;
3. après éjection des corps dispersés de la ceinture de Kuiper par Jupiter.

La formation des géantes de glaces, Neptune et Uranus, s'avère difficile à modéliser avec précision. Les modèles actuels suggèrent que la densité de matière dans les régions externes du Système solaire est trop faible pour tenir compte de la formation de si grands corps à partir de la méthode traditionnellement acceptée d' accrétion du noyau, aussi appelée modèle d'accrétion de cœur. Ainsi, diverses hypothèses ont été avancées pour expliquer leur apparition.

La première est que les géantes de glaces n'ont pas été formées par l'accrétion du noyau, mais à partir d'instabilités dans le disque protoplanétaire d'origine qui ont ensuite vu leur atmosphère soufflée par le rayonnement d'une association OB massive à proximité.

Une autre est qu'elles se sont formées plus près du Soleil, où la densité de matière était plus élevée, puis qu'elles ont ensuite réalisé une migration planétaire vers leurs orbites actuelles après le retrait du disque protoplanétaire gazeux. Cette hypothèse de migration après formation est maintenant privilégiée en raison de sa capacité à mieux expliquer l'occupation des populations de petits objets observées dans la région trans-neptunienne,. Le courant le plus largement accepté des explications sur les détails de cette hypothèse est connu sous le nom de modèle de Nice, qui explore l'effet d'une migration de Neptune et des autres planètes géantes sur la structure de la ceinture de Kuiper,,.

Triton, satellite naturel de Neptune, et d'autres satellites qui orbitent près des anneaux. Image prise en ultra-rouge par le télescope spatial James-Webb en 2022.

Neptune possède 14 satellites naturels connus,.

Le plus massif est Triton, découvert par William Lassell 17 jours seulement après la découverte de Neptune, le ,. Il est le par distance croissante à cette dernière et comprend plus de 99,5 % de la masse en orbite autour de la planète,, ce qui fait de lui le seul suffisamment massif pour subir une compression gravitationnelle suffisante pour qu'il soit sphéroïdal. Par ailleurs, son diamètre d'un peu plus de 2 700 km en fait le satellite naturel du Système solaire par taille décroissante - et un astre plus gros que Pluton,.

C'est également le seul gros satellite connu du Système solaire à avoir une orbite rétrograde - c'est-à-dire inverse au sens de rotation de sa planète -, ce qui suggère qu'il est une ancienne planète naine issue de la ceinture de Kuiper capturée par Neptune,. Triton orbite autour de Neptune en 5 jours et 21 heures sur une trajectoire quasiment circulaire ayant un demi grand axe de 354 759 km. Il est suffisamment proche de Neptune pour être verrouillé dans une rotation synchrone et tourne lentement en spirale vers l'intérieur à cause de l' accélération par effet de marée. Il finira par se disloquer dans environ 3,6 milliards d'années quand il aura atteint sa limite de Roche.

Vue en couleurs réelles de Neptune avec Protée (en haut), Larissa (en bas à droite) et Despina (à gauche), depuis le télescope spatial Hubble.

L'inclinaison de son axe est de 156,865° sur le plan de Laplace du système, et jusqu'à 129,6° (-50,4°) sur le plan orbital de sa planète. Ceci lui confère des saisons très marquées tout au long de l'année neptunienne, longue de 164,79 années terrestres ; l'hémisphère sud a ainsi passé son solstice d'été en 2000. En 1989, Triton est l'objet le plus froid jamais mesuré dans le Système solaire, qui présente des températures estimées à 38 K (−235,15 °C),.

Néréide, le deuxième satellite de Neptune à être découvert, ne l'est qu'en 1949, soit plus d'un siècle après Triton,. Très irrégulière, elle est la troisième lune la plus massive du système neptunien et possède l'une des orbites les plus excentriques de tous les satellites du Système solaire - seulement dépassée par Bestla, un satellite de Saturne. Aussi, son excentricité orbitale de 0,751 lui donne une apoapside sept fois plus grande que sa périapside (distance minimale à Neptune),.

Avant l'arrivée de la sonde dans le système de la planète, une unique autre lune est découverte : Larissa, en 1981, grâce à une occultation d'étoile, ; cette troisième lune n'est cependant observée à nouveau que lors du survol de Neptune par la sonde spatiale.

Ensuite, l'analyse des photographies transmises par en 1989 permet de découvrir cinq nouveaux satellites : Naïade, Thalassa, Despina, Galatée et Protée,. Les quatre premiers, les plus internes, orbitent suffisamment près pour être situées dans les anneaux de Neptune. Protée, quant à elle, est une lune de forme irrégulière et remarquable car elle est de la taille maximale qu'un objet de sa densité peut atteindre sans être transformée en une forme sphérique par sa propre gravité. Bien que deuxième lune neptunienne la plus massive, elle ne représente que 0,25 % de la masse de Triton.

Cinq nouvelles lunes irrégulières sont découvertes entre 2002 et 2003, puis baptisées Psamathée, Halimède, Sao, Laomédie et Néso en février 2007. En 2013, la dernière lune découverte est la plus petite connue à ce jour, Hippocampe, est obtenue en combinant plusieurs images d' Hubble,. Parce que Neptune est le dieu romain de la mer, les lunes de Neptune sont nommées d'après des dieux marins inférieurs.

Les anneaux de Neptune pris par Voyager 2 . On note les trois principaux : Galle, Le Verrier et Adams.

Neptune possède un système d' anneaux planétaires, bien que beaucoup moins substantiel que celui de Saturne,. Les anneaux sont sombres et leur composition et leur origine sont incertaines : ils peuvent être constitués de particules de glace recouvertes de silicates, de poussières ou d'un matériau à base de carbone, ce qui leur donne très probablement une teinte rougeâtre.

William Lassell mentionne en premier l'existence des anneaux en 1846, cependant cela aurait pu être une aberration de la lumière. La première détection fiable d'un anneau est faite en 1968 mais passe inaperçue jusqu'en 1977, après la découverte des anneaux d'Uranus qui pousse les scientifiques à en chercher autour de Neptune. À partir de là, des preuves de la présence d'anneaux sont rapportées,. Lors d'une occultation stellaire en 1984, les anneaux obscurcissent une étoile lors de l'immersion mais pas lors de l'émersion, ce qui laisse alors à penser qu'ils pourraient posséder des lacunes,,.

Ce sont les images de Voyager 2 en 1989 qui permettent d'en révéler l'existence, qu'ils sont bien " entiers " et qu'il en existe plusieurs. L'un d'entre eux, l'anneau Adams, possède des " arcs " - c'est-à-dire des parties plus brillantes que le reste de l'anneau - qui sont nommés dans le sens antihoraire Liberté, Égalité (1 et 2 car il s'agit un arc double), Fraternité et Courage au moment de leur première observation lors de l'occultation stellaire ; les trois premiers noms ayant été nommés d'après la devise française par André Brahic.

Anneaux de Neptune avec plus de contraste, on observe les anneaux intermédiaires Lassell et Arago.

Les trois principaux anneaux sont Galle, à 41 900 km du centre de Neptune, Le Verrier, à 53 200 km, et Adams, à 62 932 km. Une faible extension vers l'extérieur de l'anneau Le Verrier est nommée Lassell. Cette dernière est délimitée à son bord extérieur par l'anneau Arago à 57 600 km. Le Verrier, Arago et Adams sont étroits avec des largeurs d'environ 100 km maximum tandis que Galle et Lassell, en revanche sont très larges - entre . Quatre petites lunes ont des orbites à l'intérieur du système d'anneaux : Naïade et Thalassa ont leurs orbites dans l'intervalle entre les anneaux de Galle et Le Verrier. Despina est juste à l'intérieur de l'anneau Le Verrier et Galatée est vers l'intérieur de l'anneau Adams. Par ailleurs, si l'existence des arcs était auparavant difficile à expliquer car les lois du mouvement prédisent que les arcs s'étaleraient en un anneau uniforme sur de courtes échelles de temps, les astronomes estiment maintenant que les arcs sont enfermés dans leur forme actuelle par les effets gravitationnels de Galatée,,.

Les anneaux de Neptune contiennent une grande quantité de poussières dont la taille est de l'ordre du micromètre : la fraction de poussière selon la tranche considérée varie de 20 % à 70 %. À cet égard, ils sont semblables aux anneaux de Jupiter, dont la part de poussière est de 50 % à 100 %, et sont très différents des anneaux de Saturne et Uranus, qui contiennent peu de poussière (moins de 0,1 %) et sont par conséquent moins brillants. Considérés dans leur ensemble, les anneaux de Neptune ressemblent à ceux de Jupiter, les deux systèmes se composent d'annelets de poussières ténus et étroits, et de larges anneaux de poussières encore plus ténus,.

Les anneaux de Neptune, comme ceux d'Uranus, sont considérés comme relativement jeunes ; leur âge est sans doute nettement inférieur à celui du Système solaire. D'autre part, comme pour Uranus, les anneaux de Neptune se sont probablement formés à la suite de la fragmentation d'anciennes lunes intérieures lors de collisions. En effet, il résulte de ces collisions la formation de ceintures de petites lunes, qui sont autant de sources de poussière pour les anneaux. Des observations terrestres annoncées en 2005 semblent montrer que les anneaux de Neptune sont instables et les images prises à l' observatoire WM Keck en 2002 et 2003 montrent une dégradation considérable des anneaux par rapport aux images de Voyager 2 ; en particulier, il semble que l'arc Liberté était en voie de disparition. En 2009, les arcs Liberté et Courage avaient disparu.

Diagramme en coupe à l'échelle de Neptune montrant ses anneaux et les orbites des lunes proches.

Animation montrant l'orbite de six troyens au point de Lagrange L₄ dans un référentiel en rotation centré sur Neptune.

Comme la Terre, Mars, Jupiter et Uranus, Neptune possède des astéroïdes troyens partageant son orbite autour du Soleil.

En 2020, on en compte vingt au point de Lagrange L ₄ (en avance) et trois au point L ₅ (en retard). est le premier observé en par l'équipe de Marc William Buie sur le télescope Blanco de 4 m de l' Observatoire du Cerro Tololo. Sa position relative oscille autour du point L ₄ et le long de l'orbite neptunienne avec une période d'environ 10 000 ans. Son orbite est très stable, il se situe ainsi dans une région qui garantit qu'il co-orbitera encore avec Neptune pendant des milliards d'années.

En 2004 puis 2005, trois nouveaux troyens sont découverts par Scott S. Sheppard et Chadwick Trujillo. L'un d'entre eux, , a la même période orbitale que Neptune et orbite au point de Lagrange L ₄ de Neptune avec cependant une inclinaison de 25 degrés. Les deux autres sont nommés (385571) Otréré et (385695) Clété, d'après deux amazones. est le premier troyen découvert se trouvant au point L ₅ de Neptune.

Des études ont montré qu'il serait possible à un quasi-satellite théorique d' Uranus ou de Neptune de le rester pour la durée de vie du Système solaire moyennant certaines conditions d'excentricité et d' inclinaison. De tels objets n'ont pas encore été découverts mais Neptune possède cependant un quasi-satellite temporaire, . Celui-ci est un quasi-satellite de Neptune depuis environ 12 500 ans et devrait rester dans cet état dynamique pendant au moins autant de temps.

En 2018, l'Observatoire européen austral a développé des méthodes d'optique adaptative permettant d'obtenir des images claires et en haute résolution de Neptune depuis la surface de la Terre.

Neptune vue par James-Webb, avec l'imageur proche infrarouge NIRCam. Vers le bas à gauche, une galaxie spirale relativement petite. Le traitement de l'image a été réalisé par le Space Telescope Science Institute et le Goddard Space Flight Center (septembre 2022).

Du fait de l'évolution de son orbite, Neptune s'est considérablement éclairé depuis 1980. Sa magnitude apparente varie dans les années 2020 entre 7,67 et 8,0 avec une moyenne à 7,78 alors qu'avant 1980, la planète possédait une magnitude moyenne d'environ 8,0. La magnitude limite visuelle de l' œil nu étant 6, Neptune reste cependant toujours invisible sans instrument. Un télescope ou des jumelles puissantes montreront Neptune comme un petit disque bleu, d'apparence semblable à Uranus,.

En raison de la distance de Neptune à la Terre, variant de 4,31 à 4,69 milliards de kilomètres, sa taille apparente ne varie que de 2,2 à 2,4 secondes d'arc, la plus petite variation pour une planète du Système solaire. Sa petite taille apparente rendant difficile l'étude visuelle, la plupart des connaissances à son sujet étaient en conséquence limitées - comme la valeur de sa période de rotation - jusqu'au survol de puis l'avènement du télescope spatial Hubble et des grands télescopes au sol à optique adaptative (AO),,. La première observation scientifiquement exploitable de Neptune à partir de télescopes au sol utilisant l'optique adaptative est réalisée en 1997 à Hawaï. L'hémisphère sud de Neptune est entré dans les années 1980 dans sa saison de printemps - qui durera environ 40 ans du fait de la période de révolution de 165 ans - et il a ainsi été observé qu'elle se réchauffait, avec une activité atmosphérique et une luminosité accrues en conséquence. Combinés aux progrès technologiques, les télescopes au sol à optique adaptative enregistrent des images de plus en plus détaillées.

Depuis la Terre, Neptune subit un mouvement rétrograde apparent tous les 367 jours, résultant en un mouvement en forme de boucle devant les étoiles fixes lors de chaque opposition. Ces boucles l'ont porté près des coordonnées de découverte de 1846 en avril et et de nouveau en octobre et ,. Sa longitude de découverte est atteinte le 11 ou , marquant sa première orbite complète depuis la première observation de Johann Galle,,.

L'observation de Neptune dans la bande des ondes radio montre qu'elle est une source à la fois d'émission continue et de sursauts irréguliers. Ces deux sources proviendraient de son champ magnétique rotatif. Dans la partie infrarouge du spectre, les tempêtes de Neptune apparaissent brillantes sur l'arrière-plan plus froid, ce qui permet de suivre facilement la taille et la forme de ces caractéristiques.

Une des premières photos de Neptune prise par la sonde.

est la première et unique sonde spatiale à avoir visité Neptune et source de la majorité des connaissances actuelles sur la planète,. La trajectoire à travers le système neptunien est mise au point une fois le survol d'Uranus et de ses lunes accompli. Comme il doit s'agir du dernier passage de près d'une planète, il n'existe pas de contraintes sur la manière de sortir du système planétaire et plusieurs choix sont possibles : l'équipe scientifique opte donc pour un passage à faible distance du pôle nord de Neptune ce qui permettra d'utiliser l' assistance gravitationnelle de la planète pour faire plonger la sonde sous l'écliptique pour un survol rapproché de Triton, la principale lune de Neptune, quelles que soient les conséquences de la trajectoire, de façon similaire à ce qui avait été fait pour avec Saturne et sa lune Titan,.

L'éloignement de Neptune diminue le débit théorique permis par la liaison radio. Aussi, plusieurs mesures sont prises dans les années qui précèdent le survol pour renforcer le réseau d'antennes à Terre, notamment l'accroissement de la taille des antennes de réception existantes, la mise en service d'une nouvelle antenne à Usuda au Japon, et le recours au Very Large Array au Nouveau-Mexique.

Vue de croissants de Neptune et Triton par Voyager 2 (1989).

Les premières observations sont effectuées à partir de , soit 90 jours avant le passage au plus près de Neptune et près de trois ans après le survol d'Uranus. Elles permettent de découvrir les anneaux de Neptune, dont l'existence n'avait jusque-là jamais été prouvée : ils sont composés de particules très fines qui ne permettent pas leur observation depuis la Terre. Un champ magnétique est détecté et mesuré, celui étant décalé du centre géologique et incliné comme celui d'Uranus, mais cependant d'intensité bien plus faible. Au cours de la traversée du système neptunien, cinq nouvelles - ou 6 en comptant Larissa - lunes sont découvertes,,. Compte tenu de l'éloignement de , il est difficile d'envoyer à temps de nouvelles instructions pour l'observation de ces nouveaux corps célestes. Seule Protée (400 km de diamètre) est découverte suffisamment tôt pour programmer des observations détaillées. En effet, les signaux de la sonde nécessitaient 246 minutes pour atteindre la Terre et, par conséquent, la mission de Voyager 2 reposait sur des commandes préchargées.

Le survol de Neptune a lieu le : passe à 4 950 km du pôle nord de la planète,. L'atmosphère de Neptune est analysée. Malgré le peu d' énergie solaire reçu du fait de son éloignement (3 % de ce que reçoit Jupiter), une dynamique atmosphérique est observée avec des manifestations comme la " Grande Tache sombre " et des nuages. Des vents se déplaçant à plus de 2 000 km/h sont mesurés. L'étude du champ magnétique permet de déterminer que la durée d'une rotation est de 16,11 heures. Le survol fournit également la première mesure précise de la masse de Neptune qui s'est avérée inférieure de 0,5 % à celle calculée précédemment. Cette nouvelle valeur a alors permis de réfuter l'hypothèse selon laquelle une planète X non découverte agissait sur les orbites de Neptune et d'Uranus,. Les images de Voyager 2 sont diffusées en direct lors d'un programme de PBS de nuit, Neptune All Night,.

Mosaïque de Triton par Voyager 2.

passe à 39 790 km de Triton et peut recueillir des données très précises sur cette lune. La communauté scientifique estimait à l'époque que le diamètre de Triton était compris entre ; la sonde permet de ramener ce chiffre à 2 760 km. Très peu de cratères sont observés, ce qui est expliqué par le volcanisme dont des manifestations sous forme de traces laissées par des geysers sont observées aux pôles. Une atmosphère ténue (pression de soit 1 % à 1,4 % de celle de la Terre), résultant sans doute de cette activité, est détectée par . La température de la surface de Triton, 38 kelvins, est la plus froide jamais détectée sur un corps céleste du Système solaire,.

Voyager 2

Après la mission de survol Voyager 2, la prochaine étape de l'exploration scientifique du système neptunien est considérée comme intégrée au Programme Flagship. Une telle mission hypothétique devrait être possible à la fin des années 2020 ou au début des années 2030. Aussi, une proposition en cours pour le programme Discovery, Trident, effectuerait un survol de Neptune et Triton.

Cependant, il y a déjà eu des discussions pour lancer les missions vers Neptune plus tôt. En 2003, un projet de sonde Neptune Orbiter ayant des objectifs similaires à ceux de est proposé puis, en 2009, la mission qui aurait visité Jupiter, Saturne, Neptune et un objet de la ceinture de Kuiper. Par ailleurs, New Horizons 2 - qui a ensuite été abandonnée - aurait également pu effectuer un survol rapproché du système neptunien.

Les images obtenues par Voyager 2 sont encore de bonnes références.

L'élément chimique neptunium est découvert par Edwin McMillan et Philip Abelson en 1940. La découverte est faite au Berkeley Radiation Laboratory - maintenant Laboratoire national Lawrence-Berkeley - de l' université de Californie à Berkeley, où l'équipe produit l'isotope 239 du neptunium, d'une demi-vie de 2,4 jours, en bombardant de l' neutrons. C'est l'étape intermédiaire menant à la production du uranium 238 (faisant référence à Uranus) avec des Pluton). plutonium 239 (faisant référence à

Après l' opération Uranus, l' opération Neptune est le nom de code donné au débarquement en Normandie des troupes alliées en lors de la Seconde Guerre mondiale. Il précède la bataille de Normandie.

" Neptune, le mystique " est le et dernier mouvement de l'œuvre pour grand orchestre Les Planètes, composée et écrite par Gustav Holst entre 1914 et 1916.

Jimi Hendrix écrit et enregistre pour la première fois en Valleys of Neptune, une chanson qui n'a été publiée (officiellement) qu'en dans l'album éponyme Valleys of Neptune, quarante ans après la mort de l'artiste.

Depuis sa découverte, Neptune est apparue dans de nombreuses œuvres de science-fiction. Elle est notamment la dernière demeure de la race humaine lors de la fin du Système solaire dans le roman d' Olaf Stapledon Les Derniers et les Premiers (1930) ou le décor principal des films de James Gray (2019) et Event Horizon, le vaisseau de l'au-delà de Paul W. S. Anderson (1997).

Elle a également été représentée dans la série d'animation , l'épisode pilote de Star Trek : Enterprise et l'épisode Dans les bras de Morphée de .

Le symbole astronomique de Neptune est une version stylisée du trident du dieu Neptune, dont elle tient le nom. À l'époque moderne, il est toujours employé comme symbole astronomique pour la planète, bien que son utilisation soit découragée par l' Union astronomique internationale.

Il existe un symbole alternatif représentant les initiales de Le Verrier, qui a découvert la planète, plus courant dans la littérature ancienne (surtout française).

1. ↑ Date de publication des résultats entrepris par Le Verrier depuis 1844.

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3. Concernant la Terre, voir ↑ Terre#Mythes.

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5. Masse de Triton : 2,14 × 10↑ ²² kg. Somme de la masse des 12 lunes de Neptune : 7,53 × 10¹⁹ kg, soit 0,35 %. La masse des anneaux est négligeable.

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Neptune Neptune vue par la sonde Voyager 2 en 1989.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
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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Travaillez bien :)

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Saturne», du latin sata, «semailles», est le dieu romain de l'agriculture. La légende raconte qu'au temps de l'«âge d'or», dieux et hommes vivaient ensemble, insouciants et libres.3 août 2018

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Saturne», du latin sata, «semailles», est le dieu romain de l'agriculture. La légende raconte qu'au temps de l'«âge d'or», dieux et hommes vivaient ensemble, insouciants et libres.3 août 2018

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oui monsieur :) noa hugo est aurelien :)

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oui monsieur :) noa hugo est aurelien :)

# data[].attributes.headline
bonjour monsieur Rodevy  merci  katia shanael :)

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bonjour monsieur Rodevy  merci  katia shanael :)

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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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Soleil

Une éruption solaire vue en ultraviolet avec de fausses couleurs.

Données observées

Demi-grand axe
de l'orbite de la Terre (1 ua)

149 597 870 km

-26,832

4,74

Caractéristiques orbitales

Distance du centre
de la Voie lactée

2,52 × 10 ¹⁷ km
(8,2 kpc)

Période galactique

2,26 × 10 ⁸ années

Vitesse

217 km/s

Caractéristiques physiques

1 392 684 km

696 342 km

4,379 × 10 ⁶ km

Aplatissement aux pôles

9 × 10⁻⁶

6,087 7 × 10 ¹² km²

1,412 × 10 ¹⁸ km³

Masse (M☉)

1,988 5 × 10 ³⁰ kg

- moyenne

1 408 kg/m³

- au centre

150 000 kg/m³

Gravité à la surface

273,95 m/s²

617,54 km/s

- au centre

15,1 MK

- à la surface

5 772 K ( température effective ; entre 3 500 °C ( taches solaires) et 5 900 °C localement)

- couronne,

1 000 000 K

Flux énergétique

3,826 × 10 ²⁶ W

G2 V

Z = 0.0122

Rotation

/ plan galactique
(Voie lactée)

67,23°

Vitesse, latitude 0°

7,008 17 km/h

Composition photosphérique (en masse)

Le Soleil est l' étoile du Système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune d'une masse d'environ 1,989 1 × 10 ³⁰ kg, composée d' hydrogène (74 % de la masse ou 92 % du volume) et d' hélium (25 % de la masse ou 8 % du volume). Le Soleil fait partie de la galaxie appelée la Voie lactée et se situe à environ 8 (∼26 100 ) du centre galactique, dans le bras d'Orion. Le Soleil orbite autour du centre galactique en une année galactique de 225 à 250 millions d'années. Autour de lui gravitent la Terre (à la vitesse de 30 km/s), sept autres planètes, au moins cinq planètes naines, de très nombreux astéroïdes et comètes et une bande de poussière. Le Soleil représente à lui seul environ 99,854 % de la masse du système planétaire ainsi constitué, Jupiter représentant plus des deux tiers du reste.

L' énergie solaire transmise par le rayonnement solaire rend possible la vie sur Terre par apport d' énergie lumineuse (lumière) et d' énergie thermique (chaleur), permettant la présence d' eau à l'état liquide et la photosynthèse des végétaux. Le rayonnement ultraviolet contribue à la désinfection naturelle des eaux de surfaces et à y détruire certaines molécules indésirables (quand l'eau n'est pas trop turbide). La polarisation de la lumière solaire (ou lunaire, de nuit), par des matériaux tels que l'eau ou les cuticules végétales, est utilisée par de nombreuses espèces pour s'orienter,.

Le rayonnement solaire est aussi responsable des climats et de la plupart des phénomènes météorologiques observés sur la Terre. En effet, le bilan radiatif global de la Terre est tel que l'énergie thermique à la surface de la Terre est en moyenne à 99,97 ou 99,98 % d'origine solaire. Comme pour tous les autres corps, ces flux thermiques sont continuellement émis dans l' espace, sous forme de rayonnement thermique infrarouge ; la Terre reste ainsi en équilibre dynamique.

Le demi-grand axe de l' orbite de la Terre autour du Soleil, couramment appelé " distance de la Terre au Soleil ", égal à 149 597 870 700 ± 3 m, est la définition originale de l' unité astronomique (de symbole " au "). Il faut 8 minutes et 19 secondes pour que la lumière du Soleil parvienne jusqu'à la Terre.

Le symbole astronomique et astrologique du Soleil est un cercle avec un point en son centre : .

Étymologie

Le mot soleil est issu du gallo-roman *SOLICULU, forme du latin populaire *soliculus (non attesté), diminutif du latin classique sol, solis désignant l'astre et la divinité. Le latin sol se poursuit dans la plupart des langues romanes : italien sole, espagnol, portugais et catalan sol.

Caractéristiques générales

Le Soleil vu dans l'ultraviolet " lointain " (UVC) (image en " fausses couleurs "). La chromosphère et les protubérances sont les sources essentielles, bien plus chaudes que la " surface " (la photosphère).

Composition chimique

Le Soleil est une étoile naine jaune qui se compose de 74 % d' hydrogène (soit 92 % de son volume), de 25 % d' hélium (8 % de son volume) et d'une fraction d'éléments plus lourds. Les éléments réfractaires observables à la surface du Soleil ont une abondance inférieure à celle observée dans la plupart des étoiles ayant des caractéristiques comparables. Cet écart de composition serait dû à la formation précoce de Jupiter qui aurait isolé des poussières réfractaires loin du Soleil plutôt qu'à une capture par les planètes telluriques.

Type spectral

Le Soleil est de type spectral G2 . " G2 " signifie qu'il est plus chaud (5 770 en surface environ) et plus brillant que la moyenne, avec une couleur jaune tirant sur le blanc. Son spectre renferme des bandes de métaux ionisés et neutres, ainsi que de faibles bandes d'hydrogène. Le suffixe " " (ou " classe de luminosité ") indique qu'il évolue actuellement, comme la majorité des étoiles, sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell : il tire son énergie de réactions de fusion nucléaire qui transforment, dans son noyau, l'hydrogène en hélium, et se trouve dans un état d' équilibre hydrostatique, ne subissant ni contraction, ni dilatation continuelles.

Situation dans la Voie lactée

Il existe dans la Voie lactée plus de 100 millions d'étoiles de type spectral identique, ce qui fait du Soleil une étoile assez ordinaire, bien qu'il soit en fait plus brillant que 85 % des étoiles de la Galaxie, qui sont en majorité des naines rouges.

Le Soleil gravite autour du centre de la Voie lactée, dont il est distant d'environ 26 673 années-lumière. Sa période de révolution galactique est d'environ 220 millions d'années et sa vitesse d'environ 250 km/s, équivalente à une année-lumière tous les 1 400 ans environ, ou une unité astronomique tous les huit jours,,.

Dans cette révolution galactique, le Soleil, comme les autres étoiles du disque, a un mouvement oscillant autour du plan galactique : l'orbite galactique solaire présente des ondulations sinusoïdales perpendiculaires à son plan de révolution. Le Soleil traverserait ce plan tous les 30 millions d'années environ, d'un côté puis de l'autre - sens Nord-Sud galactique, puis inversement - et s'en éloignerait au maximum de 230 années-lumière environ, tout en restant dans le disque galactique. La masse du disque galactique attire les étoiles qui auraient un plan de révolution différent de celui du disque galactique.

Actuellement, le Système solaire se situerait à 48 années-lumière au-dessus (au nord) du plan galactique et en phase ascendante à la vitesse de 7 km/s.

Révolution et rotation

Le Soleil tourne autour du barycentre du Système solaire (mouvement de révolution), ce dernier se situant dans les années 2000 à un peu plus d'un rayon solaire du centre de l'étoile (donc légèrement à l'extérieur du Soleil), en raison de la masse de Jupiter (environ un millième de la masse solaire) et des autres planètes géantes.

Le Soleil tourne également sur lui-même (mouvement de rotation), avec une période de 27 jours terrestres environ. En réalité, n'étant pas un objet solide, il subit une rotation différentielle : il tourne plus rapidement à l' (25 jours) qu'aux pôles (35 jours). Déduite des modes de vibration de gravité, la vitesse de rotation du cœur a pu aussi être déterminée : un tour par semaine environ, soit 3,8 fois plus vite que les couches extérieures et intermédiaires,.

Histoire naturelle

Le Soleil est une étoile âgée d'environ 4,57 milliards d'années, soit un peu moins de la moitié de son chemin sur la séquence principale. L'hypothèse des années 1970, selon laquelle une supernova serait à l'origine de l'effondrement de la nébuleuse qui a donné naissance au Soleil, n'est plus crédible. Une modélisation réalisée en 2012 propose un scénario en trois étapes pour expliquer la formation du Soleil et l'abondance de magnésium 26 et de nickel 60 dans les météorites. Ces éléments sont les produits de la décomposition de deux isotopes radioactifs (à la demi-vie relativement courte), nés dans les étoiles : l' aluminium 26 (demi-vie de 717 000 ans) et le fer 60 (demi-vie de 2,6 Ma). Pour comprendre la présence de ces éléments dans la chimie du Soleil, il fallait imaginer une étape pour le fer 60 et une autre pour l'aluminium 26.

Il y a 4,6 Ga, une nébuleuse s'effondre et une première génération d'étoiles (± 5 000) naît. Après 5 Ma, les plus massives meurent en supernovas et dispersent leurs éléments, dont l'isotope fer 60. Après 2 Ma, un nuage riche en fer 60 s'effondre et de nouvelles étoiles se forment. Cette seconde génération comprend des étoiles très massives (plus de 30 masses solaires) qui éjectent des vents chargés en aluminium 26. Après 100 000 ans, le vent d'une de ces étoiles très massives comprime la matière qui l'entoure. Il se forme une coquille de gaz et de poussières riches en fer 60 et en aluminium 26, qui finit par s'effondrer et donner naissance, il y a 4,568 2 Ga, à une troisième génération d'étoiles : le Soleil et une centaine d'étoiles jumelles. Quelques millions d'années plus tard, l'étoile très massive à l'origine du processus meurt en supernova. On l'appelle qui signifie " mère du Soleil " dans la cosmogonie aztèque. Les sœurs du Soleil (à la composition chimique identique) se dispersent dans la Voie lactée. Le Soleil reste seul ; les astéroïdes qui l'entourent gardent la trace de sa généalogie sous la forme des dérivés du fer 60 et de l'aluminium 26 : le nickel 60 et le magnésium 26.

Actuellement, dans le cœur du Soleil, chaque seconde, environ 620 millions de tonnes d'hydrogène fusionnent pour produire environ 615,7 millions de tonnes d' hélium,. La différence de masse de 4,35 millions de tonnes, soit 0,7 % (une masse de l'ordre de celle de la pyramide de Gizeh), équivaut à l'énergie lumineuse produite, soit 4 × 10 ²⁶ joules par seconde, ou watts. La part photonique migre lentement vers la surface solaire, par rayonnement et par convection, puis est émise dans l'espace sous forme de rayonnement électromagnétique ( lumière, rayonnement solaire) et de flux de particules ( vent solaire).

Évolution de la luminosité, du rayon et de la température solaires, comparés aux valeurs actuelles du Soleil. D'après Ribas (2010)[33] .

Le Soleil est dans sa phase linéaire, durant laquelle il épuise petit à petit ses réserves d' hydrogène. Sa luminosité augmente d'environ 7 % par milliard d'années, à mesure qu'augmente le rythme des réactions de fusion du fait de la lente contraction du cœur. Cette phase linéaire a débuté quand le Soleil était âgé d'environ 500 millions d'années et durera jusqu'à la rupture de l' équilibre hydrostatique. Le Soleil était donc moins brillant dans le passé et sera plus brillant dans le futur.

Évolution d'une étoile de type solaire. Le parcours d'une étoile d'une masse solaire sur le diagramme Hertzsprung-Russell est indiqué depuis la séquence principale jusqu'au-delà du stade de la branche asymptotique des géantes.

Lorsqu'il sera âgé de 10,5 milliards d'années, l' équilibre hydrostatique sera rompu. Le Soleil aura converti tout l'hydrogène de son cœur en hélium. Le noyau d'hélium se contractera et s'échauffera fortement, tandis qu'une couronne externe du cœur fusionnera l'hydrogène en hélium, libérant davantage d'énergie par réaction. Ses couches superficielles, dilatées par le flux thermique croissant et ainsi partiellement libérées de l'effet gravitationnel, seront progressivement repoussées : le Soleil se dilatera, d'abord lentement sur 500 millions d'années, puis plus rapidement sur 500 millions d'années supplémentaires, pour finalement se transformer en géante rouge. Au terme de ce processus, le Soleil aura un diamètre environ 100 fois supérieur à l'actuel et sera près de 2 000 fois plus lumineux. Sa photosphère dépassera l'orbite de Mercure et de Vénus. La Terre, si elle subsiste encore, ne sera plus qu'un désert calciné. Cette phase de géante rouge durera environ un milliard d'années, le Soleil y perdra environ un tiers de sa masse.

À la fin de sa phase de géante rouge, son cœur d'hélium sera en état dégénéré, sa température, augmentant par contraction de l'hélium produit par la couronne externe du cœur, arrivera aux environs de 100 millions de kelvins, amorçant les réactions de fusion de l'hélium pour donner du carbone (voir réaction triple-alpha) ainsi que de l'oxygène. Cette ignition de l'hélium sera brutale : elle produira un flash de l'hélium, suivi d'un réarrangement des couches du Soleil faisant diminuer son diamètre jusqu'à ce qu'il se stabilise à une taille jusqu'à dix fois sa taille actuelle, soit d'environ 10 millions de kilomètres de diamètre. Il sera devenu une sous-géante, émettant environ 50 fois sa luminosité actuelle.

La période de fusion de l'hélium durera environ 100 millions d'années, les noyaux d'hélium se combineront trois par trois pour former des noyaux de carbone, qui peupleront le cœur de la géante rouge, produisant un peu d'oxygène par ajout d'un noyau d'hélium supplémentaire au carbone. Durant cette phase, le Soleil deviendra plus grand et plus lumineux encore.

Enfin, lorsque l'hélium au centre du cœur sera entièrement transformé en carbone et en oxygène, il redeviendra une géante rouge, entrant dans la phase de la branche asymptotique des géantes, qui durera approximativement 20 millions d'années. Dans cette phase, deux couronnes de fusion prendront place en son cœur : une externe fusionnant l'hydrogène, une interne fusionnant l'hélium. Dans cette configuration, le Soleil sera très instable, les couronnes de fusion variant alternativement de puissance. Cela produira de puissantes pulsations qui finiront par souffler les couches externes. Le Soleil perdra ainsi environ la moitié de sa masse.

Le Soleil ne sera plus assez massif pour comprimer son cœur de carbone et atteindre la température de 600 millions de kelvins nécessaire à la fusion du carbone, produisant du néon, du sodium et du magnésium.

La matière des couches externes sera répandue dans l'espace et donnera naissance à une nébuleuse planétaire. Celle-ci sera un nuage de gaz très chaud (plus de 10 000 K) composé essentiellement de l'hydrogène et de l'hélium non consommés dans les fusions, et d'un peu de carbone. Elle servira de berceau à de nouvelles étoiles. Le cœur de carbone, n'ayant plus de carburant pour fournir l'énergie nécessaire pour contrecarrer la gravité, s'effondrera sur lui-même et formera une naine blanche, d'une taille comparable à celle de la Terre. La densité y sera si élevée que le cœur abritera de la matière électronique dégénérée. La température en surface de la naine blanche atteindra 50 000 K (chaleur emmagasinée lors de l'effondrement du cœur). Cette chaleur sera émise par un rayonnement de couleur blanche. La surface radiative étant extrêmement faible, la naine blanche mettra plusieurs milliards d'années à se refroidir. Quand sa température sera assez basse, son rayonnement thermique sera si faible que la naine blanche sera invisible. Elle terminera sa vie en naine noire, un cadavre céleste si froid qu'il n'émet plus aucune lumière.

Ce scénario est caractéristique des étoiles de faible à moyenne masse, ; de ~0,5 à ~4 M .

Le cycle de vie du Soleil est similaire à celui d'une naine jaune. Le diagramme est trop court de deux milliards d'années et il lui manque la " courte " phase de sous-géante.

Structure et fonctionnement

Bien que le Soleil soit une étoile de taille moyenne, il représente à lui seul environ 99,854 % de la masse du Système solaire. Sa forme est presque parfaitement sphérique, présentant un aplatissement aux pôles estimé à neuf millionièmes, ce qui signifie que son diamètre polaire est plus petit que son diamètre équatorial de seulement dix kilomètres.

Contrairement aux objets telluriques, le Soleil n'a pas de limite extérieure bien définie. La densité de ses gaz chute de manière à peu près exponentielle à mesure que l'on s'éloigne de son centre. Par contre, sa structure interne est bien définie.

Le rayon du Soleil est mesuré de son centre jusqu'à la photosphère. La photosphère est la couche en dessous de laquelle les gaz sont assez condensés pour être opaques et au-delà de laquelle ils deviennent transparents. La photosphère est ainsi la couche la plus visible à l'œil nu. La majeure partie de la masse solaire se concentre à du centre.

La structure interne du Soleil n'est pas observable directement. De la même façon que la sismologie permet, par l'étude des ondes produites par les tremblements de terre, de déterminer la structure interne de la Terre, on utilise l' héliosismologie pour mesurer et visualiser indirectement la structure interne du Soleil. La simulation informatique est également utilisée comme outil théorique pour sonder les couches les plus profondes.

On considère que le noyau (ou cœur) du Soleil s'étend du centre à environ 0,25 rayon solaire. Sa masse volumique est supérieure à 150 000 (150 fois celle de l'eau) et sa température approche les 15 millions de kelvins (ce qui contraste nettement avec la température de surface, qui avoisine les 5 800 kelvins). C'est dans le cœur que se produisent les réactions thermonucléaires exothermiques (fusion nucléaire) qui transforment, dans le cas du Soleil, l' hydrogène en hélium (pour les détails de ces réactions, voir l'article chaîne proton-proton).

Le Soleil tire son énergie des réactions de fusion nucléaire qui transforment, en son noyau, l'hydrogène en hélium.

Chaque seconde, environ 620 millions de 383 tonnes d'hydrogène (3,4 × 10 ³⁸ ou noyaux d' hydrogène[réf. à confirmer]) sont converties en 615,7 millions de tonnes d'hélium,, ce qui libère une énergie correspondant à l'annihilation de 4,26 millions de tonnes de matière (soit 0,7 % de la masse initiale) et produit ²⁴ J) par seconde, soit l'équivalent de l'explosion de 91,5 × 10 yottajoules (383 × 10 ¹⁵ tonnes de TNT.

Le taux de fusion nucléaire est proportionnel à la densité du noyau, aussi est-elle un processus auto-régulé : toute légère augmentation du taux de fusion provoque un réchauffement et une dilatation du cœur qui réduit en retour le taux de fusion. Inversement, toute diminution légère du taux de fusion refroidit et densifie le cœur, ce qui fait revenir le niveau de fusion à son point de départ.

Aucune chaleur n'étant produite en dehors du cœur, toute la chaleur du reste de l'étoile en provient, l'énergie traversant de nombreuses couches jusqu'à la photosphère, avant de s'échapper dans l'espace sous forme de rayonnement solaire ou de flux de particules.

L'énergie des photons de haute énergie (rayons X et gamma) libérés lors des réactions de fusion met un temps considérable pour traverser les zones de rayonnement et de convection avant d'atteindre la surface du Soleil. On estime que le temps de transit du cœur à la surface se situe entre 10 000 et 170 000 ans.

Après avoir traversé la couche de convection et atteint la photosphère, les photons s'échappent dans l'espace, en grande partie sous forme de lumière. Chaque rayon gamma produit au centre du Soleil est finalement transformé en plusieurs millions de photons lumineux qui s'échappent dans l'espace. Quelque 10 ³⁸ neutrinos solaires sont également libérés chaque seconde par les 10 ³⁸ réactions de fusion de la chaîne proton-proton, mais contrairement aux photons, ils interagissent peu avec la matière et sont donc libérés immédiatement. Pendant des années, le nombre de neutrinos produits par le Soleil était mesuré plus faible d'un tiers que la valeur théorique : c'était le problème des neutrinos solaires, qui a été résolu en 1998 grâce à une meilleure compréhension du phénomène d' oscillation du neutrino.

Zone radiative

La zone de rayonnement ou zone radiative se situe approximativement entre 0,25 et 0,7 rayon solaire. La matière solaire y est si chaude et si dense que le transfert de la chaleur du centre vers les couches les plus extérieures se fait par le seul rayonnement thermique. L'hydrogène et l'hélium ionisés émettent des photons qui voyagent sur une courte distance avant d'être réabsorbés par d'autres ions. Les photons de haute énergie (rayons X et gamma) libérés lors des réactions de fusion mettent un temps considérable pour atteindre la surface du Soleil, ralentis par l'interaction avec la matière et par le phénomène permanent d'absorption et de réémission à plus basse énergie dans le manteau solaire. On estime que le temps de transit de l'énergie d'un photon du cœur à la surface se situe entre 10 000 et 170 000 ans. Dans cette zone, il n'y a pas de convection thermique, car bien que la matière se refroidisse en s'éloignant du cœur, le gradient thermique reste inférieur au gradient adiabatique. La température y diminue à deux millions de kelvins.

Zone convective

Granulation solaire.

La zone de convection ou zone convective s'étend de 0,8 rayon solaire du centre à la surface visible du Soleil. Elle est séparée de la zone radiative par une couche épaisse d'environ 3 000 km, la tachocline, qui, d'après des études récentes, pourrait être le siège de puissants champs magnétiques et jouerait un rôle important dans la dynamo solaire. Dans la zone de convection, la matière n'est plus ni assez dense ni assez chaude pour évacuer la chaleur par rayonnement : c'est donc par convection, selon un mouvement vertical, que la chaleur est conduite vers la photosphère. La température y passe de 2 millions à ~5 800 kelvins. La matière parvenue en surface, refroidie, plonge à nouveau jusqu'à la base de la zone de convection pour recevoir la chaleur de la partie supérieure de la zone de rayonnement, etc. Les gigantesques cellules de convection ainsi formées sont responsables des granulations solaires observables à la surface de l'astre. Les turbulences survenant dans cette zone produisent un effet dynamo responsable de la polarité magnétique nord-sud à la surface du Soleil.

Photosphère

La photosphère vue à travers un filtre.

La photosphère est une partie externe de l'étoile qui produit entre autres la lumière visible. Elle est plus ou moins étendue : de moins de 0,1 % du rayon pour les étoiles naines, soit quelques centaines de kilomètres ; à quelques dizaines de pour cent du rayon de l'étoile pour les plus géantes, ce qui leur donnerait un contour flou contrairement au Soleil aux bords nets.

La lumière qui y est produite contient toutes les informations sur la température, la gravité de surface et la composition chimique de l'étoile. Pour le Soleil, la photosphère a une épaisseur d'environ 400 kilomètres. Sa température moyenne est de 6 000 K. Elle permet de définir la température effective qui pour le Soleil est de 5 781 K. Sur l'image de la photosphère solaire on peut voir l' assombrissement centre-bord qui est une des caractéristiques de la photosphère. L'analyse du spectre de la photosphère solaire est très riche en information en particulier sur la composition chimique du Soleil. La photosphère est maculée d'une granulation qui lui donne l'aspect d'une peau d'orange. Ce sont des sphères d'environ 1 000 km de diamètre, composées de gaz chaud remontant vers la surface à près de 500 mètres par seconde, qui lui donnent cet aspect. La surface atteinte, elles irradient leur énergie et, une fois refroidies, replongent dans l'étoile. Chaque sphère de granulation dure huit minutes en moyenne.

Atmosphère

La structure du Soleil au-delà de la photosphère est généralement connue sous le nom d' atmosphère solaire. Elle comprend trois zones principales : la chromosphère, la couronne et l' héliosphère. La chromosphère est séparée de la photosphère par la zone de température minimum et de la couronne par une zone de transition. L'héliosphère s'étend jusqu'aux confins du Système solaire où elle est limitée par l' héliopause. Pour une raison encore mal élucidée, la chromosphère et la couronne sont plus chaudes que la surface du Soleil. Bien qu'elle puisse être étudiée en détail par les télescopes spectroscopiques, l'atmosphère solaire n'est jamais aussi accessible que lors des éclipses totales de Soleil.

Chromosphère

La chromosphère vue en analyse spectrale Hα.

Les éclipses totales de Soleil (ici celle du ) sont la seule occasion de visualiser directement la couronne (en blanc) et la chromosphère (en rose).

La zone de température minimum qui sépare la photosphère de la chromosphère offre une température suffisamment basse (~4 000 kelvins) pour qu'on y trouve des molécules simples ( monoxyde de carbone, eau), détectables par leur spectre d'absorption. La chromosphère proprement dite est épaisse d'environ 2 000 kilomètres. Sa température augmente graduellement avec l'altitude, pour atteindre un maximum de 100 000 kelvins à son sommet. Son spectre est dominé par des bandes d'émission et d'absorption. Son nom, qui vient de la racine grecque chroma (couleur), lui a été donné en raison du flash rose soutenu qu'elle laisse entrevoir lors des éclipses totales de Soleil.

La zone de transition entre la chromosphère et la couronne est le siège d'une élévation rapide de température, qui peut approcher 1 million de kelvins. Cette élévation est liée à une transition de phase au cours de laquelle l' hélium devient totalement ionisé sous l'effet des très hautes températures. La zone de transition n'a pas une altitude clairement définie. Grossièrement, elle forme un halo surplombant la chromosphère sous l'apparence de spicules et de filaments. Elle est le siège d'un mouvement chaotique et permanent. Difficile à percevoir depuis la Terre malgré l'utilisation de coronographes, elle est plus aisément analysée par les instruments spatiaux sensibles aux rayonnements ultraviolets extrêmes du spectre.

La couronne solaire est composée à 73 % d'hydrogène et à 25 % d'hélium. Les températures sont de l'ordre du million de degrés.

Bien plus vaste que le Soleil lui-même, la couronne solaire elle-même s'étend à partir de la zone de transition et s'évanouit progressivement dans l'espace, mêlée à l' héliosphère par les vents solaires. La couronne inférieure, la plus proche de la surface du Soleil, a une densité particulaire comprise entre 1 × 10 ¹⁴ et 1 × 10 ¹⁶ , soit moins d'un milliardième de la densité particulaire de l' atmosphère terrestre au niveau de la mer. Sa température, qui peut atteindre les 5 millions de kelvins, contraste nettement avec la température de la photosphère. Bien qu'aucune théorie n'explique encore complètement cette différence, une partie de cette chaleur pourrait provenir d'un processus de reconnexion magnétique.

Héliosphère

Débutant à environ 20 rayons solaires (0,1 ) du centre du Soleil, l' héliosphère s'étend jusqu'aux confins du Système solaire. On admet qu'elle débute lorsque le flux de vent solaire devient plus rapide que les ondes d'Alfvén (le flux est alors dit superalfvénique) : les turbulences et forces dynamiques survenant au-delà de cette frontière n'ont pas d'influence sur la structure de la couronne solaire, car l'information ne peut se déplacer qu'à la vitesse des ondes d'Alfvén. Le vent solaire se déplace ensuite en continu à travers l'héliosphère, donnant au champ magnétique solaire la forme d'une spirale de Parker jusqu'à sa rencontre avec l' héliopause, à plus de 50 au du Soleil. Le , est devenue la première sonde à franchir l'héliopause. Chacune des deux sondes Voyager a détecté d'importants niveaux énergétiques à l'approche de cette frontière.

Activité solaire

Champ magnétique solaire

Le Soleil est une étoile magnétiquement active. Le soleil étant une boule de gaz et de plasma, sa rotation n'est pas contrainte à une rotation solide. On peut ainsi observer une rotation différentielle selon la latitude. Cela signifie que la surface du Soleil tourne à une vitesse différente autour de son axe selon la latitude. Cette rotation est plus rapide à l'équateur qu'aux pôles. Différents effets magnétohydrodynamiques régissent cette rotation différentielle, mais il n'y a pas encore de consensus parmi les scientifiques pour expliquer la cause de cette rotation.

On appelle cycle solaire l'alternance de minima et de maxima d'activité solaire (apparition de taches solaires, intensité et complexité du champ magnétique). Le cycle solaire reste inexpliqué aujourd'hui. On évoque certains modèles de dynamo pour y apporter des explications, mais aucun modèle auto-consistant n'est aujourd'hui capable de reproduire les cycles solaires.

Le vent solaire est un flux de particules issu de la couronne solaire en expansion. Une partie des particules de la couronne solaire possède une vitesse thermique suffisamment élevée pour dépasser la vitesse de libération gravitationnelle du Soleil. Elles quittent alors la couronne, en se dirigeant radialement dans l'espace interplanétaire. En raison du théorème du gel qui régit le comportement des plasmas très peu résistifs ( magnétohydrodynamique idéale), comme dans la couronne, où le nombre de Reynolds magnétique est très élevé, le plasma (la matière) entraîne avec lui le champ magnétique. C'est ainsi que le vent solaire est muni d'un champ magnétique initialement radial. À partir de la distance d'Alfven, qui décrit l'équilibre des forces entre la réaction à la courbure des lignes de champs et le moment angulaire dû à la rotation du Soleil, le champ se courbe. Cette courbure est due à la rotation du Soleil. Il existe une analogie avec un arroseur rotatif produisant des jets d'eau dont les figures forment des spirales. Dans le cas du Soleil, cette spirale s'appelle spirale de Parker, du nom de celui qui l'a prédite dans les années 1950.

Ce vent de particules et ce champ magnétique spiralé est le support de l'influence du Soleil autour du Système solaire. C'est ainsi qu'est définie l' héliosphère.

Taches solaires

Le champ magnétique au niveau d'un groupe de taches froides de la photosphère solaire (intensité exprimée en Gauss). Les niveaux de couleur décrivent la composante du champ magnétique le long de la ligne de visée. Les traits blancs illustrent la composante du champ perpendiculaire à la ligne de visée. Image obtenue à partir d'observations du télescope solaire THEMIS[44] et traitée par BASS 2000 [45] .

Bien que tous les détails sur la genèse des taches solaires ne soient pas encore élucidés, il a été démontré (par l'observation de l' effet Zeeman) qu'elles sont la résultante d'une intense activité magnétique au sein de la zone de convection. Le champ magnétique, qui en est issu, freine la convection et limite l'apport thermique en surface à la photosphère, le plasma de la surface se refroidit et se contracte.

Les taches solaires sont des dépressions à la surface solaire. Elles sont ainsi moins chaudes de 1 500 à 2 000 kelvins que les régions voisines, ce qui suffit à expliquer pourquoi elles apparaissent, en contraste, bien plus sombres que le reste de la photosphère. Cependant, si elles étaient isolées du reste de la photosphère, les taches solaires, où règne malgré tout une température proche des 4 000 kelvins, sembleraient dix fois plus brillantes que la pleine lune. La sonde spatiale SoHO a permis de démontrer que les taches solaires répondent à un mécanisme proche de celui des cyclones sur Terre. On distingue deux parties au sein de la tache solaire : la zone d'ombre centrale (environ 4 000 kelvins) et la zone de pénombre périphérique (environ 4 700 kelvins). Le diamètre des taches solaires les plus petites est habituellement plus de deux fois supérieur à celui de la Terre. En période d'activité, il est parfois possible de les observer à l'œil nu sur le Soleil couchant, avec une protection oculaire adaptée.

La surveillance des taches solaires est un excellent moyen pour mesurer l'activité solaire et prédire ses répercussions terrestres. Une tache solaire a une durée de vie moyenne de deux semaines. Au siècle, l'astronome allemand Heinrich Schwabe fut le premier à tenir une cartographie méthodique des taches solaires, ce qui lui permit de mettre en évidence une périodicité temporelle de leurs occurrences. L'ensemble des mesures réalisées indique un cycle principal dont la période varie entre neuf et treize ans (11,2 ans en moyenne statistique). Dans chaque période apparait un maximum d'activité (où les taches se multiplient) et un minimum d'activité. Le dernier maximum d'activité a été enregistré en 2001, avec un groupe de taches particulièrement marqué (image).

Éruptions solaires

Une éruption solaire ou tempête solaire est un événement primordial de l'activité du Soleil. La variation du nombre d'éruptions solaires permet de définir un cycle solaire d'une période moyenne de 11,2 ans. Les éruptions solaires suivent trois stades, chacun d'eux pouvant durer de quelques secondes à quelques heures selon l'intensité de l'éruption.

Effets terrestres de l'activité solaire

Les aurores polaires sont une manifestation spectaculaire de l'activité solaire.

Les effets terrestres de l'activité solaire sont multiples, le plus spectaculaire étant le phénomène des aurores polaires (également appelées aurores boréales dans l'hémisphère Nord et aurores australes dans l'hémisphère Sud). Une prévision de l'activité solaire est particulièrement importante en vue des missions spatiales. Une méthode reposant sur des relations entre plusieurs périodes consécutives a été établie par Wolfgang Gleissberg.

La Terre possède une magnétosphère qui la protège des vents solaires, mais lorsque ceux-ci sont plus intenses, ils déforment la magnétosphère et des particules solaires ionisées la traversent en suivant les lignes de champs. Ces particules ionisent et excitent les particules de la haute atmosphère. Le résultat de ces réactions est la création de nuages ionisés qui reflètent les ondes radios et l'émission de lumière visible par les atomes et molécules excités dans les aurores polaires.

Les vents solaires peuvent également perturber les moyens de communication et de navigation utilisant des satellites. En effet, les satellites à basse altitude peuvent être endommagés par l'ionisation de l' ionosphère.

Système solaire

Comparaison de la taille du Soleil par rapport aux planètes du Système solaire.

À lui seul, le Soleil représente environ 99,854 % de la masse totale du Système solaire, les 0,146 % restants incluant les planètes (surtout Jupiter), les comètes et les astéroïdes.

Soleil et humanité

La plus ancienne éclipse solaire répertoriée date de 1223 av. J.-C., elle est représentée sur une table d'argile dans la cité d' Ougarit (aujourd'hui en Syrie). Vers 800 av. J.-C., a eu lieu la première observation plausible d'une tache solaire en Chine. Environ 400 ans après, les premières civilisations pensaient que la Terre était plate et que le Soleil était un dieu.

Le philosophe grec Anaxagore avance l'idée que le Soleil est un corps grand, éloigné de la Terre. Il estime son rayon à 56 km. Ses idées vont à l'encontre des croyances de son temps, ce qui lui vaut d'être menacé puis finalement exilé d' Athènes.

La première tentative de calcul mathématique de la distance Terre-Soleil est faite en 250 av. J.-C., par Aristarque de Samos. Claude Ptolémée déclare en 150 apr. J.-C., que la Terre est un corps stationnaire au centre de l'Univers. Selon lui, ce sont le Soleil, la Lune et les autres planètes qui tournent autour de la Terre.

Plus proche de notre époque, en 1543 (Des révolutions des sphères célestes), Copernic présente son modèle d'Univers dans lequel le Soleil est au centre et les planètes tournent autour de lui.

En 1610, Scheiner et Galilée observent indépendamment les taches solaires avec leurs lunettes astronomiques.

Peu de temps après, en 1644, Descartes énonce une théorie selon laquelle le Soleil est une étoile parmi bien d'autres. Entre 1645 et 1715, se trouve la période durant laquelle on observa peu de taches solaires ; on appelle cette période " le minimum de Maunder ".

L'astronome français Pierre-Simon de Laplace énonce en 1796, l'hypothèse de la nébuleuse selon laquelle le Soleil et le Système solaire sont nés de l'effondrement gravitationnel d'un grand nuage de gaz diffus.

En 1811, le physicien et astronome français François Arago établit la nature gazeuse de la surface du Soleil, en montrant que la lumière émise depuis celle-ci n'est pas polarisée.

En 1845, la première image du Soleil est prise par les physiciens français Hippolyte Fizeau et Léon Foucault. La première relation entre l'activité solaire et géomagnétique a lieu en 1852 (première observation en 1859 par l'astronome amateur Richard Carrington).

L'observation de l'éclipse solaire totale de 1860 permet le premier enregistrement d'une éjection de masse coronale.

En 1908 a lieu le premier enregistrement des champs magnétiques des taches solaires par l'astronome américain George Ellery Hale. Onze ans après, en 1919, les lois de la polarité de Hale fournissent une preuve du cycle magnétique solaire. En 1942 est observée pour la première fois une émission d'ondes radio solaires, puis en 1946 a lieu la première observation de rayons ultraviolets (UV) solaires à l'aide d'une fusée sonde, et la température de la couronne est évaluée à deux millions de degrés Celsius, à l'aide des raies spectrales. La première observation des solaires à l'aide d'une fusée sonde date de 1949. En 1954, on s'aperçoit que l'intensité des rayons provenant du Soleil varie sur un cycle solaire de 11 ans. Une observation massive de taches solaires est réalisée en 1956. Le vent solaire est observé pour la première fois en 1963, par la sonde . En 1973 et 1974, Skylab observe le Soleil et découvre les trous coronaux. En 1982 a lieu la première observation des neutrons d'une tache solaire par le satellite Solar Maximum Mission (SMM). En 1994 et 1995, Ulysses (sonde lancée par la navette Discovery en 1990) survole les régions polaires du Soleil.

Histoire des théories et de l'observation

Le philosophe grec Anaxagore ( siècle av. J.-C.) fut un des premiers occidentaux à proposer une théorie scientifique sur le Soleil, avançant qu'il s'agissait d'une masse incandescente plus grande que le Péloponnèse et non le chariot d' Hélios. Cette audace lui valut d'être emprisonné et condamné à mort pour athéisme, même s'il fut plus tard libéré grâce à l'intervention de Périclès. Pour le philosophe Théophraste ( siècle av. J.-C.), le Soleil est fait de petites particules de feu, rassemblées du fait de l'exhalation humide ; en s'agglomérant, elles constituent le soleil.

Rompant avec le géocentrisme, Copernic proposa la théorie héliocentrique qui plaçait le Soleil au centre de l'Univers.
Galilée et Kepler approfondirent ses travaux.

Au siècle, Copernic émit la théorie que la Terre tournait autour du Soleil, renouant par là avec l'hypothèse formulée par Aristarque de Samos au siècle av. J.-C. Au début du siècle, Galilée inaugura l'observation télescopique du Soleil et observa les taches solaires, se doutant qu'elles se situaient à la surface de l'astre et qu'il ne s'agissait pas d'objets passant entre le Soleil et la Terre ; il affirmait ainsi que le Soleil n'était ni parfait ni immuable, ce qui contribua à ses graves ennuis avec les autorités ecclésiastiques. Près de cent ans plus tard, Newton décomposa la lumière solaire au moyen d'un prisme, révélant le spectre visible, tandis qu'en 1800 William Herschel découvrit les rayons infrarouges. Le siècle vit des avancées considérables, en particulier dans le domaine de l'observation spectroscopique du Soleil sous l'impulsion de Joseph von Fraunhofer, qui observa les raies d'absorption du spectre solaire, auxquelles il donna son nom.

La source de l'énergie solaire fut la principale énigme des premières années de l'ère scientifique moderne. Dans un premier temps plusieurs théories furent proposées, mais aucune ne s'avéra vraiment satisfaisante. Lord Kelvin proposa un modèle suggérant que le Soleil était un corps liquide qui se refroidissait graduellement en rayonnant à partir d'une réserve de chaleur stockée en son centre. Kelvin et Helmholtz tentèrent d'expliquer la production d'énergie solaire par la théorie connue sous le nom de mécanisme de Kelvin-Helmholtz. Cependant, l'âge estimé du Soleil d'après ce mécanisme n'excédait pas 20 millions d'années, ce qui était très inférieur à ce que laissait supposer la géologie. En 1890, Joseph Norman Lockyer, le découvreur de l' hélium, proposa une théorie météoritique sur la formation et l'évolution du Soleil.

Il fallut attendre 1904 et les travaux d' Ernest Rutherford pour qu'enfin une hypothèse plausible soit offerte. Rutherford supposa que l'énergie était produite et entretenue par une source de chaleur interne et que la radioactivité était à la source de cette énergie. En démontrant la relation entre la masse et l'énergie (), Albert Einstein apporta un élément essentiel à la compréhension du générateur d'énergie solaire. En 1920, Jean Perrin, suivi par Sir Arthur Eddington proposèrent la théorie selon laquelle le centre du Soleil était le siège de pressions et de températures extrêmes, permettant des réactions de fusion nucléaire qui transformaient l' hydrogène en hélium, libérant de l'énergie proportionnellement à une diminution de la masse. La prépondérance de l'hydrogène dans le soleil fut confirmée en 1925 par Cecilia Payne-Gaposchkin. Ce modèle théorique fut complété dans les années 1930 par les travaux des astrophysiciens Subrahmanyan Chandrasekhar, Hans Bethe et Carl von Weizsäcker, qui décrivirent en détail les deux principales réactions nucléaires productrices d'énergie au cœur du Soleil,. Pour finir, en 1957, un article intitulé Synthèse des éléments dans les étoiles apporta la démonstration définitive que la plupart des éléments rencontrés dans l' Univers se sont formés sous l'effet de réactions nucléaires au cœur d'étoiles telles que le Soleil, ce qu'on appelle la nucléosynthèse stellaire.

Missions spatiales solaires

Vue d'artiste du satellite SolarMax. Il observa la couronne solaire et les taches solaires de 1984 à 1989.

Les premières sondes conçues pour observer le Soleil depuis l'espace interplanétaire furent lancées par la NASA entre 1959 et 1968 : ce furent les missions , 6', 7', 8 et 9. En orbite autour du Soleil à une distance similaire à celle de l'orbite terrestre, elles permirent les premières analyses détaillées du vent solaire et du champ magnétique solaire. Pioneer 9 resta opérationnelle particulièrement longtemps et envoya des informations jusqu'en 1987.

Dans les années 1970, deux missions apportèrent aux scientifiques des informations capitales sur le vent solaire et la couronne solaire. La sonde germano- américaine étudia le vent solaire depuis la périhélie d'une orbite plus petite que celle de Mercure. La station américaine Skylab, lancée en 1973, comportait un module d'observation solaire baptisé Apollo Telescope Mount et commandé par les spationautes embarqués dans la station. fit les premières observations de la zone de transition entre la chromosphère et la couronne et des émissions ultraviolettes de la couronne solaire. La mission permit également les premières observations d' éjections de masse coronale et de trous coronaux, phénomènes dont on sait aujourd'hui qu'ils sont intimement liés au vent solaire.

En 1980 la NASA lança le satellite Solar Maximum Mission (plus connu sous le nom de SolarMax), conçu pour l'observation des rayons gamma, X et ultraviolets émis par les éruptions solaires dans les périodes de forte activité solaire. Quelques mois après son lancement, un dysfonctionnement électronique plaça le satellite en mode standby, et l'appareil resta inactif les trois années suivantes. En 1984 toutefois, la mission STS-41-C du programme Space Shuttle Challenger intercepta le satellite et permit de le réparer. SolarMax put alors réaliser des milliers d'observations de la couronne solaire et des taches solaires jusqu'à sa destruction en .

Le satellite japonais ( Rayon de Soleil), lancé en 1991, observa les éruptions solaires aux longueurs d'onde des rayons X. Les données rapportées par la mission permirent aux scientifiques d'identifier différents types d'éruptions, et démontra que la couronne au-delà des régions de pics d'activité était bien plus dynamique et active qu'on l'avait supposé auparavant. Yohkoh suivit un cycle solaire entier mais tomba en panne à la suite d'une éclipse annulaire de Soleil le . Il fut détruit en rentrant dans l'atmosphère en 2005.

Une des plus importantes missions solaires à ce jour est Solar and Heliospheric Observatory ou SoHO, lancée conjointement par l' Agence spatiale européenne et la NASA le . Prévue au départ pour deux ans, la mission SoHO est toujours active en 2020. Elle s'est avérée si performante qu'une mission de prolongement baptisée Solar Dynamics Observatory est lancée en 2010. Localisée au point de Lagrange L ₁ entre la Terre et le Soleil (auquel la force d'attraction de ces deux corps célestes est égale), SoHO envoie en permanence des images du Soleil à différentes longueurs d'onde. En plus de cette observation directe du Soleil, SoHO a permis la découverte d'un grand nombre de comètes, principalement de très petites comètes effleurant le Soleil et détruites lors de leur passage, les comètes rasantes.

Toutes les observations enregistrées par ces satellites sont prises depuis le plan de l' écliptique. En conséquence, ils n'ont pu observer en détail que les seules régions équatoriales du Soleil. En 1990 cependant, la sonde a été lancée pour étudier les régions polaires du Soleil. Elle fit d'abord route vers Jupiter et utilisa son assistance gravitationnelle pour se séparer du plan de l'écliptique. Par chance elle fut idéalement placée pour observer, en , la collision entre la comète Shoemaker-Levy 9 et Jupiter. Une fois sur l'orbite prévue, Ulysses étudia le vent solaire et la force du champ magnétique à des latitudes solaires élevées, découvrant que le vent solaire aux pôles était plus lent que prévu (750 environ) et que d'importantes ondes magnétiques en émergeaient, participant à la dispersion des rayons cosmiques.

La mission Genesis fut lancée par la NASA en 2001 dans le but de capturer des parcelles de vent solaire afin d'obtenir une mesure directe de la composition de la matière solaire. Elle fut sévèrement endommagée lors de son retour sur Terre, le , mais une partie des prélèvements a pu être sauvée et est actuellement en cours d'analyse.

La mission STEREO ( Solar TErrestrial RElation Observatories) lancée le par la NASA a permis pour la première fois l'observation tridimensionnelle du Soleil depuis l'espace. Composée de deux satellites quasiment identiques, cette mission doit permettre une meilleure compréhension des relations Soleil-Terre, en particulier en permettant l'observation des CME (Éjections de Masse Coronale) jusqu'à l'environnement électromagnétique terrestre.

La sonde Hinode, lancée en septembre 2006, confirme la présence d'ondes magnétiques dans la chromosphère et la couronne solaire ainsi que d'ondes d'Alfvén responsables de l'accroissement considérable de la température entre la chromosphère (4000 à 8000 kelvins) et la couronne (un à deux millions de degrés).

La sonde Parker lancée le vise à étudier la couronne solaire, partie extérieure de l'atmosphère du Soleil qui s'étend jusqu'à plusieurs millions de kilomètres de l'astre.

Observation du Soleil et dangers pour l'œil

Observation à l'œil nu

Regarder le Soleil à l' œil nu, même brièvement, est douloureux et même dangereux pour les yeux.

Un coup d'œil vers le Soleil entraîne des cécités partielles et temporaires (taches sombres dans la vision). Lors de cette action, environ quatre milliwatts de lumière frappent la rétine, la chauffant un peu, et éventuellement la détériorant. La cornée peut également être atteinte.

L'exposition générale à la lumière solaire peut aussi être un danger. En effet, au fil des années, l'exposition aux UV jaunit le cristallin ou réduit sa transparence et peut contribuer à la formation de cataractes.

Observation avec un dispositif optique

Regarder le Soleil à travers les dispositifs optiques grossissants - par exemple des jumelles, un téléobjectif, une lunette astronomique ou un télescope - dépourvus de filtre adapté (filtre solaire) est extrêmement dangereux et peut provoquer des dommages irréparables à la rétine, au cristallin et à la cornée.

Avec des jumelles, environ 500 fois plus d'énergie frappe la rétine, ce qui peut détruire les cellules rétinales quasiment instantanément et entrainer une cécité permanente.

Une méthode pour regarder sans danger le Soleil est de projeter son image sur un écran en utilisant une lunette astronomique avec oculaire amovible (les autres types de télescopes peuvent être détériorés par ce traitement).

Les filtres utilisés pour observer le Soleil doivent être spécialement fabriqués pour cet usage. Certains filtres laissent passer les UV ou infrarouges, ce qui peut blesser l'œil. Les filtres doivent être placés sur la lentille de l'objectif ou l'ouverture, mais jamais sur l'oculaire car ses propres filtres peuvent se briser sous l'action de la chaleur.

Les films photographiques surexposés - et donc noirs - ne sont pas suffisants pour observer le Soleil en toute sécurité car ils laissent passer trop d'infrarouges. Il est recommandé d'utiliser des lunettes spéciales en Mylar, matière plastique noire qui ne laisse passer qu'une très faible fraction (1/100 000) de la lumière.

Les éclipses solaires partielles sont particulièrement dangereuses car la pupille se dilate en fonction de la lumière globale du champ de vision et non selon le point le plus brillant présent dans le champ. Durant une éclipse, la majeure partie de la lumière est bloquée par la Lune, mais les parties non cachées de la photosphère sont toujours aussi brillantes. Dans ces conditions, la pupille se dilate pour atteindre deux à six millimètres et chaque cellule exposée au rayonnement solaire reçoit environ dix fois plus de lumière qu'en regardant le Soleil sans éclipse. Ceci peut endommager ou même tuer ces cellules, ce qui crée de petits points aveugles dans la vision.

Les éclipses sont encore plus dangereuses pour les observateurs inexpérimentés et les enfants car il n'y a pas perception de douleur lors de ces destructions de cellules. Les observateurs peuvent ne pas se rendre compte que leur vision est en train de se faire détruire.

Lever et coucher du Soleil

Durant l'aube et l'aurore, le rayonnement solaire est atténué par la diffusion de Rayleigh et la diffusion de Mie dues à un plus long passage dans l' atmosphère terrestre, à tel point que le Soleil peut être observé à l'œil nu sans grand danger. En revanche, il faut éviter de le regarder lorsque sa lumière est atténuée par des nuages ou la brume, car sa luminosité pourrait croître très rapidement dès qu'il en sortirait. Un temps brumeux, les poussières atmosphériques et la nébulosité sont autant de facteurs qui contribuent à atténuer le rayonnement.

Mythes, légendes et symbolique

Le Soleil est un symbole très puissant pour les hommes. Il occupe une place dominante dans chaque culture.

D'une façon générale, il est un principe masculin et actif. Toutefois, certains peuples nomades d'Asie centrale le considéraient comme un principe féminin (la Mère soleil) ; c'est aussi le cas des shintoïstes, pour qui le Soleil est le kami Amaterasu, la grande déesse, sœur de Tsukuyomi, le kami de la Lune. Même dans la langue allemande, le Soleil est féminin selon son article ( die Sonne). Dans la mythologie nordique, les enfants de Mundilfari et Glaur sont Sol (déesse du Soleil) et Máni (dieu de la Lune), une idée que J. R. R. Tolkien a reprise dans son œuvre.

Souvent, le Soleil représente le pouvoir. Cet astre donne la vie et si le Soleil venait à disparaître, ou même si ses rayons ne nous parvenaient plus, la vie s'éteindrait sur Terre, d'où le symbole de vie (donneur de vie).

Dans l' Égypte antique, Râ (ou Rê) est le dieu Soleil et Akhénaton en fera son dieu unique sous le nom d' Aton. Dans le Panthéon grec c'est Apollon, fils de Zeus et de la titane Léto. Le dieu Hélios personnifie le Soleil dans la Rome et la Grèce antiques. Les Aztèques l'appelaient Huitzilopochtli, dieu du Soleil et de la guerre, le maitre du monde. S'il n'est pas associé à un dieu, des gens l'ont associé à eux-mêmes comme le roi de France surnommé le Roi-Soleil (couronné de Dieu). La famille impériale japonaise descendrait d' Amaterasu, déesse du Soleil. Le Japon est aussi connu sous le nom de " Pays du Soleil Levant ".

En alchimie, le symbole du Soleil et de l'or est un cercle avec un point en son centre : (caractère Unicode U+2609 : ☉). Il représente l'intérieur avec tout ce qui gravite autour. En astronomie comme en astrologie, le symbole est le même.

Soleil est aussi employé par métaphore en poésie pour " jour, journée " et par analogie aux sens de " plein jour ", de " vie publique " et de " grand homme " (voir le Roi-Soleil). Ces différents sens se retrouvent dans de nombreuses périphrases qui le caractérisent : l'œil du ciel, le maître des astres, l'âme du monde, le seigneur des étoiles, le père du jour, le fils aîné de la nature, le grand flambeau, etc.

Notes et références

Références

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Bibliographie

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Le Soleil à la Renaissance et à l'âge classique: actes, enrichis de contributions supplémentaires, de la journée d'études tenue à l'Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (20 novembre 2015), édités par François Roudaut et Jean-François Stoffel, in Revue des questions scientifiques, vol. 189, 2018, n°4, 264 p.

Articles connexes

Liens externes

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Soleil Une éruption solaire vue en ultraviolet avec de fausses couleurs.

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Système solaire

Principaux composants du Système solaire (couleurs naturelles et tailles relatives correctes, mais échelle non respectée). De droite à gauche : le Soleil, Mercure, Vénus, la Terre et la Lune (à peine visible), Mars, Jupiter et ses lunes, Saturne et ses lunes, Uranus et ses lunes, Neptune et Triton, et des objets de la ceinture de Kuiper.

Caractéristiques générales

Âge

4,567 Ga

Localisation

Nuage interstellaire local, Bulle locale, bras d'Orion, Voie lactée

Masse du système

1,991 9 × 10 ³⁰ kg
(1,001 4 M☉)

Étoile la plus proche

Proxima Centauri (4,22 al), dans le système Alpha Centauri (4,37 al)

Système planétaire le plus proche

Système de Proxima Centauri (4,22 al), dans le système Alpha Centauri (4,37 al)

Système

Demi-grand axe de la planète la plus externe
(Neptune)

4,503 × 1030,10 ⁹ km
( ua)

Étoiles

1 : le Soleil

Planètes

8 : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune

Planètes naines

5 ( UAI) : Cérès, Pluton, Hauméa, Makémaké et Éris ; des centaines potentielles

Nb. de satellites naturels connus

plus de 600, dont 205 de planètes (150 confirmés), 8 de planètes naines (7 confirmés) et 440 d'autres petits corps (123 confirmés),

Nb. de petits corps répertoriés

1 091 250 (au )

1 086 655 dont 567 132 numérotés (au )

4 595 (au )

Nb. de satellites ronds identifiés

19

Orbite autour du centre galactique

Inclinaison du plan invariable par rapport au plan galactique

60,19° ( écliptique)

Distance du centre galactique

(26 673 ± 42stat ± 71sys) al
(8 178 ± 13stat ± 22sys) pc

Vitesse orbitale

220 km/s

Période orbitale

225-250 Ma

Propriétés liées à la (aux) étoile(s)

Type spectral

G2V

Distance de la ligne des glaces

≈ 5 ua

Distance de l'héliopause

≈ 120 ua

Rayon de la sphère de Hill

≈ 1-2 al

Le Système solaire (avec majuscule), ou système solaire (sans majuscule), est le système planétaire du Soleil, auquel appartient la Terre. Il est composé de cette étoile et des objets célestes gravitant autour d'elle : les huit planètes confirmées et leurs 214 satellites naturels connus (appelés usuellement des " lunes "), les cinq planètes naines et leurs neuf satellites connus, ainsi que des milliards de petits corps (la presque totalité des astéroïdes et autres planètes mineures, les comètes, les poussières cosmiques, etc.).

Le Système solaire fait partie de la galaxie appelée Voie lactée, où il réside dans le bras d'Orion. Il est situé à environ 8 (∼26 100 ) du centre galactique, autour duquel il effectue une révolution en 225 à 250 millions d'années. Il s'est formé il y a un peu moins de 4,6 milliards d'années à partir de l' effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire, suivi de la constitution d'un disque protoplanétaire selon l' hypothèse de la nébuleuse.

De façon schématique, le Système solaire est composé du Soleil, qui le domine gravitationnellement - il comprend 99,85 % de sa masse - et fournit de l' énergie par fusion nucléaire de l' hydrogène en hélium. Par ordre d'éloignement croissant à l'étoile, le Système solaire interne comprend quatre planètes telluriques internes, principalement composées de roches et de métaux ( Mercure, Vénus, la Terre et Mars) puis une ceinture d'astéroïdes de petits corps rocheux, dont la planète naine Cérès. Plus loin orbitent les quatre planètes géantes du Système solaire externe : successivement deux géantes gazeuses constituées majoritairement d'hydrogène et d'hélium que sont Jupiter et Saturne - qui contiennent par ailleurs la grande majorité de la masse totale en orbite autour du Soleil - et deux géantes de glaces que sont Uranus et Neptune, contenant une plus grande part de substances volatiles comme l' eau, l' ammoniac et le méthane. Tous ont une orbite proche du cercle et sont concentrés près du plan de l' écliptique, le plan de rotation de la Terre.

Les objets situés au-delà de l'orbite de Neptune, dits transneptuniens, comprennent notamment la ceinture de Kuiper et le disque des objets épars, formés d'objets glacés. Quatre planètes naines glacées se trouvent dans la région transneptunienne et sont également appelées plutoïdes : Pluton - auparavant classée comme planète -, Hauméa, Makémaké et Éris. L' héliopause, limite magnétique du Système solaire, est définie par l'arrêt des vents solaires face aux vents du milieu interstellaire à une centaine d' unités astronomiques, tandis que la limite gravitationnelle du Système solaire se situe bien plus loin encore, jusqu'à une ou deux années-lumière du Soleil, vers laquelle une zone sphérique hypothétique, le nuage de Oort, pourrait exister et être la source des comètes à longue période.

Toutes les planètes du Système solaire à partir de la Terre possèdent des satellites en orbite - certains, tels que Ganymède et Titan, sont plus grands que Mercure -, tandis que chacune des quatre planètes externes est en outre entourée d'un système d'anneaux de poussières et d'autres particules, dont le plus proéminent est celui de Saturne. Toutes les planètes, sauf la Terre, portent les noms de dieux et déesses de la mythologie romaine. La Terre, dotée d'une épaisse atmosphère et de 71 % d' eau liquide, est la seule planète du Système solaire à abriter la vie et une espèce pensante qui agit sur son évolution. Dans l'état des connaissances humaines, cette planète du Système solaire ne connait pas d'équivalent dans l' Univers.

Planètes et planètes naines du Système solaire. Les dimensions du Soleil et des planètes sont à l'échelle, mais pas les distances qui les séparent.

Depuis la décision prise le par l' Union astronomique internationale, les objets ou corps orbitant directement autour du Soleil sont officiellement divisés en trois classes : planètes, planètes naines et petits corps.

Une planète est un corps en orbite autour du Soleil, suffisamment massif pour avoir une forme sphérique et avoir nettoyé son voisinage immédiat de tous les objets plus petits. On connaît huit planètes : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune qui sont toutes nommées, sauf la Terre, d'après des divinités de la mythologie romaine,. La plupart de leurs satellites naturels sont, eux aussi, nommés d'après des personnages de la mythologie grecque ou romaine.

Une planète naine est un corps en orbite autour du Soleil qui, bien que suffisamment massif pour avoir une forme sphérique - concept appelé équilibre hydrostatique -, n'a pas fait place nette dans son voisinage,. En 2021, cinq corps sont officiellement désignés de la sorte : Cérès, Pluton, Éris, Makémaké et Hauméa. D'autres corps pourraient l'être dans le futur, tels que , Quaoar, Sedna ou Orcus,.

Tous les autres objets en orbite directe autour du Soleil sont classés comme petits corps du Système solaire.

Les 214 satellites naturels - en 2021, 158 sont confirmés et 56 sont non confirmés, donc sans nom -, ou lunes, sont les objets en orbite autour des planètes, des planètes naines et des petits corps du Système solaire plutôt qu'autour du Soleil. Les statuts ambigus de la Lune et surtout de Charon, qui pourraient former un système binaire avec respectivement la Terre et Pluton, ne sont pas encore définitivement tranchés, bien que ces corps soient toujours classés comme satellites,.

La classification proposée par l'300 Union astronomique internationale ne fait pas l'unanimité. À la suite du vote de 2006, une pétition réunissant les signatures de plus de planétologues et astronomes majoritairement américains - Pluton étant alors la seule planète découverte par un Américain - est lancée pour contester la validité scientifique de la nouvelle définition d'une planète ainsi que son mode d'adoption,,. Les responsables de l'UAI annoncent qu'aucun retour en arrière n'aura lieu et les astronomes jugent très improbable que Pluton puisse être à nouveau considérée comme une planète,.

Concernant la majuscule au nom " Système solaire ", la forme tout en minuscules est, au sens strict, suffisante, étant donné qu'il n'y a qu'un " système solaire " puisqu'il n'y a qu'un " Soleil ". Cependant, les autres étoiles étant parfois, par analogie, appelées des " soleils ", le nom de " système solaire " est de la même façon parfois employé dans un sens général pour signifier " système planétaire " ; " Système solaire ", écrit avec une majuscule, permet alors de distinguer notre système planétaire, par ellipse de " système planétaire solaire ",.

Vue d'ensemble du Système solaire. Le Soleil, les planètes, les planètes naines et les satellites naturels sont à l'échelle pour leurs tailles relatives, et non pour les distances. Les lunes sont répertoriées près de leurs planètes par ordre croissant d'orbites ; seules les plus grandes lunes pour chaque planète sont indiquées.

Comparaison de taille entre le Soleil et les planètes du Système solaire.

Le principal corps céleste du Système solaire est le Soleil, une étoile naine jaune de la séquence principale qui contient 99,85 % de toute la masse connue du Système solaire et le domine gravitationnellement. Les huit planètes et Pluton représentent ensuite 0,135 % de la masse restante, Jupiter et Saturne représentant 90 % de celle-ci à elles seules,. Les objets restants (y compris les autres planètes naines, les satellites naturels, les astéroïdes et les comètes) constituent ainsi ensemble environ 0,015 % de la masse totale du Système solaire.

La plupart des grands objets en orbite autour du Soleil le sont dans un plan proche de celui de l' orbite terrestre, le plan de l' écliptique. Le plan d'orbite des planètes est très proche de celui de l'écliptique, tandis que les comètes et les objets de la ceinture de Kuiper ont pour la plupart une orbite qui forme un angle significativement plus grand par rapport à lui,. À la suite de la formation du Système solaire, les planètes - et la grande majorité des autres objets - gravitent autour de l'étoile dans la même direction que la rotation du Soleil, soit le sens antihoraire vu du dessus du pôle Nord de la Terre. Il existe toutefois des exceptions, comme la comète de Halley orbitant dans un sens rétrograde. De même, la plupart des plus grandes lunes gravitent autour de leurs planètes dans cette direction prograde - Triton étant la plus grande exception rétrograde, autour de Neptune - et la plupart des grands objets ont un sens de rotation prograde - Vénus étant une exception rétrograde notable, comme Uranus dans une certaine mesure.

Le plan de l'écliptique vu par la mission Clementine, alors que le Soleil était partiellement masqué par la Lune. Trois planètes sont visibles dans la partie gauche de l'image (par ordre d'éloignement au Soleil) : Mercure, Mars et Saturne.

Le Système solaire se compose essentiellement, pour ses objets les plus massifs, du Soleil, de quatre planètes intérieures relativement petites entourées d'une ceinture d'astéroïdes principalement rocheux et de quatre planètes géantes entourées par la ceinture de Kuiper, constituée d'objets principalement glacés. Les astronomes divisent informellement cette structure en régions distinctes : le Système solaire interne comprenant les quatre planètes telluriques et la ceinture d'astéroïdes puis le Système solaire externe comprenant tout ce qui est au-delà de la ceinture, notamment les quatre planètes géantes. Depuis la découverte de la ceinture de Kuiper, les parties les plus extérieures du Système solaire situées après l'orbite de Neptune sont considérées comme une région distincte constituée des objets transneptuniens.

La plupart des planètes du Système solaire ont leur propre système secondaire, comprenant notamment des satellites naturels en orbite autour d'eux. Deux satellites, Titan (autour de Saturne) et Ganymède (autour de Jupiter), sont plus grands que la planète Mercure. Dans le cas des quatre planètes géantes, des anneaux planétaires - de fines bandes de minuscules particules - composent également l'entourage de la planète. La plupart des plus grands satellites naturels sont en rotation synchrone, c'est-à-dire qu'ils présentent en permanence une même face à la planète autour de laquelle ils gravitent.

Les orbites des principaux corps du Système solaire, à l'échelle.

Les trajectoires des objets gravitant autour du Soleil suivent les lois de Kepler : ce sont approximativement des ellipses, dont l'un des foyers est le Soleil. Les objets plus proches du Soleil (dont les demi-grands axes sont plus petits) se déplacent plus rapidement, car ils sont plus affectés par son influence gravitationnelle. Sur une orbite elliptique, la distance entre un corps et le Soleil varie au cours de son année : la distance la plus proche d'un corps avec le Soleil est son , tandis que son point le plus éloigné du Soleil est son . Les orbites des planètes sont presque circulaires, mais de nombreuses comètes, astéroïdes, objets de la ceinture de Kuiper et du nuage de Oort peuvent suivre des orbites très diverses, pouvant être hautement elliptiques - présentant une très grande excentricité orbitale - ou encore s'éloigner du plan de l'écliptique avec une forte inclinaison orbitale.

Bien que le Soleil domine le système en masse, il ne représente qu'environ 0,5 % à 2 % de son moment cinétique,,. Les planètes représentent ainsi la quasi-totalité du reste du moment cinétique en raison de la combinaison de leur masse, de leur orbite et de leur distance au Soleil ; la contribution des comètes est peut-être également significative. Par exemple, Jupiter représente à elle seule environ 60 % du moment cinétique total.

Le Soleil, qui comprend presque toute la matière du Système solaire, est composé en masse d'environ 70 % d' hydrogène et de 28 % d' hélium. Jupiter et Saturne, qui comprennent presque toute la matière restante, sont également principalement composés d'hydrogène et d'hélium et sont donc des planètes géantes gazeuses,. Un gradient de composition est observé dans le Système solaire, créé par la chaleur et la pression de rayonnement du Soleil. Les objets plus proches du Soleil, plus affectés par la chaleur et la pression lumineuse, sont composés d'éléments à point de fusion élevé, c'est-à-dire de roches telles que les silicates, le fer ou le nickel, qui sont restées solides dans presque toutes les conditions dans la protonébuleuse planétaire. Les objets plus éloignés du Soleil sont composés en grande partie de matériaux de points de fusion plus faibles : les gaz, des matériaux qui ont également une haute pression de vapeur et sont toujours en phase gazeuse, comme l'hydrogène, l'hélium et le néon, et les glaces qui ont des points de fusion allant jusqu'à quelques centaines de kelvins, comme l' eau, le méthane, l' ammoniac, le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de carbone,. Ces dernières peuvent être trouvées sous phases solide, liquide ou gazeuse à divers endroits du Système solaire, alors que dans la nébuleuse, elles sont soit en phase solide, soit en phase gazeuse. Les glaces composent la majorité des satellites des planètes géantes et sont en plus grandes proportions encore dans Uranus et Neptune (appelées " géantes de glace ") et les nombreux petits objets qui se trouvent au-delà de l'orbite de Neptune,. Ensemble, les gaz et les glaces sont désignés sous le nom de substances volatiles. La limite du Système solaire au-delà de laquelle ces substances volatiles pourraient se condenser est la ligne des glaces et se situe à environ 5 ua du Soleil,.

La distance moyenne entre la Terre et le Soleil définit l' unité astronomique, qui vaut par convention près de 150 millions de kilomètres. Jupiter, la plus grande planète, est à 5,2 ua du Soleil et a un rayon de 71 000 km, alors que la planète la plus éloignée, Neptune, est située à environ 30 ua du Soleil. À quelques exceptions près, plus une planète ou une ceinture est éloignée du Soleil, plus la distance entre son orbite et l'orbite de l'objet suivant le plus proche du Soleil est grande. Par exemple, Vénus est environ 0,33 ua plus éloignée du Soleil que Mercure, tandis que Saturne est environ 4,3 ua plus éloignée de Jupiter et que l'orbite de Neptune se trouve 10,5 ua plus loin que celle d'Uranus. Par le passé, des astronomes ont tenté de déterminer une relation entre ces distances orbitales, notamment par la loi de Titius-Bode, mais aucune thèse de ce type n'a finalement été validée,,.

Certaines modélisations du Système solaire visent à vulgariser les échelles relatives du Système solaire. Ainsi des planétaires, ensembles mécaniques mobiles, tandis que d'autres représentations peuvent s'étendre à travers des villes ou des régions entières,. Le plus grand modèle de ce type, le Système solaire suédois, utilise l' Avicii Arena à Stockholm - d'une hauteur de 110 mètres - en guise de Soleil et, suivant cette échelle, Jupiter est une sphère de 7,5 mètres à l' aéroport de Stockholm-Arlanda situé à 40 km du stade. L'objet le plus éloigné de la modélisation est Sedna, un objet transneptunien représenté par une sphère de 10 cm à Luleå, à 912 km de la capitale suédoise,.

Le Soleil lors d'une importante éruption solaire, pris en 2008 par la sonde STEREO en ultraviolets et représenté avec de fausses couleurs.

Le Soleil est une naine jaune, une étoile de type spectral G2V comme beaucoup d'autres au sein de notre galaxie : la Voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d'étoiles, dont 10 % seraient des naines jaunes,. Sa très grande masse, environ 333 000 fois la masse terrestre, permet à la densité en son cœur d'être suffisamment élevée pour provoquer des réactions de fusion nucléaire en continu,. Chaque seconde, le cœur du Soleil fusionne 620 millions de tonnes d' hydrogène en 615,7 millions de tonnes d' hélium,. La différence de masse est convertie en énergie selon la formule et représente une puissance d'environ 4 × 10 ²⁶ - environ un million de fois la consommation électrique annuelle des États-Unis toutes les secondes -, principalement diffusée dans l' espace sous forme de rayonnement électromagnétique solaire culminant dans la lumière visible,. La température à sa surface visible est de 5 570 K tandis qu'elle atteint quinze millions de kelvins en son centre,.

Le Soleil est une naine jaune modérément grande, sa température étant intermédiaire entre celle des étoiles bleues, plus chaudes, et celle des étoiles les plus froides. Les étoiles plus brillantes et plus chaudes que le Soleil sont rares, tandis que les étoiles sensiblement plus sombres et plus froides, appelées naines rouges, constituent 85 % des étoiles de la Voie lactée,. Il se situe vers le milieu de la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell et le calcul du rapport entre l'hydrogène et l'hélium à l'intérieur du Soleil suggère qu'il est environ à mi-chemin de son cycle de vie,. Il devient progressivement plus brillant : au début de son histoire, sa luminosité était inférieure de plus d'un tiers à celle actuelle et, dans plus de cinq milliards d'années, il quittera la séquence principale et deviendra plus grand, plus brillant, plus froid et plus rouge, formant une géante rouge,. À ce moment, sa luminosité sera un millier de fois celle d'aujourd'hui et sa taille aura suffisamment augmenté pour engloutir Vénus et potentiellement la Terre,,.

Le Soleil est une étoile de population I, formée à partir de la matière éjectée lors de l'explosion de supernovas, et possède ainsi une plus grande abondance d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium (des " métaux ") que les plus âgées,. Ces éléments métalliques se sont formés dans les noyaux d'étoiles plus anciennes, des supernovas et ont ensuite été éjectés lors de leur explosion. Les étoiles les plus anciennes contiennent peu de métaux tandis que les étoiles ultérieures en contiennent ainsi plus. Cette haute métallicité est probablement cruciale pour le développement d'un système planétaire par le Soleil, car les planètes se forment à partir de l'accrétion de ces métaux.

En plus de la lumière, le Soleil rayonne un flux continu de particules chargées (un plasma de protons, d' électrons et de particules alpha) appelé vent solaire,. Ce flux s'étend à la vitesse approximative de 1,5 million de kilomètres par heure, créant une atmosphère ténue, l' héliosphère, qui baigne le milieu interplanétaire jusqu'à au moins 100 unités astronomiques et l' héliopause,,. Le matériau composant l'héliosphère, ou milieu interplanétaire, est un quasi- vide,.

L' activité à la surface du Soleil, comme les éruptions solaires et les éjections de masse coronale, fait grandement varier l'intensité du vent solaire et perturbe l'héliosphère en créant des conditions météorologiques spatiales ou des orages magnétiques,,. La plus grande structure de l'héliosphère est la spirale de Parker, due aux actions du champ magnétique rotatif du Soleil sur le milieu interplanétaire,.

Une aurore australe vue en 1991 depuis l'orbite terrestre par la navette spatiale Discovery .

Le champ magnétique terrestre empêche en grande partie son atmosphère d'être dépouillée par le vent solaire. À l'inverse, Vénus et Mars ne possèdent pas de champ magnétique et le vent solaire éjecte progressivement les particules de leur atmosphère dans l'espace,,. Les éjections de masse coronale et autres événements similaires soufflent un champ magnétique et d'énormes quantités de matière depuis la surface du Soleil. L'interaction de ce champ magnétique et de cette matière avec le champ magnétique terrestre entraîne des particules chargées dans la haute atmosphère de la Terre, créant des aurores polaires observées près des pôles magnétiques,. Le vent solaire permet également la formation des queues de comètes.

L'héliosphère protège en partie le Système solaire du flux de particules interstellaires de haute énergie appelé rayonnement cosmique, cette protection étant encore augmentée sur les planètes disposant de champ magnétique planétaire. La densité de rayons cosmiques dans le milieu interstellaire et l'intensité du champ magnétique solaire changent sur de très longues périodes, de sorte que le niveau de pénétration des rayons cosmiques dans le Système solaire varie au cours du temps, bien que le degré de variation soit inconnu,.

Le milieu interplanétaire abrite au moins deux régions de poussières cosmiques en forme de disque. Le premier disque, le nuage de poussière zodiacal, se trouve dans le Système solaire interne et provoque la lumière zodiacale. Il est probablement formé par des collisions à l'intérieur de la ceinture d'astéroïdes causées par des interactions avec les planètes ainsi que de matériaux laissés par les comètes. Le deuxième nuage de poussière s'étend d'environ 10 ua à 40 ua et est probablement créé par des collisions similaires dans la ceinture de Kuiper,.

Le Système solaire interne comprend traditionnellement la région située entre le Soleil et la ceinture principale d'astéroïdes. Composés principalement de silicates et de métaux, les objets du Système solaire interne orbitent près du Soleil : le rayon de la région tout entière est plus petit que la distance entre les orbites de Jupiter et de Saturne. Cette région se situe en totalité avant la ligne des glaces, qui se trouve à un peu moins de (environ 700 millions de kilomètres) du Soleil,.

Il n'existe pas d'objets notables attestés dont l'orbite serait totalement intérieure à celle de la planète Mercure, bien que l'existence d' astéroïdes vulcanoïdes soit supposée par certains astronomes. Au siècle, l'existence d'une planète hypothétique est postulée dans cette zone, Vulcain, avant d'être invalidée,.

Dans ce qui suit, le demi-grand axe de l'objet céleste évoqué est indiqué entre parenthèses en unités astronomiques au début de la section dédiée.

Les planètes internes. De la plus grande à la plus petite : la Terre, Vénus, Mars et Mercure (dimensions à l'échelle).

Les quatre planètes internes du Système solaire sont des planètes telluriques : elles possèdent une composition dense et rocheuse et une surface solide,. Par ailleurs, elles ont peu ou pas de satellites naturels et aucun système d' anneaux. De taille modeste (la plus grande de ces planètes étant la Terre, dont le diamètre est de 12 756 km), elles sont composées en grande partie de minéraux à point de fusion élevé, tels les silicates qui forment leur croûte solide et leur manteau semi-liquide, et de métaux comme le fer et le nickel, qui composent leur noyau. Trois des quatre planètes (Vénus, la Terre et Mars) ont une atmosphère substantielle ; toutes présentent des cratères d'impact et des caractéristiques tectoniques de surface, comme des rifts et des volcans,.

Le terme " planète interne " est distinct de " planète inférieure ", qui désigne en général les planètes plus proches du Soleil que la Terre, soit Mercure et Vénus ; de même concernant " planète externe " et " planète supérieure ",.

Mercure () est la planète la plus proche du Soleil, ainsi que la plus petite (4 878 km de diamètre) et la moins massive avec un peu plus du vingtième de la masse terrestre,,.

Elle ne possède aucun satellite naturel et ses seules caractéristiques géologiques connues, en dehors des cratères d'impact, sont des dorsa qui ont probablement été produites par contraction thermique lors de sa solidification interne tôt dans son histoire,. Elle possède relativement à sa taille un très grand noyau de fer liquide - qui représenterait 85 % de son rayon, contre environ 55 % pour la Terre - et un fin manteau, ce qui n'est pas expliqué de façon certaine mais pourrait être dû à un impact géant ou à l'importante température lors de son accrétion.

Mercure a la particularité d'être en résonance spin-orbite 3:2, sa période de révolution (~) valant exactement 1,5 fois sa période de rotation (~59 jours), et donc la moitié d'un jour solaire (~176 jours),. Ainsi, relativement aux étoiles fixes, elle tourne sur son axe exactement trois fois toutes les deux révolutions autour du Soleil. Par ailleurs, son orbite possède une excentricité de 0,2, soit plus de douze fois supérieure à celle de la Terre et de loin la plus élevée pour une planète du Système solaire,.

L' atmosphère de Mercure, quasiment inexistante et qualifiable d' exosphère, est formée d'atomes arrachés à sa surface (oxygène, sodium et potassium) par le vent solaire ou momentanément capturés à ce vent (hydrogène et hélium),. Cette absence implique qu'elle n'est pas protégée des météorites et donc sa surface est très fortement cratérisée et globalement similaire à la face cachée de la Lune, car elle est géologiquement inactive depuis des milliards d'années,. De plus, le manque d'atmosphère combiné à la proximité du Soleil engendre d'importantes variations de la température en surface, allant de (−183 ) au fond des cratères polaires - là où les rayons du Soleil ne parviennent jamais - jusqu'à 700 K (427 °C) au point subsolaire au périhélie,.

Vénus (0,7 ua) est la planète la plus proche de la Terre en taille (0,95 rayon terrestre) et en masse (0,815 masse terrestre), qui lui valent d'être parfois appelée sa " planète sœur ",,. Comme elle, Vénus possède un épais manteau de silicate entourant un noyau métallique, une atmosphère significative et une activité géologique interne,. Cependant, elle est beaucoup plus sèche et la pression de son atmosphère au sol est 92 fois plus élevée. Son importante atmosphère, composée à plus de 96 % de dioxyde de carbone, crée un très grand effet de serre qui en fait la planète la plus chaude du Système solaire par sa température de surface moyenne de ,,,.

La planète est également enveloppée d'une couche opaque de nuages d' acide sulfurique, hautement réfléchissants pour la lumière visible, empêchant sa surface d'être vue depuis l'espace et faisant de la planète le deuxième objet naturel le plus brillant du ciel nocturne terrestre après la Lune. Bien que la présence d'océans d' eau liquide à sa surface par le passé soit supposée, la surface de Vénus est un paysage désertique sec et rocheux où se déroule toujours un volcanisme,. Comme elle ne possède pas de champ magnétique, son atmosphère est constamment appauvrie par le vent solaire et ce sont des éruptions volcaniques qui lui permettent de la réalimenter,. La topographie de Vénus présente peu de reliefs élevés et consiste essentiellement en de vastes plaines géologiquement très jeunes de quelques centaines de millions d'années, notamment grâce à son épaisse atmosphère la protégeant des impacts météoritiques et à son volcanisme renouvelant le sol,.

Vénus orbite autour du Soleil tous les 224,7 jours terrestres et, avec une période de rotation de 243 jours terrestres, il lui faut plus de temps pour tourner autour de son propre axe que toute autre planète du Système solaire,. Comme Uranus, elle possède une rotation rétrograde et tourne sur elle-même dans le sens opposé à celui des autres planètes : le soleil s'y lève à l' ouest et se couche à l' est. Vénus possède l'orbite la plus circulaire des planètes du Système solaire, son excentricité orbitale étant presque nulle, et, du fait de sa lente rotation, est quasiment sphérique ( aplatissement considéré comme nul). Elle ne possède pas de satellite naturel. En revanche, à l'instar de celui de la Terre, Vénus est accompagnée sur son orbite par un anneau, disque de poussières circumsolaire très peu dense.

La Terre (1 ua) est la plus grande (12 756 km de diamètre) et la plus massive des planètes telluriques ainsi que la plus dense du Système solaire,. Elle est notamment 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 - 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 de saisons,.

La Terre possède un satellite en rotation synchrone autour d'elle, la Lune, le seul satellite significativement grand d'une planète tellurique dans le Système solaire,. Selon l' hypothèse de l'impact géant, ce satellite s'est formé à la suite d'une collision de la proto-Terre avec un impacteur de la taille de la planète Mars (nommé Théia) peu après la formation de la planète il y a 4,54 milliards d'années,,. L' interaction gravitationnelle avec son satellite crée les marées, stabilise son axe de rotation et réduit graduellement sa vitesse de rotation,. La planète évolue également dans un disque de poussière autour du Soleil.

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 liquide - fait unique parmi les planètes telluriques, avec notamment des océans, mais aussi des lacs et rivières, constituant l' hydrosphère - et les 29 % restants sont des continents et des îles, tandis que la majeure partie des régions polaires est couverte de glace,. 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, activité qu'elle est la seule planète à connaître. L' atmosphère terrestre est radicalement différente de celle des autres planètes, car elle a été altérée par la présence de formes de vie jusqu'à contenir de nos jours 21 % d' oxygène,,. Celle-ci augmente également la température moyenne de par effet de serre, la faisant atteindre 288 K (15 °C) et permettant l'existence d'eau liquide.

Mars (1,5 ua) est deux fois plus petite que la Terre et Vénus, et fait seulement environ le dixième de la masse terrestre,,. Sa période de révolution autour du Soleil est de 687 jours terrestres et sa journée dure 24 heures et 39 minutes ,. La période de rotation de Mars est du même ordre que celle de la Terre et son obliquité lui confère un cycle des saisons similaire au cycle terrestre. Ces saisons sont toutefois marquées par une excentricité orbitale cinq fois et demie plus élevée que celle de la Terre, d'où une asymétrie saisonnière sensiblement plus prononcée entre les deux hémisphères et un climat qui peut être qualifié d'hyper-continental : en été, la température dépasse rarement les 20 à 25 °C à l'équateur, alors qu'elle peut chuter jusqu'à −120 °C, voire moins pendant l'hiver aux pôles,.

Elle possède une atmosphère ténue, principalement composée de dioxyde de carbone, et une surface désertique caractérisée visuellement par sa couleur rouge, due à l'abondance d' hématite amorphe ou oxyde de fer(III),. Sa topographie présente des analogies aussi bien avec la Lune, par ses cratères et ses bassins d'impact en raison de sa proximité avec la ceinture d'astéroïdes, qu'avec la Terre, par des formations d'origine tectonique et climatique telles que des volcans, des rifts, des vallées, des mesas, des champs de dunes et des calottes polaires,. Le plus haut volcan du Système solaire, Olympus Mons (qui est un volcan bouclier), et le plus grand canyon, Valles Marineris, se trouvent sur Mars,. Ces structures géologiques montrent des signes d'une activité géologique, voire hydraulique, qui a peut-être persisté jusqu'à récemment, mais qui est presque totalement arrêtée de nos jours, ; seuls des événements mineurs surviendraient encore épisodiquement à sa surface, tels que des glissements de terrain ou de rares éruptions volcaniques sous forme de petites coulées de lave. La planète est par ailleurs dépourvue de champ magnétique global.

Mars possède deux très petits satellites naturels de quelques dizaines de kilomètres de diamètre, Phobos et Déimos, qui pourraient être des astéroïdes capturés, mais le consensus actuel privilégie une formation à la suite d'un choc avec la planète en raison de leur faible éloignement à la planète,,. Ceux-ci sont en rotation synchrone - montrant donc toujours la même face à la planète - mais, du fait des forces de marée avec la planète, l'orbite de Phobos diminue et le satellite se décomposera lorsqu'il aura franchi la limite de Roche, tandis que Déimos s'éloigne progressivement.

Les astéroïdes sont principalement de petits corps du Système solaire composés de roches et de minéraux métalliques non volatils, de forme et de tailles irrégulières - allant de plusieurs centaines de kilomètres à des poussières microscopiques - mais beaucoup plus petits que les planètes,. Une région de forme torique située entre les orbites de Mars et de Jupiter, principalement à une distance allant de 2,3 à 3,3 ua du Soleil, en contient un très grand nombre et est ainsi appelée ceinture d'astéroïdes, ou ceinture principale pour la distinguer des autres regroupements d'astéroïdes du Système solaire comme la ceinture de Kuiper ou le nuage de Oort.

La ceinture d'astéroïdes s'est formée à partir de la nébuleuse solaire primordiale en tant que groupe de planétésimaux. Cependant, les perturbations gravitationnelles de Jupiter imprègnent les protoplanètes d'une énergie orbitale trop importante pour qu'elles puissent s'accréter en une planète et causent de violentes collisions. En conséquence, 99,9 % de la masse initiale de la ceinture d'astéroïdes est perdue au cours des cent premiers millions d'années de l'histoire du Système solaire et certains fragments sont projetés vers le Système solaire intérieur, entraînant des impacts de météorites avec les planètes intérieures. La ceinture d'astéroïdes est toujours la source principale de météorites reçues sur Terre.

Elle contiendrait entre un et deux millions d'astéroïdes plus larges qu'un kilomètre, certains comportant des lunes parfois aussi larges qu'eux-mêmes, mais peu dépassent les 100 kilomètres de diamètre,. La masse totale de la ceinture d'astéroïdes vaut environ 5 % de celle de la Lune et les astéroïdes sont relativement éloignés les uns des autres, impliquant que de nombreuses sondes spatiales aient pu la traverser sans incident,,.

Principales familles de la ceinture d'astéroïdes mises en évidence à travers leur demi-grand axe et leur inclinaison orbitale.

Les astéroïdes de la ceinture principale sont divisés en plusieurs groupes et familles, des ensembles de planètes mineures qui partagent des éléments orbitaux similaires (tels que le demi-grand axe, l' excentricité ou l' inclinaison orbitale), mais ont également tendance à avoir des compositions de surface proches,. Les familles sont supposées être des fragments de collisions passées entre astéroïdes tandis que les groupes découlent seulement de phénomènes dynamiques non collisionnels et jouent un rôle plus structurant dans la disposition des planètes mineures au sein du Système solaire. Parmi les principaux groupes, on peut par exemple citer le groupe de Hilda, situé en périphérie externe de la ceinture entre 3,7 et 4,1 ua et dont les astéroïdes sont en résonance 3:2 avec Jupiter, ou le groupe de Hungaria, qui se trouve lui en périphérie interne entre 1,8 et 2 ua,.

Les astéroïdes individuels de la ceinture d'astéroïdes sont classés selon leur spectre, la plupart d'entre eux appartenant à trois groupes de base : carbonés ( type C), silicates ( type S) et riches en métaux ( type M).

Environ la moitié de la masse de la ceinture d'astéroïdes est contenue dans les quatre plus grands astéroïdes : (1) Cérès (2,77 ua), (4) Vesta (2,36 ua), (2) Pallas (2,77 ua) et (10) Hygie (3,14 ua),. À lui seul, Cérès représente même près du tiers de la masse totale de la ceinture,.

Cérès est le plus grand objet de la ceinture et le seul qui ne soit pas classé comme un petit corps, mais plutôt comme une planète naine - dont elle est d'ailleurs la plus petite reconnue du Système solaire,,. D'un diamètre de 952 km, suffisant pour que sa propre gravité lui donne une forme sphérique, Cérès est considérée comme une planète lors de sa découverte au siècle, puis recatégorisé comme astéroïde dans les années 1850 lorsque des observations révèlent leur abondance,. Sa surface est probablement composée d'un mélange de glace d'eau et de divers minéraux hydratés (notamment des carbonates et de l' argile), et de la matière organique a été décelée ainsi que la présence de geysers. Il semble que Cérès possède un noyau rocheux et un manteau de glace, mais elle pourrait également héberger un océan d' eau liquide, ce qui en fait une piste pour la recherche de vie extraterrestre,.

Vesta, Pallas ou Hygie ont tous un diamètre moyen inférieur à 600 km, mais pourraient éventuellement être reclassés comme planètes naines s'il est démontré qu'ils ont atteint un équilibre hydrostatique,,.

Au-delà de la ceinture d'astéroïdes s'étend une région dominée par les géantes gazeuses et leurs satellites naturels,. De nombreuses comètes à courte période, y compris les centaures, y résident également. Si cette dénomination s'appliquait un temps jusqu'aux limites du Système solaire, les parties les plus extérieures du Système solaire situées après l'orbite de Neptune sont désormais considérées comme une région distincte constituée des objets transneptuniens depuis la découverte de la ceinture de Kuiper,.

Les objets solides de cette région sont composés d'une plus grande proportion de " glaces " ( eau, ammoniac, méthane) que leurs correspondants du Système solaire interne, notamment parce qu'elle se trouve en grande partie après la ligne des glaces et que les températures plus basses permettent à ces composés de rester solides,.

Les planètes externes (par taille décroissante) : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune comparées aux planètes internes : la Terre, Vénus, Mars et Mercure (à l'échelle).

Planétaire montrant les orbites des planètes externes. Les sphères représentent les positions des planètes tous les 100 jours du (périhélie de Jupiter) au (aphélie de Jupiter).

Les quatre planètes extérieures, ou planètes géantes, représentent collectivement 99 % de la masse connue pour orbiter autour du Soleil,. Jupiter et Saturne représentent ensemble plus de 400 fois la masse terrestre et sont constituées en grande partie d' hydrogène et d' hélium, d'où leur désignation de géantes gazeuses ; ces compositions, assez proches de celle du Soleil quoique comprenant plus d'éléments lourds, impliquent qu'elles ont des densités faibles,. Uranus et Neptune sont beaucoup moins massives - faisant environ 20 masses terrestres chacune - et sont principalement composées de glaces, justifiant qu'elles appartiennent à la catégorie distincte des géantes de glaces. Les quatre planètes géantes possèdent un système d' anneaux planétaires, bien que seul le système d' anneaux de Saturne soit facilement observable depuis la Terre. En outre, elles ont en moyenne plus de satellites naturels que les planètes telluriques, de 14 pour Neptune à 82 pour Saturne. Si elles n'ont pas de surface solide, elles possèdent des noyaux de fer et de silicates allant de quelques à plusieurs dizaines de masses terrestres.

Le terme " planète externe " n'est pas strictement synonyme de " planète supérieure " ; le second désigne en général les planètes en dehors de l'orbite terrestre et comprend donc à la fois toutes les planètes externes et Mars,.

Jupiter (5,2 ua), par ses 317 masses terrestres, est aussi massive que 2,5 fois toutes les autres planètes réunies et son diamètre avoisine les 143 000 kilomètres,. Sa période de révolution est d'environ 12 ans et sa période de rotation est d'un peu moins de 10 heures ,,.

Elle est composée essentiellement d'hydrogène et d'hélium, d'un peu d'ammoniac et de vapeur d'eau ainsi que probablement un noyau solide rocheux, mais n'a pas de surface définie,. Sa forte chaleur interne anime des vents violents, de près de 600 km/h, qui parcourent les couches supérieures de l' atmosphère de la planète et la divisent visiblement en plusieurs bandes colorées à différentes latitudes, séparées par des turbulences. Ce phénomène crée également un certain nombre de caractéristiques semi-permanentes, comme la Grande Tache rouge, un anticyclone observé depuis au moins le siècle,. Sa puissante magnétosphère, animée par un courant électrique dans sa couche interne d'hydrogène métallique, crée un des plus forts champs magnétiques connus du Système solaire - dépassé seulement par les taches solaires - et des aurores polaires aux pôles de la planète. Si la température au niveau des nuages est d'environ 120 K (−153 °C), elle augmente rapidement avec la pression vers le centre de la planète du fait de la compression gravitationnelle et atteindrait 6 000 K et une pression un million de fois plus élevée que celle sur Terre à 10 000 km de profondeur,.

Jupiter possède 82 satellites connus. Les quatre plus gros, aussi appelés satellites galiléens car découverts par l'astronome italien Galilée au siècle, Ganymède, Callisto, Io et Europe, présentent des similarités géologiques avec les planètes telluriques,,. Parmi les plus grands objets du Système solaire - ils sont tous plus grands que les planètes naines -, Ganymède est même la plus grande et la plus massive lune du Système solaire, dépassant en taille la planète Mercure,,. Par ailleurs, les trois lunes intérieures, Io, Europe et Ganymède, sont le seul exemple connu de résonance de Laplace du Système solaire : les trois corps sont en résonance orbitale 4:2:1, ce qui a un impact sur leur géologie et par exemple le volcanisme sur Io,,,.

Le système jovien comprend également les anneaux de Jupiter, mais l'influence de la planète s'étend à de nombreux objets du Système solaire, comme les astéroïdes troyens de Jupiter,.

Saturne (9,5 ua) possède des caractéristiques similaires à Jupiter, telles que sa composition atmosphérique et sa puissante magnétosphère,. Bien qu'elle fasse 60 % du volume de l'autre planète géante gazeuse du fait de son diamètre équatorial d'environ 121 000 kilomètres, elle est beaucoup moins massive avec 95 masses terrestres,. Sa période de révolution vaut un peu moins de tandis que sa période de rotation est estimée à ,.

La caractéristique la plus célèbre de la planète est son système d'anneaux proéminent,,. Composés principalement de particules de glace et de poussières, et divisés en sections espacées de divisions, ils se seraient formés il y a moins de 100 millions d'années,. De plus, elle est la planète possédant le plus grand nombre de satellites naturels, 82 étant confirmés et des centaines de satellites mineurs garnissant son cortège. Sa plus grande lune, Titan, est également la deuxième plus grande du Système solaire et est la seule lune connue à posséder une atmosphère substantielle,,. Une autre lune remarquable, Encelade, émet de puissants geysers de glace du fait de son cryovolcanisme et serait un habitat potentiel pour la vie microbienne,,.

Seule planète du Système solaire moins dense que l'eau, 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,,. 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, et à des aurores polaires. L' atmosphère de Saturne est généralement terne et manque de contraste, bien que des caractéristiques de longue durée puissent apparaître tel l' 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.

Uranus (19,2 ua) est la moins massive des planètes géantes, par ses 14 masses terrestres,,. Son diamètre d'environ 51 000 kilomètres est légèrement supérieur à celui de sa presque jumelle Neptune, en raison de la compression gravitationnelle de cette dernière. Sa période de révolution est d'environ 84 ans et, caractéristique unique parmi les planètes du Système solaire, elle orbite le Soleil sur son côté en un peu plus de 17 heures, son axe de rotation étant pratiquement dans son plan de révolution, donnant l'impression qu'elle " roule " sur le plan de l' écliptique,,. Ses pôles Nord et Sud se trouvent donc là où la plupart des autres planètes ont leur équateur. La planète est pourvue d'une magnétosphère vrillée du fait de cette inclinaison de l'axe,.

Comme celles de " Jupiter et Saturne, l' atmosphère d'Uranus est composée principalement d' hydrogène et d' hélium et de traces d' hydrocarbures. Cependant, comme Neptune, elle contient une proportion plus élevée de " glaces " au sens physique, c'est-à-dire de substances volatiles telles que l' eau, l' ammoniac et le méthane, tandis que l'intérieur de la planète est principalement composé de glaces et de roches, d'où leur nom de géantes de glaces ". Par ailleurs, le méthane est le principal responsable de la teinte aigue-marine de la planète. Son atmosphère planétaire est la plus froide du Système solaire, atteignant à la tropopause, car elle rayonne très peu de chaleur dans l'espace, et présente une structure nuageuse en couches. Cependant, la planète ne présente presque aucun relief à la lumière visible, comme les bandes de nuages ou les tempêtes associées aux autres planètes géantes, malgré des vents de l'ordre de 900 km/h.

Première planète découverte à l' époque moderne avec un télescope - par William Herschel en 1781 - et non connue depuis l' Antiquité, Uranus possède un système d'anneaux et de nombreux satellites naturels : on lui connaît 13 anneaux étroits et 27 lunes, les plus grandes étant Titania, Obéron, Umbriel, Ariel et Miranda ; cette dernière est notamment remarquable en raison de la grande varitété de terrains qu'elle présente,,,.

Neptune (30 ua) est la planète la plus éloignée du Soleil connue au sein du Système solaire,,. Légèrement plus massive qu'Uranus par ses 17 masses terrestres, mais plus petite, son diamètre équatorial étant d'environ 49 500 kilomètres par compression gravitationnelle, elle est en conséquence plus dense - faisant d'elle la planète géante la plus dense,. Sa période de révolution est d'environ 165 ans et sa période de rotation dépasse légèrement 16 heures.

N'étant pas visible à l' œil nu, elle est le premier objet céleste et la seule des huit planètes du Système solaire à avoir été découverte par déduction plutôt que par observation empirique, grâce aux perturbations gravitationnelles inexpliquées sur l'orbite d'Uranus : les calculs de l'astronome français Urbain Le Verrier permettent au Prussien Johann Gottfried Galle de l'observer au télescope en 1846,. On lui connaît 14 satellites naturels dont le plus grand est Triton, qui est géologiquement actif et présente des geysers d' azote liquide. Il s'agit par ailleurs du seul grand satellite du Système solaire situé sur une orbite rétrograde,. La planète possède en outre un système d'anneaux faible et fragmenté et une magnétosphère,, et est accompagnée sur son orbite de plusieurs planètes mineures, les astéroïdes troyens de Neptune.

L' atmosphère de Neptune est similaire à celle d'Uranus, composée principalement d' hydrogène et d' hélium, de traces d' hydrocarbures ainsi que d'une proportion plus élevée de " glaces " (eau, ammoniac et méthane), faisant d'elle la deuxième " géante de glaces ". Par ailleurs, le méthane est partiellement responsable de la teinte bleue de la planète, mais l'origine exacte de son bleu azur reste encore inexpliquée. Contrairement à l'atmosphère brumeuse et relativement sans relief d'Uranus, celle de Neptune présente des conditions météorologiques actives et visibles, notamment une Grande Tache sombre comparable à la Grande Tache rouge de Jupiter, présente au moment du survol de en 1989. Ces conditions météorologiques sont entraînées par les vents les plus forts connus du Système solaire, qui atteignent des vitesses de 2 100 km/h. En raison de sa grande distance du Soleil, l'extérieur de son atmosphère est l'un des endroits les plus froids du Système solaire, les températures au sommet des nuages approchant 55 K (−218,15 °C).

Les centaures, qui s'étendent entre 9 et 30 ua, sont des petits corps glacés analogues aux comètes, définis en première approximation comme des astéroïdes orbitant entre Jupiter et Neptune et dont l'orbite croise celle d'une des planètes géantes ; leurs caractéristiques partageant celles des comètes et des astéroïdes sont à l'origine de leur nom d'après une créature mythologique hybride, le centaure. Certaines définitions sont plus précises et légèrement divergentes, selon le Centre des planètes mineures, la JPL Small-Body Database et le ,,,.

Le fait que les centaures croisent ou aient croisé l'orbite d'une planète géante implique que leur propre orbite est instable, voire chaotique, et donc que celle-ci a une durée de vie dynamique de l'ordre de seulement quelques millions d'années,. Il existe cependant au moins un potentiel contre-exemple, (514107) Kaʻepaokaʻawela (5,14 ua), qui est coorbital à Jupiter en résonance 1:-1 - c'est-à-dire qu'il a une orbite rétrograde, en sens inverse de celle de Jupiter et des autres planètes - et qui pourrait être sur cette orbite depuis des milliards d'années,.

Le premier centaure découvert selon la définition actuelle du Jet Propulsion Laboratory est (944) Hidalgo (5,74 ua) en 1920, mais c'est la découverte de (2060) Chiron (13,63 ua), en 1977, qui fait prendre conscience aux astronomes de cette population distincte,. Ce dernier est d'ailleurs le premier centaure indiqué dans la liste du Centre des planètes mineures. Comme certains étaient déjà numérotés dans une catégorie ou que la distinction entre leur caractère d'astéroïde et de comète est souvent difficile, de nombreux centaures possèdent plusieurs dénominations ; par exemple, Chiron est également officiellement désigné .

Le plus grand centaure connu, (10199) Chariclo (15,82 ua), mesure de 200 à 300 km de diamètre et possède un système d'anneaux,,. Comme les centaures sont moins étudiés que les plus grands objets, il est difficile d'estimer leur nombre total et les approximations du nombre de centaures d'un diamètre de plus d'un kilomètre dans le Système solaire vont de 44 000 à plus de 10 000 000,. Par ailleurs, aucun n'a été imagé de près, bien qu'il y ait des preuves que la lune de Saturne Phœbé, qui a elle été observée, soit un ancien centaure capturé et provenant de la ceinture de Kuiper.

Parmi les objets connus pour occuper des orbites de type centaure, une trentaine possèdent des chevelures qui ont été détectées, dont deux, (2060) Chiron et (60558) Échéclos (10,68 ua), présentent de très importantes traînées. Ces deux derniers sont notamment à la fois des centaures et des comètes, ou astéroïdes cométaires,.

Points de Lagrange du système Soleil-Terre, où L₄ et L₅ sont stables. Deux troyens de la Terre sont connus, 2010 TK₇ et 2020 XL₅, autour du point L₄.

Le terme " troyen " désigne à l'origine un astéroïde dont l' orbite héliocentrique est en résonance orbitale 1:1 avec celle de Jupiter et qui est situé près de l'un des deux points stables de Lagrange (L ₄ ou L ₅) du système Soleil-Jupiter, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un objet coorbiteur se trouvant à 60° en avance ou en retard sur l'orbite de la planète,. Par extension, le terme désigne à présent tout objet dont l' orbite héliocentrique est en résonance 1:1 avec celle de n'importe quelle planète du Système solaire et qui est situé près de l'un des deux points stables de Lagrange du système Soleil-planète.

L'immense majorité des troyens connus dans le Système solaire sont des astéroïdes troyens de Jupiter, où ils sont divisés entre " camp grec " en L ₄ et " camp troyen " en L ₅, inspirés par la guerre de Troie. Si plus de 10 000 sont actuellement répertoriés, il est estimé qu'il existe plus d'un million d'astéroïdes troyens de Jupiter mesurant plus d'un kilomètre et que le nombre de troyens serait similaire au nombre d'astéroïdes dans la ceinture principale,,.

Au , le Centre des planètes mineures recense 11 980 troyens, dont le détail est donné dans le tableau ci-dessous :

Seuls les troyens qui ont été confirmés comme stables à long terme sont recensés. Ainsi, est situé au point L ₄ de Soleil-Vénus, mais n'est pas recensé comme troyen, car sa position est temporaire,. De même, a été trouvé au point L ₄ de Soleil-Uranus, mais ne constitue pas le deuxième troyen officiellement reconnu d'Uranus, car il serait temporaire ; de façon générale, les troyens d'Uranus sont estimés instables,. Par ailleurs, Saturne semble être la seule planète géante dépourvue de troyens, et il est supposé que des mécanismes de résonance orbitale, notamment la résonance séculaire, seraient à l'origine de cette absence,.

Il est possible d'étendre la définition du terme aux systèmes planète-satellite et deux des satellites naturels de Saturne ont ainsi leurs propres troyens, qui sont par conséquent eux-mêmes satellites de Saturne. Les deux troyens de Téthys sont Télesto et Calypso, tandis que ceux de Dioné sont Hélène et Pollux,. Le système Terre-Lune a pour sa part des nuages de poussières à ses points L ₄ et L ₅ : les nuages de Kordylewski,.

Les comètes sont de petits corps célestes du Système solaire, généralement de quelques kilomètres de diamètre, principalement composés de glaces volatiles,,. Elles décrivent généralement des orbites hautement excentriques, dont le périhélie est souvent situé dans le Système solaire interne et l' aphélie au-delà de Pluton. Lorsqu'une comète entre dans le Système solaire interne, la proximité du Soleil provoque la sublimation et l' ionisation de sa surface par le vent solaire. Cela crée une chevelure (ou coma) - une enveloppe nébuleuse autour du noyau cométaire - et une queue de comète - une longue traînée de gaz ionisé et de poussières,. Leur composition est similaire aux glaces observées dans les nuages interstellaires, suggérant qu'elles ont été peu modifiées depuis la formation du Système solaire.

Leur noyau est un amas de glace, de poussière et de particules rocheuses dont le diamètre va de quelques centaines de mètres à des dizaines de kilomètres. La chevelure peut avoir un diamètre atteignant quinze fois celui de la Terre - voire dépassant la largeur du Soleil -, tandis que la queue peut s'étendre au-delà d'une unité astronomique, des queues atteignant les quatre unités astronomiques (environ 600 millions de kilomètres) ayant été observées,. Si elle est suffisamment lumineuse, une comète peut alors être observée à l' œil nu depuis la Terre, les plus lumineuses étant nommées " grandes comètes " et n'apparaissant en général qu'une fois par décennie, voire " comète du siècle " pour les plus spectaculaires.

Les comètes peuvent avoir une large gamme de périodes de révolutions, allant de plusieurs années à potentiellement plusieurs millions d'années. Les comètes à courte période, comme la comète de Halley, ont pour origine la ceinture de Kuiper et parcourent leur orbite en moins de 200 ans. Les comètes à longue période, comme la comète Hale-Bopp, proviendraient du nuage de Oort et ont une périodicité se comptant généralement en milliers d'années. D'autres, enfin, ont une trajectoire hyperbolique et proviendraient de l'extérieur du Système solaire, mais la détermination de leur orbite est difficile,. Les vieilles comètes, qui ont perdu la plupart de leurs composés volatils au bout de nombreux passages près du Soleil - leur durée de vie moyenne serait de 10 000 années -, viennent à ressembler à des astéroïdes, ce qui est l'origine supposée des damocloïdes,,. Ces deux catégories d'objets ont en principe des origines différentes, les comètes se formant plus loin que le Système solaire externe tandis que les astéroïdes proviennent de l'intérieur de l'orbite de Jupiter, mais la découverte de comètes de la ceinture principale et des centaures tend à brouiller la terminologie,,.

Plusieurs milliers de comètes sont connues et plusieurs centaines sont numérotées après avoir été observées au moins deux fois, ; cependant, on estime le nombre total de comètes dans le Système solaire comme étant de l'ordre du billion (10 ¹²), notamment grâce au grand réservoir que semble constituer le nuage de Oort,.

La zone au-delà de Neptune, souvent appelée région transneptunienne, est toujours largement inexplorée. Il semble qu'elle consiste essentiellement en de petits corps (le plus grand ayant le cinquième du diamètre de la Terre et une masse bien inférieure à celle de la Lune), composés de roche et de glace.

Diagramme des objets connus dans la ceinture de Kuiper (échelle en ua, époque ).

Distances à l'échelle mais pas les tailles.

La ceinture de Kuiper, ou plus rarement ceinture d'Edgeworth-Kuiper, est la principale structure de la région transneptunienne. Il s'agit d'un grand anneau de débris similaire à la ceinture d'astéroïdes, mais plus étendu - grossièrement de 30 à 55 ua du Soleil - et de 20 à 200 fois plus massif. Il pourrait toutefois s'étendre après la falaise de Kuiper jusqu'à une centaine d'unités astronomiques avec une densité beaucoup plus faible. Sa forme est assimilable à celle d'un tore, la majorité des objets s'étendant à moins de 10° de chaque côté du plan de l'écliptique. On estime à 100 000 le nombre d'objets de la ceinture de Kuiper d'un diamètre supérieur à 50 km, mais leur masse totale est estimée inférieure au dixième de celle de la Terre, voire à seulement quelques pourcents de celle-ci,,. Le nombre d'objets plus grands qu'un kilomètre serait de l'ordre du milliard.

Comme la ceinture principale, elle est principalement composée de petits corps, vestiges du disque d'accrétion du Soleil qui ont grossi par collisions, et d'au moins trois planètes naines : (134340) Pluton (39,45 ua), (136108) Hauméa (43,23 ua) et (136472) Makémaké (45,71 ua). Plusieurs des autres plus gros objets de la ceinture, tels (90482) Orcus (39,45 ua), (20000) Varuna (42,78 ua) ou (50000) Quaoar (43,25 ua), pourraient éventuellement être reclassés comme planètes naines,. En revanche, tandis que la ceinture d'astéroïdes est principalement composée de corps rocheux et métalliques, les objets de la ceinture de Kuiper seraient - l'étude d'objets si distants et si petits étant difficile - majoritairement constitués de composés volatils gelés comme le méthane, l' ammoniac ou l' eau,,. Cette région serait également la principale source des comètes de courte période. De nombreux objets de la ceinture possèdent des satellites multiples et la plupart sont situés sur des orbites qui les emmènent en dehors du plan de l' écliptique,,.

La ceinture de Kuiper peut être grossièrement divisée entre les objets " classiques " et les objets en résonance avec Neptune,. Ces derniers sont ensuite nommés en fonction de leur rapport de résonance ; par exemple, ceux en résonances 2:3 - la résonance la plus peuplée, comptant plus de 200 objets connus - sont appelés plutinos tandis que ceux en résonance 1:2 sont des twotinos. La ceinture en résonance débute à l'intérieur même de l'orbite de Neptune tandis que la ceinture classique des objets n'ayant aucune résonance avec Neptune s'étend entre 39,4 et 47,7 ua, entre les plutinos et les twotinos,,. Les membres de cette ceinture classique sont appelés cubewanos, d'après le premier objet de ce genre à avoir été découvert, , et sont toujours sur des orbites quasi primordiales à faible excentricité. Environ deux tiers des objets transneptuniens connus sont des cubewanos.

Pluton (39,45 ua) est le plus grand objet connu et le premier de la ceinture de Kuiper à avoir été découvert, complétant une orbite autour du Soleil en environ 250 années ,,. Considérée lors de sa découverte en 1930 comme la neuvième planète jusqu'à ce qu'elle soit reclassée en 2006 par l'adoption d'une définition formelle de la planète, elle est à présent la plus grande planète naine du Système solaire, par son diamètre équatorial de 2 370 kilomètres - environ les deux tiers de celui de la Lune. Elle est principalement composée de roche et de glace de méthane, mais aussi de glace d' eau et d' azote gelé, et posséderait une fine atmosphère dont la composition varie au cours de son orbite,,.

Elle possède une orbite relativement excentrique, inclinée de 17° par rapport au plan de l'écliptique et allant de 29,7 ua du Soleil au périhélie (inférieur à l'orbite de Neptune) à 49,5 ua à l'aphélie. Elle est en résonance orbitale 3:2 avec Neptune, donnant par extension son nom aux objets de la ceinture de Kuiper dont les orbites partagent cette résonance, les plutinos,,.

Charon, une des lunes de Pluton, est très grande relativement à la planète naine, atteignant 11,65 % de sa masse et plus de la moitié de son diamètre,. Ainsi, elle forme en réalité un système binaire avec Pluton, étant donné que le barycentre de leurs orbites ne se situe pas à l'intérieur d'un des deux corps et que chacun des deux objets orbite autour de celui-ci avec la même période d'environ 6,39 jours. Il est possible que le système soit par le futur réévalué en " planète naine double ". Quatre autres lunes beaucoup plus petites, Styx, Nix, Kerbéros et Hydre (par ordre d'éloignement), orbitent autour du couple Pluton-Charon,.

Les deux autres planètes naines de la ceinture de Kuiper sont (136472) Makémaké et (136108) Hauméa.

Makémaké (45,71 ua), bien que faisant deux tiers de la taille de Pluton, est le plus grand cubewano connu et le deuxième objet le plus brillant de la ceinture après Pluton grâce à son albédo très élevé. Sa surface est recouverte de méthane et d' éthane mais est, contrairement aux objets transneptuniens, relativement dépourvue de glace d' azote. La planète naine a une révolution d'une période d'un peu plus de 300 ans, inclinée de 29° par rapport au plan de l'écliptique, et possède au moins un satellite, S/2015 (136472) 1, surnommé MK 2 en l'attente d'une dénomination définitive,.

Hauméa (43,13 ua) est sur une orbite similaire à Makémaké, mais est dans une résonance orbitale temporaire 7:12 avec Neptune,. Elle possède une période de rotation très rapide de moins de quatre heures et une forme ellipsoïdale similaire à un ballon de rugby d'une taille comparable à celle de Pluton dans son plus grand axe,. Elle est entourée d'un fin anneau sombre - fait unique pour un objet transneptunien et une planète naine - et de deux satellites, Hiʻiaka et Namaka. Il est également supposé qu'elle est le composant principal d'une famille collisionnelle d'objets transneptuniens ayant des orbites proches, la famille de Hauméa, qui serait le résultat d'un fort impact responsable de ses caractéristiques inhabituelles.

(136199) Éris, planète naine et le plus gros objet épars, et sa lune Dysnomie vus par Hubble en 2007.

Le disque des objets épars est un disque de petits corps glacés s'étendant au-delà de la ceinture de Kuiper. Leur distance au Soleil varie considérablement du fait de leur importante excentricité orbitale, la plupart des objets épars possédant un périhélie d'environ 30 à 35 ua et un aphélie pouvant atteindre les 150 ua. De façon typique, leur orbite est fortement inclinée et dépasse souvent les 40°. Similairement à la ceinture de Kuiper, le nombre d'objets plus grands qu'un kilomètre serait de l'ordre du milliard.

Ces orbites extrêmes seraient une conséquence de l'influence gravitationnelle des planètes géantes, ces objets provenant potentiellement de la ceinture d'astéroïdes, mais ayant été éjectés par l'influence de Neptune lors de leur formation. Ils ne se distinguent pas nettement des objets détachés, qui eux sont suffisamment éloignés pour ne plus être affectés par les planètes géantes.

(136199) Éris (67,65 ua) est le plus gros objet épars connu. Il provoque une controverse puis une clarification du statut de planète à sa découverte, car il est d'une taille similaire à celle de Pluton, alors considérée comme une planète, ce qui lui vaut d'être nommé d'après la déesse grecque de la discorde, Éris,,. Il s'agit de la deuxième plus grande planète naine du Système solaire, par son diamètre de 2 326 kilomètres, et de la plus massive, par sa masse de 27 % supérieure à celle de Pluton,. Son orbite est très excentrique, au périhélie d'environ 38 ua et à l'aphélie d'environ 97 ua, soit une excentricité orbitale de 0,44 ; elle forme par ailleurs un grand angle avec le plan de l'écliptique, présentant une inclinaison orbitale supérieure à 44°. Éris possède une lune, Dysnomie,.

Diagramme présentant les objets transneptuniens connus fin 2019. Les demi-grands axes sont indiqués en abscisse avec les potentielles résonances tandis que les inclinaisons orbitales sont en ordonnée. La taille de chaque cercle indique le diamètre de l'objet et la couleur son type.

L' héliosphère, la bulle de vent stellaire engendrée par les vents solaires, représente la région de l' espace dominée par les particules atomiques projetées par le Soleil. Le vent solaire voyage à sa vitesse maximale de plusieurs centaines de kilomètres par seconde jusqu'à ce qu'il entre en collision avec les vents opposés en provenance du milieu interstellaire.

Schéma de l'héliosphère, de l'onde de choc et des sondes Voyager 1 et 2 pénétrant dans l'héliogaine.

Ce point de collision, appelé choc terminal, se trouve à environ entre 80 et 100 ua du Soleil en avant de sa trajectoire et jusqu'à environ 200 ua du Soleil en arrière de sa trajectoire,. Le vent ralentit alors considérablement, se condense et devient plus turbulent, formant une grande structure ovale, l' héliogaine. Celle-ci ressemblerait et se comporterait de façon assez similaire à une queue de comète, s'étendant de quelques dizaines d'unités astronomiques dans le sens de la trajectoire du Soleil et bien davantage dans la direction opposée.

La limite externe de l'héliosphère, l' héliopause, est le point où le vent solaire s'éteint et où débute l' espace interstellaire. La forme de l'héliopause serait affectée par les interactions avec le milieu interstellaire ainsi que par des facteurs internes comme les éruptions solaires ou le champ magnétique solaire. est le premier objet créé par l'humain à passer ce point, en ,. Au-delà de l'héliopause, à environ 230 ua du Soleil, se trouverait l' arc de choc, une zone de plasma interstellaire ralenti par sa rencontre avec l'héliosphère au cours du trajet du Soleil à travers la Voie lactée,.

Les objets détachés sont une classe particulière d'objets transneptuniens dont le périhélie est suffisamment éloigné du Soleil pour ne quasiment plus être influencés par Neptune, d'où leur nom. Ceux dont le périhélie est supérieur à 50 ua sont les sednoïdes.

Sedna (506 ua) est le plus grand objet détaché connu. Il s'agit d'une grande planète mineure rougeâtre ressemblant à Pluton et dont l'orbite très excentrique (e = 0,85) l'amène à 76 ua du Soleil au périhélie et à 928 ua à l'aphélie. Sa période de révolution est d'approximativement 12 000 ans et elle était à 89,6 ua du Soleil lors de sa découverte en 2003,.

La composition de sa surface serait similaire à celle d'autres objets transneptuniens, comprenant principalement un mélange de glaces d'eau, de méthane et d' azote ainsi que du tholin. Son diamètre est d'environ 1 000 kilomètres, ce qui en fait une candidate au statut de planète naine, même si sa forme n'est pas connue avec certitude.

Représentation des échelles du Système solaire en échelle logarithmique, du Soleil à Alpha Centauri, montrant l'important nuage de Oort.

Le nuage de Oort est un nuage sphérique hypothétique comptant jusqu'à mille milliards d'objets glacés et qui pourrait être la source des comètes à longue période. Il entourerait le Système solaire avec une forme sphérique et cette coquille pourrait s'étendre de 10 000 ua jusqu'à peut-être jusqu'à plus de 100 000 ua (1,87 al). Il serait composé de comètes éjectées du Système solaire interne à cause des interactions gravitationnelles des planètes géantes, notamment Jupiter. L'extrême majorité des comètes du Système solaire y seraient situées, leur nombre estimé étant de l'ordre du billion (10 ¹²),. La masse totale de ces objets serait d'environ une masse terrestre.

Les objets du nuage de Oort se déplacent très lentement et peuvent être perturbés par des événements peu fréquents comme des collisions, les effets gravitationnels d'une étoile proche ou une marée galactique,. Malgré des découvertes comme celle de Sedna, la zone située entre la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort reste majoritairement inconnue.

Le nuage de Hills, ou nuage de Oort interne, est une zone hypothétique intermédiaire de la ceinture de Kuiper et du nuage de Oort qui serait située entre quelques centaines et quelques dizaines de milliers d'unités astronomiques du Soleil. Il serait beaucoup plus épars que le nuage de Oort.

La surface où le Système solaire se termine et où le milieu interstellaire commence n'est pas définie avec précision, car les limites extérieures sont façonnées par deux forces, le vent solaire et la gravité du Soleil. Ainsi, si la limite de l'influence du vent solaire s'arrête à l'héliopause après près de quatre fois la distance du Soleil à Pluton, la sphère de Hill du Soleil - la plage effective de sa dominance gravitationnelle - s'étend jusqu'à mille fois plus loin et englobe l'hypothétique nuage de Oort,. Cela correspond à deux années-lumière, soit la moitié de la distance à l'étoile la plus proche Alpha Centauri, et pourrait s'étendre jusqu'à environ un parsec (3,26 al).

Le Système solaire est situé dans la Voie lactée, une galaxie spirale barrée d'un diamètre d'environ 100 000 années-lumière contenant entre 100 et 400 milliards d'étoiles,,. Le Soleil réside dans l'un des bras spiraux externes de la galaxie, le bras d'Orion, ou bras local, à une distance de (8 178 ± 26) , soit (26 673 ± 83) années-lumière, du centre galactique,. Sa vitesse de rotation dans la galaxie est de près de 250 km/s, il en fait donc le tour tous les 220 à 250 millions d'années environ,. Cette révolution est l' année galactique du Système solaire. De plus, la trajectoire du Soleil oscille perpendiculairement au plan galactique environ 2,7 fois par orbite. L' apex solaire, la direction du mouvement propre du Soleil à travers l'espace interstellaire, est près de la constellation d' Hercule, dans la direction de l'emplacement actuel de l'étoile brillante Véga,. Le plan de l' écliptique forme un angle de 62,87° par rapport au plan galactique.

La situation du Système solaire dans la Galaxie est probablement un facteur dans l' histoire évolutive du vivant sur Terre. Son orbite est presque circulaire et est parcourue à peu près à la même vitesse que la rotation des bras spiraux, ce qui signifie qu'il ne les traverse que rarement,. Étant donné que les bras en spirale abritent une concentration beaucoup plus grande de supernovas potentiellement dangereuses - car générant des rayonnements et des instabilités gravitationnelles -, cette disposition a permis à la Terre de connaître de longues périodes de stabilité interstellaire, permettant que la vie apparaisse et se développe.

Le Système solaire orbite également en périphérie de la galaxie, loin du centre galactique dont la densité d'étoiles est beaucoup plus élevée autour du trou noir supermassif central Sagittarius A*, d'une masse de plus de quatre millions de fois celle du Soleil. Près du centre, l'influence gravitationnelle des étoiles proches perturberait plus souvent le nuage de Oort et propulserait plus de comètes vers le Système solaire interne, produisant des collisions aux conséquences potentiellement catastrophiques. À l'échelle du temps de vie du Système solaire, un croisement d'une autre étoile à 900 ua reste cependant statistiquement possible et provoquerait de tels effets. Le rayonnement intense du centre galactique pourrait également interférer avec le développement de formes de vie complexes. Même à l'emplacement actuel du Système solaire, certains scientifiques émettent l'hypothèse que les supernovas récentes auraient pu nuire à la vie au cours des 35 000 ans passés, en émettant des morceaux de cœur stellaire vers le Soleil sous forme de poussières radioactives ou de corps ressemblant à des comètes.

Schéma des étoiles dans le voisinage du Système solaire.

Le Système solaire se trouve dans le nuage interstellaire local, ou peluche locale, une zone relativement dense à l'intérieur d'une région qui l'est moins, la Bulle locale. Cette dernière est une cavité du milieu interstellaire en forme de sablier d'environ 300 années-lumière (al) de large. La bulle contient du plasma à haute température et très dilué, ce qui suggère qu'elle est le produit de plusieurs supernovas récentes. Le système est également à proximité du voisin, mais il n'est pas déterminé avec certitude si le Système solaire est totalement intégré dans le nuage interstellaire local ou s'il se trouve dans la région où le nuage interstellaire local et le nuage G interagissent,.

Il y a relativement peu d' étoiles à moins de dix années-lumière du Soleil, le système le plus proche étant celui d' Alpha Centauri, un système triple distant de 4,4 al,. Alpha Centauri A et B sont une paire d'étoiles semblables au Soleil, tandis que la petite naine rouge Proxima Centauri (Alpha Centauri C) tourne autour des deux autres à une distance de 0,2 al. En 2016, il est confirmé qu'une exoplanète potentiellement habitable est en orbite autour de Proxima Centauri, appelée Proxima Centauri b ; elle constitue donc l'exoplanète confirmée la plus proche du Soleil, à 4,2 al de la Terre. Auparavant, Gliese 581 c tenait cette place, située à 20,4 al.

Les autres étoiles les plus proches du Soleil sont les naines rouges de l' étoile de Barnard (5,9 al), Wolf 359 (7,8 al) et Lalande 21185 (8,3 al),. La plus grande étoile à moins de 10 al est Sirius, une étoile brillante de la séquence principale située à environ 8,6 al de distance qui ferait environ le double de la masse du Soleil et autour de laquelle orbite une naine blanche nommée Sirius B. Les deux naines brunes les plus proches sont le système binaire (6,6 al). Parmi les autres systèmes à moins de dix années-lumière figurent le système binaire Luyten 726-8 (8,7 al) et la naine rouge solitaire (9,7 al).

L'étoile simple analogue au Soleil la plus proche est Tau Ceti, distante de 11,9 al, qui fait 80 % de la masse du Soleil, mais seulement 60 % de sa luminosité,. L' objet libre de masse planétaire connu le plus proche du Soleil est WISE 0855−0714, un objet d'une masse inférieure à 10 masses joviennes situé à environ 7 al.

Série de neuf cartes montrant progressivement, de gauche à droite, la position de la Terre dans l'Univers observable, notamment à l'échelle du Système solaire, du voisinage local, de la Voie lactée, du Groupe local, du superamas Laniakea et du superamas de la Vierge. Cliquer pour agrandir.

HL Tauri, une masse stellaire jeune entourée d'un disque protoplanétaire similaire au Soleil lors de sa formation, pris par l'Atacama Large Millimeter Array en 2014.

L'explication la plus couramment acceptée concernant la formation du Système solaire est l' hypothèse de la nébuleuse, évoquée pour les premières fois au siècle par René Descartes puis au siècle par Emmanuel Kant et Pierre-Simon de Laplace,,. Selon cette thèse, la nébuleuse solaire - un nuage de gaz et de poussières - qui a donné naissance au Soleil s'est formée il y a environ 4,567 milliards d'années (Ga) par effondrement gravitationnel d'une partie d'un nuage moléculaire géant,,. Celui-ci, large de plusieurs années-lumière, a probablement donné naissance à plusieurs étoiles,.

Les études de météorites révèlent des traces d' éléments qui ne sont produits qu'au cœur d' explosions d'étoiles très grandes, indiquant que le Soleil s'est formé à l'intérieur d'un amas stellaire et à proximité de supernovas,,. L' onde de choc de ces supernovas aurait peut-être provoqué la formation du Soleil en créant des régions de surdensité dans la nébuleuse environnante, permettant à la gravité de prendre le dessus sur la pression interne du gaz et d'initier l'effondrement. Cependant, la présence d'une supernova à proximité d'un disque protoplanétaire reste fortement improbable et d'autres modélisations sont proposées.

Image de disques protoplanétaires de la nébuleuse d'Orion prise par le télescope spatial Hubble ; cette " pépinière d'étoile " est probablement similaire à la nébuleuse primordiale à partir de laquelle s'est formé le Soleil.

La région qui deviendra le Système solaire, ou nébuleuse solaire, a un diamètre entre 7 000 et 20 000 , et une masse très légèrement supérieure à celle du Soleil, avec un excès de 0,001 à 0,1 masse solaire. Au fur et à mesure de son effondrement, la conservation du moment angulaire de la nébuleuse la fait tourner plus rapidement et, tandis que la matière se condense, les atomes entrent en collision de plus en plus fréquemment,. Le centre, où la plupart de la masse est accumulée, devient progressivement plus chaud que le disque qui l'entoure,. L'action de la gravité, de la pression gazeuse, des champs magnétiques et de la rotation provoque l'aplatissement de la nébuleuse en un disque protoplanétaire en rotation d'un diamètre d'environ 200 ua et entourant une proto-étoile dense et chaude,,,. Après des millions d'années, la pression et la densité de l' hydrogène au centre de la nébuleuse deviennent suffisamment élevées pour que la protoétoile initie la fusion nucléaire, accroissant sa taille jusqu'à ce qu'un équilibre hydrostatique soit atteint, lorsque l' énergie thermique contrebalance la contraction gravitationnelle ; ces réactions alimenteront l'étoile en énergie pour environ 12 Ga,.

Les autres corps du Système solaire se forment ensuite à partir du reste du nuage de gaz et de poussières,. Selon les modèles actuels, ceux-ci prennent forme par accrétion : des grains de poussière en orbite autour de la protoétoile centrale s'agglutinent et deviennent des amas de quelques mètres de diamètre formés par contact direct, puis entrent en collision pour constituer des planétésimaux de plusieurs kilomètres de diamètre,,,.

Le Système solaire interne est alors trop chaud pour que les molécules volatiles telles que l' eau ou le méthane se condensent : les planétésimaux qui s'y forment sont donc relativement petits, représentant environ 0,6 % de la masse du disque, et principalement formés de composés à point de fusion élevé, tels les silicates et les métaux. Ces corps rocheux deviennent à terme les planètes telluriques,,. Plus loin, les effets gravitationnels de Jupiter empêchent l'accrétion des planétésimaux, formant la ceinture d'astéroïdes. Encore plus loin après la ligne des glaces, là où les composés glacés volatils peuvent rester solides, Jupiter et Saturne deviennent des géantes gazeuses et deviennent suffisamment massives pour capturer directement l'hydrogène et l'hélium depuis la nébuleuse,. Uranus et Neptune capturent quant à elles moins de matière et sont principalement formées de glaces,,. Leurs plus faibles densités suggèrent par ailleurs qu'elles possèdent une fraction plus faible de gaz capturés de la nébuleuse et donc qu'elles se sont formées plus tard. Si les planètes telluriques ont peu de satellites, les planètes géantes possèdent des systèmes d' anneaux et de nombreuses satellites naturels. Nombre de ces derniers, dits " réguliers ", proviennent du disque s'accrétant autour de chaque planète comme une formation d'un système planétaire en miniature,. Les autres lunes seraient issues de collisions - par exemple, la formation de la Lune serait la conséquence d'un impact géant - ou de captures d'astéroïdes,.

Le temps d'accrétion des planètes serait de l'ordre de quelques millions d'années, bien que les durées de ces scénarios d'accrétion restent contestées. Il est possible que des planètes géantes se soient agrégées plus rapidement que celles telluriques et que Jupiter soit la plus vieille, atteignant le million d'années,. Lorsque le Soleil se met à produire suffisamment d'énergie, ce qui est estimé à environ dix millions d'années après sa formation, le vent solaire commence à emporter le gaz et les poussières du disque protoplanétaire, mettant fin à la croissance des planètes,,.

Simulation du modèle de Nice montrant les planètes extérieures et la ceinture de Kuiper :
1. Avant que Jupiter et Saturne n'atteignent une résonance de 2:1 ;
2. Après la diffusion vers l'intérieur des objets de la ceinture de Kuiper à la suite du déplacement orbital de Neptune ;
3. Après éjection des corps dispersés de la ceinture de Kuiper par Jupiter.

Les modèles actuels suggèrent que la densité de matière dans les régions externes du Système solaire est trop faible pour expliquer la formation de grands corps comme les planètes géantes de glace par accrétion de cœur. Ainsi, une hypothèse privilégiée pour expliquer leur apparition est qu'elles se sont formées plus près du Soleil, où la densité de matière était plus élevée, puis qu'elles ont ensuite réalisé une migration planétaire vers leurs orbites actuelles après le retrait du disque protoplanétaire gazeux,,,. Le courant le plus largement accepté des explications sur les détails de cette hypothèse est le modèle de Nice, qui explore l'effet d'une migration de Neptune et des autres planètes géantes sur la structure de la ceinture de Kuiper,,. L'hypothèse du Grand Tack suggère par ailleurs que Jupiter et Saturne auraient pu migrer vers l'intérieur du Système solaire peu après leur formation, avant de migrer dans le sens inverse. Ces migrations des planètes géantes auraient fortement influencé les trajectoires de petits corps du Système solaire et seraient à l'origine de la création de nombreuses comètes, entre autres,.

Le modèle de Nice permet également d'expliquer une période théorique de l'histoire du Système solaire qui se serait déroulée il y a approximativement 4,1 à 3,9 Ga, le grand bombardement tardif,,. Celle-ci serait marquée par une notable augmentation des impacts météoriques ou cométaires sur les planètes telluriques, découverte grâce à la datation des roches lunaires rapportées lors du programme Apollo,. En effet, la migration des planètes géantes aurait produit diverses résonances, conduisant à déstabiliser les ceintures d'astéroïdes existantes à cette période,. Cependant, l'existence d'un grand bombardement tardif vient à être sérieusement remise en cause ; il est par exemple défendu par certains astronomes que la forte concentration d'impacts mesurée à cette époque s'appuierait sur un prélèvement de roches dans un seul bassin d'impact lunaire,.

En somme, les premiers milliards d'années du Système solaire sont plus " violents " que ce qui est connu actuellement, caractérisés par de nombreuses collisions et changements d'orbites,,. Toutefois, des phénomènes similaires continuent de se produire, bien que cela soit à une échelle plus faible. Par ailleurs, les corps du Système solaire ont également connu des évolutions de leur structure interne : certains ont connu des différentiations et formé des noyaux, manteaux et croûtes planétaires, d'autres ont vu apparaître des océans subglaciaires, commencé à générer des magnétosphères ou encore développé puis maintenu une atmosphère planétaire.

Du fait de l'accumulation d' hélium dans le cœur de l' étoile, la 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 % pendant les prochaines 3,5 milliards d'années (3,5 Ga). Les modèles climatiques indiquent notamment 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 d'ici 1 à 1,7 Ga, qui précipitera le climat de la Terre dans celui de type vénusien et devrait faire disparaître toute forme simple de vie à sa surface,.

Une étoile comme le Soleil a une durée de vie dans la séquence principale estimée entre 9 et 10 Ga tandis que son âge actuel est de 4,567 Ga,. Ainsi, dans le cadre de son évolution, le Soleil deviendra une géante rouge dans plus de 5 Ga : les modèles prédisent qu'il gonflera jusqu'à atteindre environ 250 fois son rayon actuel tout en perdant environ 30 % de sa masse, mais en devenant un millier de fois plus lumineux qu'aujourd'hui,,. Cette diminution de masse aura pour conséquence de faire s'éloigner les orbites des planètes. Par exemple, une modélisation suggère que la Terre se retrouvera sur une orbite à 1,7 ua du Soleil lorsque celui-ci atteindra son rayon maximal de 1,2 ua et aura englouti Mercure et Vénus,. Cependant, d'autres simulations suggèrent que la Terre pourrait également à terme être absorbée par l'atmosphère solaire,. Plus loin, les satellites galiléens devraient être dépourvus de leurs glaces et les températures au niveau de l'orbite de Neptune seraient de l'ordre de celles connues sur l'orbite de la Terre actuellement.

Le Soleil entamera ensuite un nouveau cycle de fusion, l' hélium fusionnant en carbone dans son cœur, créant un flash de l'hélium, et l' hydrogène fusionnant en hélium dans une couche périphérique du cœur ; cela créera dans le même temps des expulsions de masse et la création d'une nébuleuse planétaire autour du Soleil,. Cependant, le manque de combustible empêchera ensuite de compenser la gravité par rayonnement et le Soleil s'effondrera sur lui-même pour devenir une naine blanche très dense et peu lumineuse,. Il se refroidira petit à petit pendant des milliards d'années et finira par ne plus fournir ni lumière ni chaleur au Système solaire, étant alors parvenu au stade de naine noire,,.

Les paramètres orbitaux des planètes et des planètes naines sont très stables à l'échelle des siècles et des milliers d'années, mais ils évoluent à des échelles de temps supérieures en raison de leurs interactions gravitationnelles. Les orbites tournent elles-mêmes autour du Soleil et divers paramètres oscillent, bien que leur agencement général soit stable depuis des milliards d'années. L' excentricité de l'orbite terrestre, par exemple, oscille avec une période de 2,4 millions d'années (Ma). L'évolution passée et future peut être calculée, mais pas au-delà d'une durée de 60 Ma en raison du caractère chaotique de la dynamique du Système solaire - les incertitudes du calcul étant multipliées par dix tous les 10 Ma,,. On peut cependant retrouver des caractéristiques plus anciennes de l'orbite terrestre (et d'autres planètes) grâce à l'enregistrement géologique du climat et aux cycles de Milanković. On obtient notamment qu'il y a 200 Ma, la période des oscillations de l'excentricité orbitale terrestre était de seulement 1,7 Ma, contre 2,4 Ma aujourd'hui,. Par ailleurs, des oscillations plus fines ont été détectées, de périodes allant de 19 000 à 100 000 ans.

Les données contemporaines sont indiquées dans le tableau suivant :

Pendant la plus grande partie de l'Histoire, l' humanité ne connaît pas le concept d'un système planétaire. En effet, la plupart des érudits jusqu'au Moyen Âge tardif puis à la Renaissance perçoivent la Terre comme stationnaire au centre de l' Univers et considèrent qu'elle est catégoriquement différente des objets qui se déplacent dans le ciel. Tout d'abord, le Soleil est perçu comme en rotation autour de la Terre afin d'expliquer le cycle du jour et de la nuit, tandis que les étoiles sont imaginées sur une sphère également en rotation autour de la Terre et que les comètes font partie de l' atmosphère terrestre.

Toutefois, les cinq planètes les plus proches de la Terre (Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne) sont connues depuis la Préhistoire car visibles à l' œil nu. Les astronomes mésopotamiens parviennent dès le millénaire av. J.-C. à arithmétiquement décrire leurs mouvements dans le ciel terrestre, l'étude de ces positions étant le fondement de leur divination, ; l' astronomie chinoise remplit également ce rôle proche de l' astrologie. Les astronomes grecs, notamment Eudoxe de Cnide puis Aristote ( siècle av. J.-C.), utilisent eux la géométrie et supposent l'existence de sphères concentriques pour chaque planète - qu'ils nomment πλανήτης ou planētēs, signifiant " errant " - s'agençant de façon complexe afin de justifier leurs mouvements irréguliers vus depuis la Terre,. Avec le Soleil et la Lune, il s'agit des seuls membres du Système solaire connus avant les observations instrumentales. Les sept astres sont alors associés et ont une influence dans la culture, étant par exemple à l'origine des noms des jours de la semaine.

Mouvement apparent des planètes vu de la Terre, impliquant un modèle géocentrique complexe.

Tous les astres sont supposés sphériques, comme le sont la Lune ou la Terre, afin de respecter une forme de " perfection divine ". Le modèle géocentrique d'Aristote est ensuite simplifié par Hipparque ( siècle av. J.-C.) puis perfectionné par Ptolémée ( siècle) dans son grâce à l' épicycle, qui suppose une rotation de la Terre sur elle-même et des astres assimilés à des étoiles fixes ; ce modèle sera dominant parmi les savants jusqu'au siècle,,.

Le philosophe grec Aristarque de Samos est le premier à spéculer sur une organisation héliocentrique du cosmos au siècle av. J.-C.,. Certains historiens soutiennent que l'astronome indien Aryabhata l'aurait également fait de façon indépendante vers le siècle - ce qui demeure très contesté,.. Bien plus tard, l'astronome polonais Nicolas Copernic est le premier à développer un modèle héliocentrique mathématiquement, au siècle, notamment dans son traité Des révolutions des sphères célestes,,. Alors que le modèle géocentrique nécessite des tracés complexes, le sien est plus simple et permet de mettre en relation la distance des planètes au Soleil et leur période de révolution. Cependant, son système est considéré absurde par ses contemporains, souvent par considérations religieuses, mais également parce que Tycho Brahe lui oppose l'absence de déplacement visible des étoiles fixes au cours de l'année par parallaxe ; celui-ci existe pourtant, mais est trop faible pour être mesuré avec les instruments de l'époque. Tycho Brahe propose aussi un compromis, le système tychonique où les planètes tournent autour du Soleil et celui-ci tourne autour de la Terre, mais le modèle héliocentrique devra attendre l'avènement des observations instrumentales pour s'imposer.

Réplique du télescope d'Isaac Newton de 1672 au Musée Whipple d'histoire des sciences de Cambridge.

Les premières observations du Système solaire en tant que tel sont réalisées à partir de la mise au point par les astronomes de la lunette astronomique, puis du télescope, au début du siècle. Galilée est parmi les premiers à découvrir des détails physiques sur d'autres corps grâce à sa lunette : il observe dès 1609 que la Lune est couverte de cratères, que le Soleil possède des taches et que quatre satellites, les satellites galiléens, orbitent autour de Jupiter,. La découverte de satellites d'une autre planète que la Terre associée à l'observation des phases de Vénus permettent de populariser le modèle héliocentrique de Nicolas Copernic,,. Par ailleurs, elles permettent de légitimer l'idée que les mêmes lois physiques s'appliquent aux autres planètes, ce qui sera ensuite formalisé par les lois de Kepler, puis par la loi universelle de la gravitation proposée par Isaac Newton.

Dessins de Galilée des orbites des satellites galiléens, alors appelés Medicea Sidera, autour de Jupiter, dans Sidereus nuncius en 1610.

L'invention d'un nouvel oculaire convergent permet à Christian Huygens de poursuivre les avancées de Galilée en découvrant Titan, satellite de Saturne, et la forme des anneaux de cette planète, bien qu'il les pense solides,. Ses observations des planètes le font aussi aboutir à une première estimation de la distance Terre-Soleil donnant environ 25 000 rayons terrestres, soit 160 millions de kilomètres, et donc très proche de la valeur réelle. Jean-Dominique Cassini découvre ensuite quatre autres lunes de Saturne, la division de Cassini dans ses anneaux et la Grande Tache rouge sur Jupiter,,. Observant des légères variations sur des éphémérides de Io autour de Jupiter en fonction de la direction de la Terre, il propose par ailleurs que la lumière se déplace à une vitesse finie, ce qui est repris sans crédit par Ole Christensen Rømer.

Les questions posées par le fonctionnement d'un Système solaire héliocentrique trouvent des réponses grâce à la mécanique newtonienne, exposée pour la première fois dans Principes mathématiques de la philosophie naturelle en 1687. Cependant, très révolutionnaire, elle est d'abord rejetée. Toutefois, le concept commence à être discuté et la première occurrence connue du terme " Système solaire " date d'environ 1704,. La première vérification expérimentale de la théorie de Newton est produite en 1758, lorsqu'une prédiction faite en 1716 par Edmond Halley se produit avec la réapparition de la comète qui porte son nom. Le siècle est également marqué par l'amélioration des télescopes permettant, entre autres, l'observation précise des transits de Vénus de 1761 et de 1769 aboutissant à de nouvelles mesures des distances dans le Système solaire.

Gravure du télescope de 40 pieds (12 mètres) de William Herschel.

La distribution des planètes est ensuite théorisée comme suivant la loi de Titius-Bode, une relation empirique de la distribution des planètes selon une suite arithmético-géométrique, ce qui est corroboré par deux découvertes majeures,. En 1781, William Herschel observe ce qu'il pense être une nouvelle comète, mais dont l'orbite révèle qu'il s'agit d'une nouvelle planète, Uranus,. En 1801, Giuseppe Piazzi découvre Cérès, un petit corps situé entre Mars et Jupiter qui est initialement considéré comme une nouvelle planète. Des observations ultérieures révèlent qu'en réalité des milliers d'autres objets existent dans cette région, ce qui conduit à leur reclassification comme astéroïdes,,.

Les écarts entre la position d'Uranus et les calculs théoriques de son orbite conduisent à suspecter qu'une autre planète, plus lointaine, en perturbe le mouvement,. Les calculs d' Urbain Le Verrier permettent la découverte de Neptune par Johann Gottfried Galle en 1846, invalidant davantage la loi de Titius-Bode,. La précession du périhélie de Mercure conduit également Le Verrier à postuler, en 1859, l'existence d'une planète située entre Mercure et le Soleil, Vulcain. Ceci s'avère finalement faux et ce phénomène est ensuite expliqué en 1915 comme un test expérimental de la relativité générale,,.

Les anomalies de trajectoire des planètes externes font émettre par Percival Lowell l'hypothèse d'une planète X. Après sa mort, l' observatoire Lowell conduit une recherche qui aboutit à la découverte de Pluton par Clyde Tombaugh en 1930,. Si Pluton est d'abord considérée comme plus grande que la Terre, sa taille est progressivement réévaluée à la baisse et l'objet est en réalité trop petit pour perturber les orbites des planètes géantes ; sa découverte est donc une coïncidence,,. Comme Cérès, elle est d'abord considérée comme une planète avant d'être reclassifiée en 2006 comme planète naine, à la suite de la découverte d' Éris, un objet épars de taille similaire, en 2005,.

En 1992, David Jewitt et Jane Luu découvrent . Cet objet se révèle le premier d'une nouvelle catégorie, la ceinture de Kuiper, un analogue glacé à la ceinture d'astéroïdes et dont Pluton fait partie,.

Un point bleu pâle, photographie de la Terre (entourée d'un cercle) prise par la sonde Voyager 1 , à six milliards de kilomètres de distance. Les raies lumineuses sont des pics de diffraction provenant du Soleil, situé sur la gauche.

Depuis le début de l' ère spatiale, de nombreuses missions d' exploration spatiale par des sondes spatiales sont mises en œuvre. Toutes les planètes du Système solaire ont été visitées à divers degrés par des sondes, faisant l'objet au minimum de prises de mesures et de photographies et recevant pour certaines des atterrisseurs, venus étudier les sols et les atmosphères extraterrestres. De nombreux autres objets sont également étudiés de cette manière, comme le Soleil, des astéroïdes, des planètes naines, des comètes ou les satellites naturels de planètes,.

Le vol spatial prend son essor à la fin de la Seconde Guerre mondiale grâce aux avancées allemandes dans le domaine des fusées. L'histoire du vol spatial est ensuite marquée par une forte concurrence entre l' URSS et les États-Unis, appelée " course à l'espace " où, pour des motifs de prestige national liés à la guerre froide, les deux puissances investissent grandement afin d'être premiers à réaliser certains exploits,. Le premier objet humain lancé dans l' espace est le satellite soviétique , en 1957, qui orbite autour de la Terre pendant trois mois. La sonde américaine de la NASA , lancée en 1959, est le premier satellite à renvoyer une image de la Terre prise de l'espace. La première sonde à voyager avec succès vers un autre corps est , qui survole la Lune en 1959 ; à l'origine, elle devait la percuter, mais manque sa cible et devient en conséquence le premier objet artificiel à entrer en orbite héliocentrique,. est la première sonde à survoler une autre planète, Vénus, en 1962. Le premier survol réussi de Mars est réalisé par en 1964, tandis que Mercure est approchée pour la première fois par en 1974,.

La première sonde à explorer les planètes externes et leur système de satellites est , qui survole Jupiter en 1973, tandis que visite Saturne pour la première fois en 1979,. Les deux sondes du programme Voyager réalisent un survol de toutes les planètes géantes à partir de leur lancement en 1977. Elles survolent Jupiter en 1979 et Saturne en 1980 et 1981. dévie pour survoler la lune de Saturne Titan tandis que continue ensuite par un survol d'Uranus en 1986, et de Neptune en 1989,,. Les sondes continuent ensuite leur chemin vers l' héliogaine et l' héliopause. La NASA confirme officiellement en 2012 que se trouve alors à plus de 18 milliards de kilomètres du Soleil et a quitté l' héliosphère, se trouvant donc désormais dans le milieu interstellaire. Le premier objet de la ceinture de Kuiper visité par une sonde est la planète naine Pluton, survolée par en 2015.

En 1966, la Lune devient le premier objet du Système solaire extraterrestre autour duquel un satellite artificiel est mis en orbite, . Elle est notamment suivie par Mars en 1971, étudiée par , Vénus en 1975, avec , Jupiter en 1995, par , l'astéroïde Éros en 2000, par , Saturne en 2004, par Cassini-Huygens, Mercure en 2011, par , Vesta en 2011 et Cérès en 2015, par .

La première sonde à atteindre la surface d'un autre corps que la Terre est , qui impacte la Lune en 1959, tandis que le premier atterrissage sur la Lune sans dommage est réalisé par en 1966. La surface de Vénus est atteinte en 1966 par , celle de Mars en 1971 par - le premier atterrissage sur Mars est réalisé par en 1976 -, sur Titan en 2005 par . L'orbiteur Galileo lâche également une sonde dans l'atmosphère de Jupiter en 1995, mais la planète ne possédant pas de surface à proprement parler, la sonde est détruite par la température et la pression lors de sa descente. L'orbiteur Cassini subit le même sort sur Saturne, en 2017.

L'exploration humaine du Système solaire est toujours limitée aux environs immédiats de la Terre. Le premier être humain à atteindre l' espace, limite définie par la ligne de Kármán à 100 km d'altitude, et à orbiter autour de la Terre, est le cosmonaute soviétique Youri Gagarine, le , lors du vol ,. Le premier homme à marcher sur une autre surface du Système solaire est l'astronaute américain Neil Armstrong, qui atterrit sur la Lune le lors de la mission ,. La première station orbitale pouvant héberger plus d'un passager est la soviétique , qui accueille un équipage de trois astronautes en 1971. La première station permanente est la station spatiale soviétique , qui est occupée en continu entre 1989 et 1999. Ces stations, nées des luttes idéologiques, laissent ensuite place à une collaboration internationale pour la Station spatiale internationale, hébergeant une présence humaine dans l'espace depuis 1998,.

On appelle planète X toute planète hypothétique supposée se situer au-delà de Neptune et qui consisterait la neuvième planète du Système solaire. En particulier, un regroupement inhabituel de trajectoires et d'inclinaison orbitale d' objets transneptuniens extrêmes conduit certaines astronomes à supposer l'existence d'un objet nommé planète Neuf qui en serait la cause,.

En 2016, les astronomes Mike Brown et Konstantin Batyguine, du California Institute of Technology, pensent apporter les preuves de l'existence de cette nouvelle planète ayant une période de révolution d'environ 15 000 ans, une orbite vingt fois plus éloignée que Neptune et une masse d'environ dix fois celle de la Terre,. Cette thèse demeure néanmoins très contestée et d'autres explications sont proposées pour expliquer ces regroupements, notamment parce qu'aucune observation de cette planète n'a pu être réalisée lors de relevés astronomiques tels que le Wide-field Infrared Survey Explorer ou Pan-STARRS,,,.

Cette section présente une sélection d'objets du Système solaire ordonnés par taille décroissante. Seuls figurent ceux dont il a été réalisé une photographie en bonne qualité, notamment grâce à l' exploration spatiale. Ainsi, certains objets omis sont plus grands que beaucoup d'autres listés ici, dont Éris, Hauméa, Makémaké ou Néréide.

1. Au , 1 086 655 planètes mineures réparties comme suit sans que ces catégories soient mutuellement exclusives :

2. Un moyen mnémotechnique pour retenir les huit planètes par ordre de distance croissante avec le Soleil est la phrase suivante, qui comprend leurs huit initiales : " MEs Vieilles Tortues MArchent Justement Sur Un Ninja ".

3. Le pic central de Rheasilvia, sur l'astéroïde , est potentiellement plus haut et donc le plus haut sommet du Système solaire.

4. 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° ".

5. Comme les planètes géantes n'ont pas de surface à proprement parler, cette mesure est évaluée là où la pression vaut 1 bar.

6. Comme les planètes géantes n'ont pas de surface à proprement parler, cette mesure est évaluée là où la pression vaut 1 bar.

7. La rotation d'Uranus est considérée par convention comme étant rétrograde, l'inclinaison de son axe est supérieure à 90°. On pourrait dire que son axe est incliné de " -82,23° ".

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Système solaire Principaux composants du Système solaire (couleurs naturelles et tailles relatives correctes, mais échelle non respectée). De droite à gauche : le Soleil, Mercure, Vénus, la Terre et la Lune (à peine visible), Mars, Jupiter et ses lunes, Saturne et ses lunes, Uranus et ses lunes, Neptune et Triton, et des objets de la ceinture de Kuiper.

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Vénus

Vénus en vraies couleurs vue par Mariner 10.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

108 209 500 km
(0,723 336 au)

Aphélie

108 943 000 km
(0,728 24 au)

Périhélie

107 476 000 km
(0,718 43 au)

Circonférence orbitale

679 892 000 km
(4,544 8 au)

Période de révolution

224,667 d

Période synodique

583,92 d

Vitesse orbitale moyenne

35,025 71 km/s

Vitesse orbitale maximale

35,264 3 km/s

Vitesse orbitale minimale

34,789 5 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

3,394 71 °

Nœud ascendant

76,68 °

Argument du périhélie

54,9 °

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

6 051,8 ± 1,0 km
(0,949 Terre)

Rayon polaire

6 051,8 ± 1,0 km
(0,952 Terre)

Rayon moyen
volumétrique

6 051,8 ± 1,0 km
(0,950 Terre)

Périmètre équatorial

38 025 km
(0,949 Terre)

Superficie

4,60 × 10 ⁸ km²
(0,902 Terre)

Volume

9,284 3 × 10 ¹¹ km³
(0,857 Terre)

Masse

4,867 5 × 10 ²⁴ kg
(0,815 Terre)

Masse volumique globale

5,204 × 10 ³ kg/m³

Gravité de surface

8,87 m/s²
(0,905 g)

Période de rotation
(jour sidéral)

−243,023 d

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

6,52 km/h

Irradiance solaire

2 601,3 W/m²
(1,902 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

* Maximum

* Moyenne

* Minimum

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

9,3 × 10 ⁶ Pa

Masse volumique au sol

~ 65 kg/m³

Masse totale

4,80 × 10 ²⁰ kg

Hauteur d'échelle

15,9 km

Masse molaire moyenne

43,45 g/ mol

Histoire

Nom chinois
(élément associé)

Jīnxīng 金星 (métal)

Vénus est la deuxième planète du Système solaire par ordre d'éloignement au Soleil, et la sixième plus grosse aussi bien par la masse que le diamètre.

Vénus orbite autour du Soleil tous les 224,7 terrestres. Avec une période de rotation de 243 jours terrestres, il lui faut plus de temps pour tourner autour de son axe que toute autre planète du Système solaire. Comme Uranus, elle possède une rotation rétrograde et tourne dans le sens opposé à celui des autres planètes : le soleil s'y lève à l' ouest et se couche à l' est. Vénus possède l'orbite la plus circulaire des planètes du Système solaire avec une excentricité orbitale presque nulle et, du fait de sa lente rotation, est quasiment sphérique ( aplatissement considéré comme nul). Elle ne possède pas de satellite naturel.

Vénus est l'une des quatre planètes telluriques du Système solaire. Elle est parfois appelée la " planète sœur " de la Terre en raison des similitudes relatives de leurs diamètres, masses, proximités au Soleil et compositions. Par d'autres aspects, elle est radicalement différente de la Terre : son champ magnétique est bien plus faible et elle possède une atmosphère beaucoup plus dense, composée de dioxyde de carbone à plus de 96 %. La pression atmosphérique à la surface de la planète est ainsi 92 fois supérieure à celle de la Terre, soit environ la pression ressentie, sur Terre, à 900 mètres sous l'eau. Elle est de loin la planète la plus chaude du Système solaire - même si Mercure est plus proche du Soleil - avec une température de surface moyenne de 462 (735 ). La planète est enveloppée d'une couche opaque de nuages d' acide sulfurique, hautement réfléchissants pour la lumière visible, empêchant sa surface d'être vue depuis l'espace. Bien que la présence d'océans d' eau liquide à sa surface par le passé soit supposée, la surface de Vénus est un paysage désertique sec et rocheux où se déroule toujours un volcanisme. La topographie de Vénus présente peu de reliefs élevés et consiste essentiellement en de vastes plaines géologiquement très jeunes : quelques centaines de millions d'années.

En tant que deuxième objet naturel le plus brillant du ciel nocturne après la Lune, Vénus peut projeter des ombres et peut quelquefois être visible à l' œil nu en plein jour. Vénus étant une planète inférieure, elle reste proche du soleil dans le ciel, apparaissant soit à l'ouest juste après le crépuscule, soit à l'est peu avant l' aube. Du fait de son importante magnitude apparente, Vénus a fait l'objet des premières observations astronomiques et a été la première planète dont l'Homme ait tracé les mouvements, dès le deuxième millénaire avant notre ère. Elle a aussi été intégrée à de nombreuses mythologies en tant qu' étoile du matin et qu'étoile du soir puis, par la suite, a été source d'inspiration pour les écrivains et les poètes. Elle doit ainsi son nom à la déesse romaine de l'amour. Elle est également connue dans la culture occidentale sous le nom d'" étoile du berger ".

Vénus a été un objectif privilégié pour les premières explorations interplanétaires du fait de son faible éloignement de la Terre. C'est la première planète visitée par un véhicule spatial ( en 1962) et la première où une sonde spatiale se soit posée avec succès ( en 1970). Les épais nuages de Vénus rendant impossible l'observation de sa surface en lumière visible, les premières cartes détaillées ont été réalisées à partir des images de l' orbiteur Magellan en 1991. Des projets d' astromobiles ( rovers) et de missions plus complexes ont également été envisagés.

Caractéristiques physiques

Vénus est l'une des quatre planètes telluriques du Système solaire, ce qui signifie qu'elle possède un corps rocheux comme la Terre. Elle est comparable à la Terre en taille et en masse, et souvent décrite comme la " sœur " ou " jumelle " de la Terre,. Son diamètre vaut 95 % de celui de la Terre, et sa masse un peu plus de 80 %. Néanmoins, si sa géologie est sans doute proche de celle de la Terre, les conditions qui règnent à sa surface diffèrent radicalement des conditions terrestres.

Vénus est notamment la planète la plus chaude du Système solaire du fait de son atmosphère beaucoup plus dense que l' atmosphère terrestre. Les phénomènes géologiques affectant la croûte vénusienne semblent également spécifiques à cette planète et sont à l'origine de formations géologiques parfois uniques dans le Système solaire telles que coronae, arachnoïdes et farra, attribuées à des manifestations atypiques de volcanisme.

Vénus possède une atmosphère extrêmement dense. Elle se compose majoritairement de dioxyde de carbone (CO ₂) à 96,5 % et d'une faible quantité de diazote à 3,5 %. Cette atmosphère est occupée par d'épais nuages de dioxyde de soufre. La masse de son atmosphère est 93 fois supérieure à celle de la Terre, tandis que la pression à sa surface est environ 92 fois supérieure à celle de la Terre, soit une pression équivalente à celle ressentie sur Terre à une profondeur de près de 900 mètres sous le niveau de la mer. La densité en surface est de 65 kg/m ³, ce qui représente 50 fois la densité de l'atmosphère terrestre à 293 K (20 °C) au niveau de la mer.

Cette atmosphère, riche en dioxyde de carbone, est à l'origine du plus fort effet de serre du Système solaire, créant des températures de surface d'environ 735 K (462 °C),. Ainsi, la surface de Vénus est plus chaude que celle de Mercure, qui a une température de surface minimale de 53 K (−220 °C) et maximale de 700 K (427 °C) (pour la face exposée au Soleil le plus longtemps),, bien que Vénus soit environ deux fois plus éloignée du Soleil et ne reçoive donc qu'environ 25 % de l' irradiance solaire de Mercure d'après la loi en carré inverse.

Des études publiées dans les années 2000 suggèrent d'abord que l'atmosphère de Vénus aurait auparavant ressemblé à celle entourant la Terre et qu'il pouvait y avoir eu des quantités importantes d'eau liquide à sa surface,. Puis, après une période pouvant s'étendre de 600 millions à plusieurs milliards d'années, un effet de serre grandissant est apparu du fait de l'évaporation de cette eau originellement présente et aboutissant finalement au niveau critique actuel de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Toutefois, en 2021, une nouvelle étude indique que les conditions climatiques de Vénus n'auraient jamais permis la formation d'océans d'eau liquide à sa surface,.

L'existence de la foudre dans l'atmosphère de Vénus est controversée depuis les premières suspicions lors du programme Venera soviétique,,.

En 2006 et 2007, Venus Express détecte des ondes de plasma, signature de la foudre. Leur apparition intermittente suggère une association avec l'activité météorologique et, d'après ces mesures, le taux de foudre serait d'au moins la moitié de celui de la Terre. Cependant, d'autres instruments de la mission ne détectent pas de foudre. Par ailleurs, l'origine de cette foudre reste incertaine,.

En , et dans une moindre mesure en et des chercheurs travaillant sur la sonde spatiale observent des formes d'arc dans l'atmosphère de Vénus. Cela est considéré comme une preuve de l'existence des plus grandes ondes de gravité stationnaires du Système solaire découvertes à ce jour,,.

Couches de l'atmosphère

L' atmosphère vénusienne peut se diviser sommairement en trois parties : la basse atmosphère, la couche nuageuse et la haute atmosphère,.

Basse atmosphère

Image en proche infrarouge (2,3 µm) des profondeurs de l'atmosphère de Vénus obtenue par la sonde Galileo. Les régions sombres sont la silhouette des nuages apparaissant en négatif sur la basse atmosphère, très chaude et donc très lumineuse dans l'infrarouge.

La basse atmosphère se situe entre d'altitude et est relativement transparente.

La composition de la basse atmosphère est décrite dans le tableau ci-dessous. Le dioxyde de carbone y domine largement, le gaz secondaire étant l'azote et tous les autres étant des constituants mineurs (~300 en tout). À cette pression (9,3 MPa) et à cette température (740 K), le n'est plus un gaz, mais un fluide supercritique (intermédiaire entre gaz et liquide), d'une masse volumique voisine de 65 .

L' effusivité thermique et le transfert de chaleur par les vents dans la basse atmosphère signifient que la température de la surface de Vénus ne varie pas de manière significative entre les hémisphères éclairé et obscur malgré la rotation très lente de la planète. Les vents de surface sont lents, se déplaçant à quelques kilomètres par heure, mais en raison de la forte densité de l'atmosphère en surface, ils exercent une force importante contre les obstacles. Cette force rendrait à elle seule difficile le déplacement d'un être humain.

Couche nuageuse

Au-dessus des couches denses de CO ₂ se trouvent, à entre 45 km et 70 km de la surface, des couches de nuages épais d' acide sulfurique sous forme de gouttelettes, formé de dioxyde de soufre et d'eau (état solide et gazeux) par une réaction chimique entraînant l'hydrate d'acide sulfurique. Les gouttelettes d'acide sulfurique sont en solution aqueuse, constituées à 75 % d'acide sulfurique et à 25 % d'eau. L'atmosphère contient aussi environ 1 % de chlorure ferrique et d'autres constituants possibles pour la composition de ces nuages sont le sulfate de fer, le chlorure d'aluminium et le pentoxyde de phosphore.

Ces nuages réfléchissent environ 90 % de la lumière solaire dans l'espace, empêchant l'observation visuelle de la surface de Vénus. Ceux-ci sont également la cause de sa brillance dans le ciel terrestre, lui conférant un albédo de Bond de 0,77. Cette couverture nuageuse permanente signifie que bien que Vénus soit plus proche que la Terre du Soleil, elle reçoit moins de lumière solaire au sol car seulement 5 % des rayons y parviennent.

Les vents violents de plus de 300 km/h qui entraînent les plus hauts nuages font le tour de Vénus en quatre à cinq jours terrestres. Ces vents se déplacent jusqu'à soixante fois la vitesse de la rotation de la planète ; par comparaison, les vents les plus rapides de la Terre n'ont qu'une vitesse de 10 à 20 % de la vitesse de rotation terrestre.

Bien que les conditions de surface sur Vénus n'y soient pas propices, certains spéculent sur la possibilité de vie dans les couches supérieures des nuages de Vénus (où les températures varient entre 30 et 80 °C), malgré un environnement acide,,.

Si Vénus n'a pas de saisons en tant que telles, les astronomes identifient en 2019 une variation cyclique de l'absorption du rayonnement solaire par l'atmosphère, probablement causée par des particules opaques en suspension dans les nuages supérieurs. La variation provoque des changements observés dans la vitesse des vents de Vénus et semble augmenter et diminuer avec le cycle de taches solaires du Soleil s'écoulant sur onze ans.

Haute atmosphère

La mésosphère de Vénus s'étend de 65 km à 120 km d'altitude et la thermosphère débute à environ 120 km, atteignant probablement la limite supérieure de l'atmosphère ( exosphère) entre 220 et 350 km.

En 2007, la sonde Venus Express découvre l'existence d'un vortex atmosphérique double au pôle sud, puis, en 2011, découvre également l'existence d'une couche d' ozone dans les hautes couches de l'atmosphère de Vénus. Cependant, cette couche étant très faible, on considère que Vénus ne possède aucune stratosphère.

En , l' ESA rapporte que l' ionosphère de Vénus ruisselle vers l'extérieur d'une manière similaire à celle de la queue d'une comète,.

Profil topographique de Vénus : au nord-ouest, les plateaux d'Ishtar Terra et de Lakshmi Planum (en ocre clair), où culmine le mont Maxwell (en rouge et blanc) ; au sud de l'équateur, le plateau d'Aphrodite Terra, avec le volcan Maat Mons tout à fait à l'est (en ocre et rouge) ; au sud-est, Alpha Regio en vert très foncé, et, plus à l'ouest, en ocre, Beta Regio ; en vert et bleu foncé, les vastes plaines de Vénus ; en bleu plus clair, les dépressions vénusiennes.

La surface vénusienne a fait l'objet de spéculations, du fait de ses épais nuages renvoyant la lumière visible, jusqu'à ce que l'envoi de sondes spatiales ne permette de l'étudier. Les missions Venera en 1975 et 1982 ont renvoyé des images d'une surface couverte de sédiments et de roches relativement anguleuses. La surface a été cartographiée en détail par Magellan en 1990-91,. Le sol montre alors des signes de volcanisme important, et le soufre relevé dans l'atmosphère semble indiquer des éruptions récentes,.

Vénus ayant un aplatissement nul, les altitudes y sont définies par rapport au rayon moyen volumétrique de la planète, qui vaut 6 051,8 km. C'est une planète au relief assez peu accidenté : les quatre cinquièmes de sa surface sont recouverts de plaines volcaniques à faible pente. La surface vénusienne est principalement occupée à hauteur de 70 % par de vastes plaines sans grand relief. Baptisées planitiae en géomorphologie planétaire, les principales d'entre elles sont Atalanta Planitia, Guinevere Planitia ou encore Lavinia Planitia. Elles sont parsemées de cratères. Ces plaines, de nature a priori volcanique, se creusent par endroits jusqu'à 2 900 m sous le niveau moyen de la surface, au niveau de dépressions couvrant environ un cinquième de la surface de la planète. Les 10 % de plaines restantes sont lisses ou lobées.

Les plateaux (aussi appelés Hautes Terres ou ), reliefs élevés parfois comparés aux continents terrestres, représentent ainsi moins de 15 % de la surface de la planète (contrairement aux 29 % de surface occupées par des continents sur Terre). Deux sont particulièrement remarquables par leurs dimensions, l'un se trouvant dans l'hémisphère nord de la planète et l'autre juste au sud de l'équateur.

Le continent nord, près des régions polaires, est appelé Ishtar Terra d'après Ishtar la déesse babylonienne de l'amour. Ses dimensions de 3 700 × 1 500 km sont un peu supérieures à celles de l' Australie. Il s'agit d'un ensemble géologique essentiellement volcanique à l'ouest, avec notamment la formation Lakshmi Planum, et orogénique à l'est, où se trouve Skadi Mons, point culminant de la planète à 10 700 m, dans la chaîne des Maxwell Montes, puis l'immense Fortuna Tessera qui est une région de terrains typiquement vénusiens.

Le continent sud est appelé Aphrodite Terra, après la déesse grecque de l'amour. Il est trois fois plus étendu que le précédent, ayant une superficie similaire à celle de l' Amérique du Sud. Ses reliefs y sont cependant moins élevés, présentant un réseau de fragments de plateaux dans un ensemble de tesserae prolongé au sud-est et surtout au nord-est par des coronae et des volcans, parmi lesquels Maat Mons, le plus haut volcan vénusien,.

D'autres régions élevées, de moindre importance, existent également. C'est le cas d' Alpha Regio, une série de cuvettes, d' arêtes, et de plis qui s'agencent dans toutes les directions avec une altitude moyenne de ; ou encore de Beta Regio, remarquable puisqu'on y aurait trouvé de hautes formations volcaniques dont certains sommets, récents, dépasseraient 5 000 m d'altitude. Avec l' Ovda Regio et les Maxwell Montes, du nom de James Clerk Maxwell, ce sont les seules caractéristiques de la surface vénusienne à être nommées d'après un nom masculin, avant l'adoption du système actuel par l' Union astronomique internationale. La nomenclature planétaire actuelle est de nommer les caractéristiques vénusiennes d'après des femmes historiques et mythologiques.

La planète montre peu de cratères d'impact, ce qui indique que la surface est relativement jeune, avec environ 300 à 600 millions d'années,. Vénus possède des caractéristiques de surface uniques en plus des cratères d'impact, des montagnes et des vallées que l'on trouve couramment sur les planètes telluriques. Parmi ceux-ci se trouvent des éléments volcaniques à sommet plat appelés " farra ", ressemblants à des pancakes, et dont le diamètre varie de 20 à 50 km et la hauteur de 100 à 1 000 mètres. On y trouve aussi des fractures concentriques ressemblant à des toiles d'araignées appelées " arachnoïdes " et des anneaux de fractures parfois entourés d'une dépression, nommées " coronae ". Ces caractéristiques sont d'origine volcanique.

La longitude des caractéristiques physiques de Vénus est exprimée par rapport à son méridien principal. Celui-ci était à l'origine défini comme traversant une tache lumineuse appelée Eve, située au sud d'Alpha Regio. Une fois les missions Venera terminées, le méridien principal a été redéfini pour passer par le pic central du cratère Ariadne,. Par ailleurs, la surface de la planète est répartie entre 62 quadrangles cartographiés au 1:5 000 000.

Fotla Corona, une corona de 200 km de diamètre (Magellan, 1991).

La température de surface de Vénus varie peu selon les latitudes et longitudes (elle est isotherme). La température est constante non seulement entre les deux hémisphères mais aussi entre l'équateur et les pôles,. L' inclinaison de l'axe très faible de Vénus - moins de 3°, contre 23° sur Terre - minimise également les variations saisonnières de température. Ainsi, l'altitude est donc l'un des rares facteurs qui puisse affecter la température vénusienne. Le point culminant de Vénus, Maxwell Montes, est donc le point le plus froid avec une température d'environ 655 K (380 °C) et une pression atmosphérique de 4,5 MPa (45 bar),.

En 1995, la sonde spatiale Magellan prend en image une substance très réfléchissante au sommet des plus hauts sommet montagneux, ressemblant à la neige qu'on trouve aux sommets des montages terrestres. Cette substance s'est probablement formée à partir d'un processus similaire à la neige, bien que celui-ci se déroule à une température beaucoup plus élevée. Trop volatile pour se condenser à la surface de la planète, elle se serait ainsi élevée sous forme gazeuse à des altitudes plus élevées pour finalement y précipiter du fait des températures plus faibles. La composition de cette substance n'est pas connue avec certitude, mais il est supposé qu'elle puisse être du tellure ou du galène (sulfure de plomb).

Par ailleurs, des mesures d' émissivité à 1,18 réalisées en suggèrent une relative abondance des granites et autres roches felsiques sur les terrains les plus élevés - qui sont généralement les plus anciens - de la planète. Cela impliquerait l'existence passée d'un océan global assorti d'un mécanisme de recyclage de l'eau dans le manteau susceptible d'avoir produit de telles roches. À l'instar de Mars, Vénus aurait ainsi peut-être connu, il y a plusieurs milliards d'années, des conditions tempérées permettant l'existence d'eau liquide en surface, eau aujourd'hui disparue - par évaporation puis dissociation photochimique dans la haute atmosphère,.

Une grande partie de la surface vénusienne semble avoir été façonnée par l'activité volcanique. Vénus compte beaucoup plus de volcans que la Terre, dont 167 grands volcans de plus de 100 km de diamètre ; le seul complexe volcanique terrestre ayant au moins ce diamètre est la grande île d'Hawaï. Ceci n'est pas la conséquence d'une plus grande activité volcanique sur Vénus, mais surtout de l'ancienneté de sa croûte. La croûte océanique, sur Terre, est continuellement recyclée par subduction aux limites des plaques tectoniques et a une moyenne d'âge d'environ 100 millions d'années tandis que la surface vénusienne est estimée à 300-600 millions d'années.

Plusieurs éléments indiquent une activité volcanique en cours sur Vénus. Les concentrations de dioxyde de soufre dans l'atmosphère ont diminué d'un facteur dix entre 1978 et 1986, puis ont bondi en 2006, avant à nouveau de diminuer d'un facteur dix entre 2006 et 2012. Cela peut signifier que les niveaux avaient augmenté à la suite de grandes éruptions volcaniques,. Il reste ainsi sur Vénus un volcanisme résiduel, entraînant parfois la présence de lave en fusion au sol. Il est également suggéré que la foudre vénusienne pourrait provenir de l'activité volcanique, et donc être de la foudre volcanique. En , des astronomes rapportent des preuves suggérant que Vénus était actuellement volcaniquement active,.

Vénus en 1975 vue par Venera 9.

En 2008 et 2009, la première preuve directe d'un volcanisme en cours est observée par Venus Express, sous la forme de quatre points chauds infrarouges localisés dans la zone de rift Ganis Chasma, près du volcan bouclier Maat Mons culminant à 8 km. Trois des taches ont été observées lors de plusieurs orbites successives. Les géologues pensent ainsi que ces taches représentent de la lave fraîchement libérée par des éruptions volcaniques,. Les températures réelles ne sont pas connues, car la taille des points chauds n'a pas pu être mesurée, mais devait être contenue dans un intervalle de 800 K (527 °C) à 1 100 K (827 °C) tandis que la température normale est évaluée à 740 K (467 °C).

D'autres Montes sont remarquables, avec par exemple le volcan bouclier Gula Mons atteignant une altitude de 3 000 m dans l'ouest d' Eistla Regio ou encore Theia Mons et Rhea Mons dans la Beta Regio. Séparés de 800 km, ces deux derniers ont été formés par le panache du manteau lors de l'apparition de Devana Chasma. Les sondes soviétiques Venera 15 et Venera 16 ont répertorié des cratères d'impact à la surface de Vénus. Il en existe près d'un millier, ceux-ci étant répartis uniformément sur la planète. Sur d'autres corps cratérisés, comme la Terre et la Lune, les cratères montrent une gamme d'états de dégradation. Sur la Lune la dégradation est causée par des impacts ultérieurs, tandis que sur Terre elle est causée par l'érosion éolienne et pluviale. Cependant, sur Vénus, environ 85 % des cratères sont en parfait état. Le nombre de cratères, ainsi que leur état préservé, indique que la planète a subi un événement de resurfaçage global (c'est-à-dire le renouvellement quasi complet de sa surface) il y a environ 300 à 600 millions d'années, suivi d'une décroissance du volcanisme. Aussi, alors que la croûte terrestre est en mouvement continu, Vénus serait incapable de soutenir un tel processus. Sans tectonique des plaques pour dissiper la chaleur de son manteau, Vénus subit plutôt un processus cyclique dans lequel les températures du manteau augmentent jusqu'à atteindre un niveau critique qui affaiblit la croûte. Puis, sur une période d'environ 100 millions d'années, la subduction se produit à grande échelle, recyclant complètement la croûte.

Les cratères vénusiens ont un diamètre pouvant aller de 3 à 280 km. Aucun cratère n'est plus petit que 3 km, en raison de l'atmosphère dense de la planète : les objets n'ayant pas suffisamment d' énergie cinétique sont tellement ralentis par l'atmosphère qu'ils ne créent pas de cratère d'impact. Ainsi les projectiles entrants ayant un diamètre inférieur à 50 mètres se fragmenteront avant d'atteindre le sol.

Sans données sismiques, peu d'informations directes sont disponibles sur la structure interne et la géochimie de Vénus. Sur la base de quinze années d'observation en ondes radio, il est toutefois estimé en 2021 que son moment d'inertie normalisé vaudrait 0,337 ± 0,024. Vénus ressemblant à la Terre par sa taille (6 051 km de rayon contre 6 378 km pour la Terre) et par sa densité (5,26 contre 5,52), plusieurs auteurs supposent cependant que les deux planètes ont une structure interne comparable : un noyau, un manteau et une croûte,,,.

La croûte silicatée, d'une épaisseur supposée allant de 20 à 50 km environ, serait plus épaisse que la croûte océanique terrestre (moyenne de 6 km) et dans l'ordre de grandeur de la croûte continentale terrestre (moyenne de 30 km). La taille de la croûte vénusienne a été déduite des nombreux épanchements de lave constatés autour des cratères d'impact. Cette croûte ne représenterait que 0,34 % du rayon de la planète et les analyses faites par les différentes sondes Venera ont prouvé que le matériau extérieur de Vénus est semblable au granite et au basalte terrestre (roches riches en silice et ferromagnésiennes). Le système de plaques continentales y serait moins complexe que sur Terre : les roches plus plastiques absorbent fortement les effets de la dérive des continents. Ainsi, Vénus n'a pas de plaques tectoniques comme celles de la Terre.

Cette différence fondamentale entre la géologie des deux planètes telluriques les plus ressemblantes peut être attribuée à leur évolution climatique divergente. En effet, le climat vénusien empêche l'eau de se conserver à la surface, desséchant irréversiblement les roches de la croûte. Or, l'eau interstitielle des roches joue un grand rôle dans la subduction sur Terre où elle est conservée dans ses océans. Les roches terrestres contiennent toutes un minimum d'eau résiduelle, ce qui n'est pas le cas dans les conditions du climat à hautes températures de Vénus.

Vénus posséderait un manteau rocheux représentant environ 52,5 % du rayon de la planète, composé essentiellement de silicates et d'oxydes de métaux. Ce manteau pourrait comporter encore aujourd'hui (comme la Terre pendant 2 ou 3 Ga) un océan magmatique, d'une épaisseur de 200 à 400 km.

Comme celui de la Terre, le noyau vénusien est au moins partiellement liquide car les deux planètes se sont refroidies à peu près au même rythme. La taille légèrement plus petite de Vénus signifie que les pressions sont inférieures d'environ 24 % dans son noyau par rapport à celles régnant dans le noyau terrestre. La principale différence entre les deux planètes est le manque de preuves d'une tectonique des plaques sur Vénus, peut-être parce que sa croûte est trop dure pour qu'il y ait une subduction sans eau pour la rendre moins visqueuse. Il en résulte que la perte de chaleur est réduite sur la planète, l'empêchant de se refroidir. Cela fournit une explication à son absence de champ magnétique interne. À la place, Vénus pourrait surtout réduire sa chaleur interne lors d'événements de resurfaçage majeurs.

Le noyau de Vénus serait constitué de deux parties : un noyau externe constitué de fer et de nickel liquides qui représenterait environ 30 % du rayon de la planète ; un noyau interne composé de fer et de nickel solides qui représenterait environ 17 % du rayon de Vénus. Mais cela reste spéculatif car, contrairement à la Terre, il n'y a pas eu de mesures sismiques. Il n'est pas impossible que le noyau de Vénus soit entièrement liquide.

En 1967, la sonde découvre que le champ magnétique de Vénus est beaucoup plus faible que celui de la Terre,. Ce champ magnétique est créé par une interaction entre la ionosphère et le vent solaire plutôt que par un effet dynamo interne comme dans le noyau terrestre,. La magnétosphère presque inexistante de Vénus offre une protection négligeable de l'atmosphère contre le rayonnement cosmique.

L'absence d'un champ magnétique intrinsèque à Vénus fut une surprise au moment de cette découverte, la grande similarité de la planète avec la Terre laissant présager un effet dynamo dans son noyau. Pour qu'il y ait une dynamo, il est nécessaire qu'il y ait présence d'un liquide conducteur, d'une rotation et d'une convection. On pense que le noyau est électriquement conducteur et, bien qu'elle soit très lente, les simulations montrent que la rotation de Vénus est suffisante pour produire une dynamo,. Cela implique qu'il manque une convection dans le noyau de Vénus pour faire apparaître la dynamo.

Sur Terre, la convection se produit dans la couche externe liquide du noyau car le bas de la couche liquide est beaucoup plus élevé en température que le haut. Sur Vénus, un des événements de resurfaçage global peut avoir arrêté la tectonique des plaques et conduit à une baisse du flux de chaleur à travers la croûte. Ce plus faible gradient thermique entraînerait une augmentation de la température du manteau, réduisant ainsi le flux de chaleur hors du noyau. En conséquence, aucune convection n'est réalisée pour entraîner un champ magnétique. Au lieu de cela, la chaleur du noyau est utilisée pour réchauffer la croûte.

D'autres hypothèses seraient que Vénus n'ait pas de noyau interne solide, limitant grandement la séparation des divers constituants et impuretés, et de là les mouvements internes du fluide métallique du noyau qui génèrent le champ magnétique, ou que son noyau ne se refroidisse pas, de sorte que toute la partie liquide du noyau est à peu près à la même température, empêchant une nouvelle fois toute convection. Une autre possibilité est que son noyau s'est déjà complètement solidifié. L'état du noyau dépend fortement de sa concentration de soufre, qui est actuellement inconnue et empêche donc de lever les incertitudes. Malgré son faible champ magnétique, des aurores auraient été observées,.

La faible magnétosphère autour de Vénus signifie que le vent solaire interagit directement avec les couches supérieures de son atmosphère. À cet endroit, des ions hydrogène et oxygène sont créés par la dissociation de molécules neutres par le rayonnement ultraviolet. Le vent solaire fournit alors une énergie suffisante pour que certains de ces ions atteignent une vitesse permettant d'échapper au champ de gravité de Vénus. Ce processus d'érosion entraîne une perte constante d'ions de faible masse (hydrogène, hélium et oxygène) dans l'atmosphère, tandis que les molécules de masse plus élevée, telles que le dioxyde de carbone, sont plus susceptibles d'être retenues. L'érosion atmosphérique par le vent solaire a probablement entraîné la perte de la plupart de l'eau de Vénus au cours du premier milliard d'années après sa formation. L'érosion a également augmenté la proportion de l'isotope deutérium par rapport à l' hydrogène protium sans neutron (donc de masse inférieure et plus facilement emporté), aboutissant à un ratio de deutérium sur protium dans l'atmosphère supérieur à 100 fois à ceux trouvés dans le reste du Système solaire.

Par sa taille et sa masse, Vénus est très similaire à la Terre et a souvent été décrite comme la " sœur jumelle " de cette dernière,. Les deux planètes sont semblables par leurs aspects physiques, possédant notamment peu de cratères - signe d'une surface relativement jeune et d'une atmosphère dense - et ayant des compositions chimiques proches. Le tableau suivant récapitule d'autres propriétés physiques relativement proches par rapport à la Terre :

Une partie des astronomes pensaient, avant l'envoi de sondes spatiales à sa surface, que Vénus pouvait être très similaire à la Terre sous ses épais nuages et peut-être même abriter la vie. Certaines études émettent l'hypothèse qu'il y a quelques milliards d'années, Vénus aurait été bien plus semblable à la Terre qu'elle ne l'est actuellement. Il y aurait ainsi eu des quantités importantes d'eau à sa surface et cette eau se serait évaporée à la suite d'un important effet de serre.

Vénus orbite autour du Soleil à une distance moyenne d'environ 108 millions de kilomètres (entre ) et complète une orbite tous les 224,7 jours terrestres, soit environ 1,6 fois plus vite que la Terre. Bien que toutes les orbites planétaires soient elliptiques, l'orbite de Vénus est celle qui est la plus proche d'une orbite circulaire, avec une excentricité inférieure à 0,01,. Lorsqu'elle se situe entre la Terre et le Soleil en conjonction inférieure, Vénus est la planète se rapprochant le plus de la Terre, à une distance moyenne de 42 millions de kilomètres environ. Cependant, elle passe la majorité de son temps éloignée de la Terre. Mercure est donc en moyenne la planète la plus proche de la Terre, du fait de sa plus faible distance au Soleil,. La planète atteint en moyenne sa conjonction inférieure tous les 584 jours, ce qu'on appelle sa période synodique.

Toutes les planètes du Système solaire tournent autour du Soleil dans le sens antihoraire vu depuis le pôle nord de la Terre. Aussi, la plupart des planètes tournent également sur leurs axes dans le sens antihoraire/direct. Ce n'est pas le cas de Vénus (on peut également citer Uranus), qui tourne dans le sens horaire : on parlera de rotation rétrograde. Sa période de rotation est de 243 jours terrestres - la rotation la plus lente de toutes les planètes du Système solaire. Celle-ci n'est connue que depuis , date à laquelle des observations radar menées par le Jet Propulsion Laboratory ont permis d'observer la surface de la planète au travers de l'épaisse atmosphère.

Un jour sidéral vénusien dure donc plus longtemps qu'une année vénusienne (243 contre 224,7 jours terrestres). Du fait de cette rotation rétrograde, un observateur à la surface de Vénus verrait le Soleil se lever à l'ouest et se coucher à l'est. En pratique, les nuages opaques de Vénus empêchent d'observer le Soleil depuis la surface de la planète.

En raison de la rotation rétrograde, la durée d'un jour solaire sur Vénus est significativement plus courte que le jour sidéral, durant 116,75 jours terrestres, alors qu'ils sont plus longs pour les planètes avec une rotation dans le sens direct. Une année vénusienne représente donc environ 1,92 jour solaire vénusien et les journées et les nuits vénusiennes s'étendent chacune sur près de deux mois terrestres : 58 j 9 h.

Parce que sa rotation est si lente, Vénus est très proche d'une sphère avec un aplatissement presque nul. Aussi, l'équateur de Vénus tourne à 6,52 km/h tandis que celui de la Terre tourne à 1 674 km/h. La rotation de Vénus a ralenti pendant les 16 ans s'étant écoulés entre les visites des véhicules spatiaux Magellan et Venus Express : le jour sidéral vénusien a augmenté de 6,5 minutes dans ce laps de temps,.

Les causes de la rotation rétrograde de Vénus sont encore mal comprises et la planète s'est peut-être formée à partir de la nébuleuse solaire avec une période de rotation et une obliquité différentes de celles qu'elle connaît actuellement. L'explication la plus souvent avancée est une collision gigantesque avec un autre corps de grande taille, pendant la phase de formation des planètes du Système solaire,,.

Une autre explication met en jeu l' atmosphère vénusienne qui, du fait de sa forte densité, a pu influencer la rotation de la planète. Des travaux de Jacques Laskar et Alexandre C. M. Correia prenant en compte les effets de marée thermique atmosphérique montrent le comportement chaotique de l' obliquité et de la période de rotation de Vénus,. Vénus aurait donc pu évoluer naturellement sur plusieurs milliards d'années vers une rotation rétrograde sans avoir à faire intervenir de collision avec un corps massif. La période de rotation observée aujourd'hui pourrait ainsi être un état d'équilibre entre un verrouillage par effet de marée dû à la gravitation du Soleil, qui a tendance à ralentir la rotation, et une marée atmosphérique créée par le chauffage solaire de l'atmosphère vénusienne épaisse qui l'accélérerait,. Il n'est cependant pas possible de savoir si l'obliquité de Vénus est passée brusquement de 0° à 180° au cours de son histoire ou si sa vitesse de rotation s'est ralentie jusqu'à une vitesse nulle pour ensuite devenir négative. Les deux scénarios sont possibles et aboutissent au même état d'équilibre actuel.

Vénus est quasiment en rotation synchrone avec la Terre, de sorte que toutes les fois où Vénus est en conjonction inférieure, Vénus présente presque exactement la même face à la Terre. Cela est dû au fait que l'intervalle moyen de 583,92 jours terrestres entre les approches rapprochées successives de la Terre ( période synodique) est presque égal à 5 jours solaires vénusiens (car 583,92/116,75 ≈ 5,0015),.

Ainsi, il a été discuté d'une hypothétique synchronisation Terre-Vénus. Cependant, ce ratio n'est pas exactement égal à 5, tandis que le verrouillage gravitationnel de la Lune sur la Terre (1:1) ou de celui de la rotation de Mercure sur sa révolution (3:2) sont exacts et stabilisés. Aussi, les forces de marée impliquées dans la synchronisation Vénus-Terre sont extrêmement faibles. L'hypothèse d'une résonance spin-orbite avec la Terre a donc été écartée, la synchronisation observée pouvant être une coïncidence uniquement observable à notre époque astronomique.

Vénus ne possède pas de satellites naturels. Elle possède cependant plusieurs astéroïdes troyens : le quasi-satellite avec une orbite en fer à cheval,, et deux troyens temporaires, et .

En 1645, Francesco Fontana puis Giovanni Cassini rapportent la présence d'une lune en orbite autour de Vénus, qui est ensuite nommée Neith,. De nombreuses observations sont rapportées au cours des deux siècles suivants, dont d'astronomes réputés tels que Joseph-Louis Lagrange en 1761, et Johann Heinrich Lambert calcule son orbite en 1773. Cependant, la plupart de ces observations sont ensuite correctement attribuées à des étoiles voisines ou à des illusions d'optique à la fin du siècle et la quête de Neith s'arrête,.

Une étude de modélisation réalisée en 2006 au California Institute of Technology par Alex Alemi et David Stevenson sur l'origine du Système solaire montre que Vénus a probablement eu au moins une lune créée par un grand impact cosmique il y a plusieurs milliards d'années,. Puis, environ 10 millions d'années plus tard, selon l'étude, un autre impact aurait inversé la direction de rotation de la planète et a provoqué une accélération par effet de marée de la lune vénusienne vers Vénus jusqu'à ce qu'elle entre en collision avec elle. Si des impacts ultérieurs créaient des lunes, celles-ci étaient également supprimées de la même manière. Une autre explication du manque de satellites est l'effet de fortes marées solaires, qui peuvent déstabiliser les gros satellites en orbite autour des planètes terrestres intérieures, comme c'est également le cas pour Mercure,.

À l' œil nu, Vénus est le troisième objet naturel le plus brillant du ciel (après le Soleil et la Lune),. Elle apparaît comme un point blanc brillant avec une magnitude apparente variant entre -4,6 et -3,7 (moyenne de -4,14 et écart-type de 0,31),, et un diamètre apparent compris entre 9,7 et 66 secondes d'arc. La magnitude la plus brillante se produit pendant la phase de croissant environ un mois avant ou après la conjonction inférieure. La planète est suffisamment brillante pour être vue dans un ciel clair en journée, mais est plus facilement visible lorsque le soleil est bas à l'horizon ou en train de se coucher. Du fait de sa luminosité elle est le seul objet céleste du ciel nocturne, mis à part la lune, à pouvoir projeter une ombre sur le sol terrestre,. En tant que planète inférieure de la Terre, son élongation (c'est-à-dire l'angle marqué entre la planète et le soleil dans le ciel terrestre) connaît une valeur maximale de 47°.

Vénus dépasse la Terre tous les 584 jours en ce qui concerne leur orbite autour du Soleil. Ce faisant, elle passe de " l'étoile du soir ", visible après le coucher du soleil, à " l'étoile du matin ", visible avant le lever du soleil. À l'inverse de Mercure, l'autre planète inférieure qui possède elle une élongation maximale de 28° et qui est souvent difficile à discerner au crépuscule, Vénus est très facilement visible, surtout lorsqu'elle est à son plus fort. Le crépuscule astronomique (moment où le soleil est suffisamment sous l' horizon pour qu'il y ait un ciel totalement sombre) étant d'environ 18°, elle peut atteindre jusqu'à un angle de 47-18 = 29° dans un ciel noir et rester visible jusqu'à plusieurs heures après le coucher du soleil.

Ces caractéristiques ont contribué à son surnom dans la culture populaire occidentale d'" étoile du berger " (bien que le terme " étoile " soit impropre puisqu'il s'agit d'une planète) car elle peut être facilement visible dans le ciel, ce qui historiquement permettait de guider les gardiens de troupeaux pour aller aux pâturages ou en revenir. En tant qu'objet ponctuel le plus brillant du ciel, Vénus est également communément prise pour un objet volant non identifié,,.

Au cours de son orbite autour du Soleil, Vénus affiche des phases comme celles de la Lune lorsque vue au télescope. La planète apparaît comme un petit disque dit " plein " lorsqu'elle est située de l'autre côté du Soleil par rapport à la Terre (à une conjonction supérieure). Vénus montre un disque plus grand et une " phase quart" à ses allongements maximaux par rapport au Soleil, et apparaît alors à son plus brillant dans le ciel nocturne. La planète présente un croissant mince beaucoup plus grand en vue télescopique lorsqu'elle passe le long du côté proche entre la Terre et le Soleil. Enfin, Vénus affiche sa plus grande taille et sa " nouvelle phase " lorsqu'elle se situe entre la Terre et le Soleil (à conjonction inférieure). Son atmosphère est visible au télescope du fait du halo de lumière solaire réfractée autour d'elle.

Leur observation a été faite pour la première fois au début du par Galilée à l'aide de sa lunette astronomique. Elles ont été un argument utilisé par ce dernier pour se rallier à la théorie héliocentrique de Copernic.

Transit de Vénus de 2012, observable au coucher de soleil à Tiki Island, États-Unis.

On appelle " transit de Vénus " le passage de la planète Vénus entre la Terre et le Soleil, où l'ombre de Vénus apparaît devant le disque solaire. L'orbite vénusienne étant légèrement inclinée par rapport à l'orbite terrestre, lorsque la planète passe entre la Terre et le Soleil elle ne traverse généralement pas la face du Soleil. Ainsi, les transits de Vénus se produisent alors lorsque la conjonction inférieure la planète coïncide avec sa présence dans le plan de l' orbite terrestre, plus précisément quand elles croisent la ligne d'intersection de leurs plans orbitaux. Cet événement est rare à l'échelle de temps humaine du fait des critères nécessaires à cette observation : les transits de Vénus se produisent par cycles de 243 ans, le schéma actuel étant des paires de transit séparée de huit ans et se produisant à des intervalles d'environ 105,5 ans ou 121,5 ans. Ce modèle fut découvert pour la première fois en 1639 par l'astronome anglais Jeremiah Horrocks.

Au cours du transit de Vénus, il apparaît un effet d'optique appelé " phénomène de la goutte noire ". Lors du deuxième contact et juste avant le troisième contact, une petite larme noire semble connecter le disque de la planète avec la frontière du limbe solaire, rendant difficile de dater précisément les contacts.

Historiquement, l'observation des transits de Vénus est importante car ils permettaient aux astronomes de déterminer la valeur de la distance Terre-Soleil (l' unité astronomique) par la méthode de la parallaxe, comme l'a fait Horroks en premier lors du transit de 1639. Le siècle a ainsi vu de grandes expéditions de la part des astronomes européens pour mesurer les deux transits de et ,, auxquels le nom de l'astronome français Guillaume Le Gentil est resté attaché en raison de la malchance qui l'empêcha d'effectuer les observations auxquelles il avait consacré des années de préparation,. Aussi, l'exploration du capitaine Cook de la côte est de l' Australie intervient après qu'il a navigué jusqu'à Tahiti en 1768 pour observer le transit de Vénus de 1769,.

La paire de transits suivante s'est produite en décembre 1874 et décembre 1882. Le transit de 1874 fait l'objet de la plus ancienne expérimentation de chronophotographie connue afin d'en mesurer la durée précise, le Passage de Vénus par l'astronome français Jules Janssen,,.

La dernière paire de transits s'est produite les 8 juin 2004 et 5- 6 juin 2012. Le transit pouvait à cette occasion être regardé en direct sur Internet à partir de nombreux streaming ou observé localement avec le bon équipement et les bonnes conditions,. Le prochain transit aura lieu le 11 décembre 2117,.

Des observations à l'œil nu de Vénus en journée sont notées dans plusieurs anecdotes et enregistrements.

L'astronome Edmond Halley calcule sa luminosité maximale à l'œil nu en 1716, lorsque de nombreux Londoniens sont alarmés par son apparition en plein jour. L'empereur français Napoléon Bonaparte est témoin d'une apparition diurne de la planète lors d'une réception au Luxembourg. Une autre observation historique diurne célèbre de la planète a lieu lors de la cérémonie d'investiture du second mandat du président américain Abraham Lincoln à Washington, DC, le ,,. Pendant la Seconde Guerre mondiale, le navire de guerre américain USS Langley (CV-1) tire vers le ciel le (cinq jours après l' attaque de Pearl Harbor) pour tenter d'abattre Vénus, la prenant pour un avion ennemi,,,.

Bien que la visibilité à l'œil nu des phases de Vénus soit contestée, il existe des enregistrements d'observations de son croissant.

Le pentagramme de Vénus est le chemin que Vénus trace comme observé depuis la Terre. Il résulte du fait que les conjonctions inférieures successives de Vénus se répètent très près d'un rapport de 13:8 (la Terre faisant 8 révolutions quand Vénus en fait 13), donnant ainsi un angle constant de 144° sur les conjonctions inférieures séquentielles, c'est-à-dire à chaque période synodique,. Ce rapport est une approximation : en réalité 8/13 vaut 0,615 38 tandis que Vénus orbite autour du Soleil en 0,615 19 année terrestre. Comme il faut 5 périodes synodiques de Vénus pour former le pentagramme, cela se produit toutes les 8 années terrestres.

Un mystère de longue date des observations de Vénus est sa lumière cendrée. Il s'agit d'un phénomène lumineux évanescent qui se présenterait sous la forme d'une lueur diffuse à peine discernable éclairant la partie sombre du disque de Vénus lorsque la planète est en phase de croissant,. La première observation revendiquée de la lumière cendrée est faite en 1643, mais l'existence de l'illumination n'a jamais été confirmée de manière fiable. Les observateurs émettent l'hypothèse que cela pourrait résulter d'une activité électrique dans l'atmosphère vénusienne, mais cela pourrait également être une illusion d'optique résultant de l' effet physiologique de l'observation d'un objet brillant en forme de croissant,.

Phosphoros et Hespéros par Evelyn De Morgan. Phosphoros symbolise le matin avec la torche levée tandis qu'Hespéros symbolise le soir avec la torche baissée.

Vénus étant le troisième astre du ciel en termes de magnitude apparente, après le Soleil et la Lune, elle a attiré l'attention des premiers astronomes. Aussi, Vénus est la première planète à avoir ses mouvements tracés dans le ciel, dès le deuxième millénaire avant J.-C. Cependant, parce que les mouvements de la planète semblent être discontinus (elle peut disparaître du ciel pendant plusieurs jours en raison de sa proximité avec le soleil) et qu'elle apparaît tantôt le matin ( Astre du matin) et tantôt le soir ( Astre du soir), de nombreuses cultures et civilisations ont d'abord pensé que Vénus correspondait à deux astres différents. Ainsi, pour les anciens Égyptiens, l'étoile du matin était appelée Tioumoutiri et l'étoile du soir Ouaiti. De même, les Chinois ont historiquement appelé la Vénus du matin " la Grande Blanche " ( Tài-bái 太白) ou " l'Ouvreuse de la Luminosité " ( Qǐ-míng 啟明), et la Vénus du soir comme " l'Excellente Ouest " ( Cháng-gēng 長庚).

Néanmoins, un sceau-cylindre de la période de Djemdet Nasr et la tablette d'Ammisaduqa de la première dynastie de Babylone indiquent que les Babyloniens semblent avoir compris assez tôt que les " étoiles du matin et du soir " étaient le même objet céleste,. Vénus est alors connue sous le nom de Ninsi'anna (" dame divine, illumination du ciel " du fait de sa brillance) et plus tard sous le nom de Dilbat. Les premières orthographes du nom sont écrites avec le signe cunéiforme si4 (= SU, signifiant " être rouge ") dont la signification première pourrait être " dame divine de la rougeur du ciel ", en référence à la couleur de l'aube et du crépuscule.

Les anciens Grecs pensèrent également que Vénus était deux corps distincts, une étoile du matin et une étoile du soir. Ils les appelèrent respectivement Phōsphoros (Φωσϕόρος), signifiant " apporteur de lumière " (d'où l'élément phosphore ; alternativement Ēōsphoros (Ἠωςϕόρος), signifiant " aurore ") pour l'étoile du matin, et (Ἕσπερος), signifiant " occidental ", pour l'étoile du soir. Pline l'Ancien attribue la découverte qu'ils étaient un seul objet céleste à Pythagore au sixième siècle avant notre ère, tandis que Diogène Laërtius soutient que Parménide fut probablement responsable de cette redécouverte. Plus tard, bien que les anciens Romains aient reconnu Vénus comme un seul objet céleste, les deux noms grecs traditionnels ont continué à être utilisés et aussi traduits en latin par (signifiant " porteur de lumière ") pour l'apparition du matin et pour celle du soir,,.

Au deuxième siècle de notre ère, Ptolémée émet l'hypothèse dans son traité d'astronomie que Mercure et Vénus sont situées entre le Soleil et la Terre, au sein d'un système géocentrique,.

Parallèlement, les Mayas considèrent Vénus comme le corps céleste le plus important après le Soleil et la Lune. Ils l'appellent Chac ek ou Noh Ek, signifiant " la grande étoile " et savent qu'il ne s'agit que d'un seul astre,. Les cycles de Vénus font l'objet d'un calendrier retrouvé dans le Codex de Dresde et les Mayas suivent les apparitions et conjonctions de Vénus à l' aube et au crépuscule,. Ce calendrier repose notamment sur leur observation que cinq périodes synodiques de la planète correspondent à huit années terrestres, cause du " pentagramme de Vénus ". De nombreux événements de ce cycle étaient associés au mal et les guerres ont parfois été coordonnées pour coïncider avec les phases du cycle.

Al-Khwârizmî, dit Algorismus, mathématicien, géographe et astronome d'origine perse, établit au siècle des tables astronomiques basées sur l'astronomie hindoue et grecque. Il étudie ainsi la position et la visibilité de la Lune et ses éclipses, du Soleil et des cinq planètes visibles à l' œil nu. Il est le premier d'une longue série de scientifiques arabes.

Au siècle, l' astronome perse Avicenne affirme avoir observé un transit de Vénus, ce qui constituera une confirmation de la théorie de Ptolémée pour les astronomes ultérieurs. Au siècle, l'astronome andalou Ibn Bajjah observe " deux planètes comme des taches noires sur la face du Soleil " et Averroès déclare que le neveu de Sa'd ibn Mu'adh avait assisté à un transit simultané de Vénus et de Mercure, annonçant avoir calculé leurs trajectoires et qu'elles étaient en conjonction à ce moment pour soutenir sa thèse, ; cette observation sera ensuite citée par Nicolas Copernic dans Des révolutions des sphères célestes'. Qotb al-Din Chirazi, astronome de l'école de Maragha, considére également au siècle ces observations comme des transits de Vénus et de Mercure.

En réalité, il n'y a pas eu de transit de Vénus du vivant d'Ibn Bajjah, et les transits de deux planètes n'ont pas pu être simultanés comme le décrit Averroès. Aussi, si Avicenne n'a pas noté le jour où il aurait observé un transit et s'il y a bien eu un transit de son vivant (le , cinq ans avant sa mort), celui-ci ne pouvait être visible pour lui du fait de sa position géographique,.

D'une façon générale, des doutes ont été soulevés par des astronomes plus récents sur l'observation des transits par les astronomes médiévaux arabes, ceux-ci ayant été potentiellement confondus avec des taches solaires,. Ainsi, toute observation d'un transit de Vénus avant les télescopes reste spéculative.

Recherches au télescope à partir du siècle

La découverte par Galilée que Vénus montre des phases (bien qu'elle reste près du Soleil dans le ciel terrestre) prouve qu'elle orbite autour du Soleil et non de la Terre.

Le physicien italien Galilée invente la lunette astronomique en 1609. En , il l'utilise pour observer Vénus et constate que la planète présente des phases, comme la Lune,. Il note qu'elle montre une phase semi-éclairée lorsqu'elle est au plus fort de son élongation et qu'elle apparaît comme un croissant ou une phase complète lorsqu'elle est au plus proche du Soleil dans le ciel. Galilée en déduit que Vénus est en orbite autour du Soleil, ce qui est l'une des premières observations contredisant clairement le modèle géocentrique de Claude Ptolémée selon lequel le Système solaire serait concentrique et centré sur la Terre,.

Le transit de Vénus de 1639 est prédit avec précision par Jeremiah Horrocks puis observé par lui et son ami, William Crabtree, dans leurs maisons respectives, le (soit le selon le calendrier julien utilisé à cette époque),,. Si l'on considère les observations des astronomes arabes comme contestées, il s'agit donc des premiers Hommes à avoir observé un transit de Vénus,.

En 1645, une première observation d'un supposé satellite de Vénus est faite par Francesco Fontana, ultérieurement dénommé Neith,. D'autres observations seront faites pendant les deux siècles suivants (dont celles de Giovanni Cassini ou de Joseph-Louis Lagrange), mais l'existence de Neith est finalement réfutée à la fin du siècle et les observations attribuées à des erreurs ou des illusions d'optique.

Le phénomène de la goutte noire tel que mis en évidence par James Cook lors du transit de Vénus de 1769.

Vers 1666, Cassini estime à un peu plus de 23 heures la période de rotation de Vénus, sans parvenir à identifier s'il s'agit vraiment d'une rotation ou bien d'une libration,,. Cette erreur par rapport à la valeur réelle maintenant connue est notamment due aux marques de mouvement sur la surface de la planète créées par son atmosphère dense, dont l'existence n'était alors pas connue.

Vers 1726, Francesco Bianchini observe, ou croit observer, grâce à une lunette particulièrement puissante des taches sur la surface de la planète indiquant des étendues similaires aux mers lunaires. Il réalise ainsi le premier planisphère de Vénus.

Pour les transits de Vénus de 1761 et de 1769, de grandes expéditions sont organisées à travers le monde afin de réaliser des observations permettant de mesurer l' unité astronomique à l'aide de la méthode de la parallaxe,. Des noms telles que ceux de James Cook et de Guillaume Le Gentil restent associés à ces expéditions. Cependant, les résultats de la mesure de l'UA réalisés en 1771 par Jérôme de Lalande sont décevants en raison de la mauvaise qualité des observations.

L' atmosphère de Vénus est également découverte en 1761 par le polymathe russe Mikhail Lomonosov, puis observée en 1792 par l'astronome allemand Johann Schröter,. Schröter découvre en effet que lorsque la planète est un mince croissant, ses pointes s'étendent sur plus de 180° ; il suppose donc que cela est dû à l'effet de la dispersion de la lumière du soleil dans une atmosphère dense. Plus tard, l'astronome américain Chester Lyman observe un anneau complet autour de la planète alors qu'elle est en conjonction inférieure, fournissant des preuves supplémentaires d'une atmosphère.

De nouvelles expéditions sont organisées pour les transits de 1874 et de 1882, aboutissant à de meilleures approximation de l'UA, d'études de l'atmosphère vénusienne et de la plus ancienne expérimentation de film connue : le Passage de Vénus par l'astronome français Jules Janssen,.

L'atmosphère, qui avait auparavant compliqué les efforts pour déterminer une période de rotation d'observateurs tels que Cassini et Schröter, est prise en compte en 1890 par Giovanni Schiaparelli et d'autres qui optent alors pour une période de rotation de 225 jours environ, ce qui aurait alors correspondu à une rotation synchrone avec le Soleil.

Utilisation de nouveaux outils à partir du siècle

Peu de choses ont été découvertes sur la planète jusqu'au siècle. Son disque presque sans relief ne donnant aucune indication sur sa surface du fait de l'épaisse atmosphère, ce n'est qu'avec le développement d'observations spectroscopiques, radar et ultraviolettes que plus d'informations ont été obtenues.

Les observations spectroscopiques des années 1900 ont donné les premiers indices plus précis sur la rotation vénusienne. Vesto Slipher essaie de mesurer le décalage Doppler de la lumière de Vénus, mais constate qu'il ne peut détecter aucune rotation. Il en déduit que la planète doit avoir une période de rotation beaucoup plus longue qu'on ne le pensait auparavant.

Les premières observations ultraviolettes sont effectuées dans les années 1920, lorsque Frank E. Ross constate que les photographies ultraviolettes révèlent des détails absents dans le rayonnement visible et infrarouge. Il suggère que cela est dû à une atmosphère inférieure dense et jaune avec de hauts nuages de cirrus.

Des travaux ultérieurs dans les années 1950 montrent que la rotation est rétrograde. Aussi, des observations radar de Vénus sont effectuées pour la première fois dans les années 1960 et fournissent les premières mesures de la période de rotation, qui sont alors déjà proches de la valeur exacte connue soixante ans plus tard. C'est aussi l'observation radio qui indique en 1958, soit bien avant l'atterrissage de la sonde Venera 7 en 1970, que la température du sol de la planète est de l'ordre de 500 °C.

Dans les années 1970, les observations radar révèlent pour la première fois des détails de la surface vénusienne. Des impulsions d'ondes radio sont diffusées sur la planète en utilisant le radio-télescope de 300 mètres à l' Observatoire Arecibo et les échos révèlent deux régions hautement réfléchissantes, désignées Alpha Regio et Beta Regio. Les observations révèlent également une région brillante attribuée à une montagne, qui est appelée Maxwell Montes. Ces trois caractéristiques sont désormais les seules sur Vénus à ne pas avoir de prénom féminin car nommées avant la normalisation de l' Union astronomique internationale.

L'exploration de Vénus à l'aide de sondes spatiales commence au début des années , peu après l'envoi du premier satellite artificiel en orbite, Spoutnik 1. Une vingtaine d'entre elles ont depuis visité la planète, que ce soit pour de simples survols, pour des séjours plus longs en orbite autour de Vénus, ou encore pour larguer des modules d'observation dans l'atmosphère et à la surface de Vénus. Jusque dans les années 2000, l'exploration de cette planète était uniquement réalisée par l' Union Soviétique et les États-Unis.

La première mission d'envoi de sonde spatiale sur Vénus, et d'une façon générale sur une autre planète que la Terre, commence avec le programme soviétique Venera (" Vénus " en français) en 1961. Cependant, ce sont les États-Unis qui connaissent le premier succès avec la mission Mariner 2 le , devenant la première mission interplanétaire réussie de l'histoire, passant à 34,833 km au-dessus de la surface de Vénus et collectant des données sur l'atmosphère de la planète et sa température de surface évaluée à près de 700 (427 °C),. La sonde ne détecte pas de champ magnétique au voisinage de la planète et met en évidence la quasi-absence d'eau dans l'atmosphère vénusienne,. Les informations envoyées par Mariner 2 complètent les observations radar réalisées depuis le sol terrestre la même année, notamment à l'observatoire Goldstone en Californie, qui ont permis d'estimer la période de rotation de la planète, inconnue jusqu'alors.

En , la sonde soviétique Venera 4 entre avec succès dans l'atmosphère vénusienne et réalise des expériences. La sonde montre que la température de surface est plus chaude que ce que Mariner 2 avait calculé (près de 500 °C), détermine que l'atmosphère est composée à 95 % de dioxyde de carbone et découvre que l'atmosphère de Vénus est considérablement plus dense que ce que les concepteurs de la sonde n'avaient prévu. La sonde Venera 4 parvient à lancer une capsule vers le sol vénusien, et celle-ci transmet des données sur la composition de l'atmosphère vénusienne jusqu'à une altitude de 24 km. En parallèle, les américains lancent Mariner 5 dont les données seront analysées conjointement avec celles de Venera 4 par une équipe scientifique soviéto-américaine dans une série de colloques au cours de l'année suivante, ce qui constitue un premier exemple de coopération spatiale en pleine Guerre froide.

En 1974, Mariner 10 transite par Vénus lors d'une manœuvre d' assistance gravitationnelle lui permettant de se diriger vers Mercure. La sonde prend des photographies ultraviolettes des nuages pendant le survol, révélant des vitesses de vent très élevées dans l'atmosphère vénusienne.

En 1975, les atterrisseurs soviétiques Venera 9 et 10 transmettent les premières images de la surface de Vénus, qui étaient alors en noir et blanc. Venera 9 devient alors la première sonde de l'humanité à se poser sur une autre planète que la Terre, et la première à retransmettre des clichés de sa surface. En , les premières images couleur de la surface sont obtenues par les atterrisseurs soviétiques Venera 13 et 14, lancés à quelques jours d'intervalle.

La NASA obtient des données supplémentaires en 1978 avec le projet Pioneer Venus qui comprend deux missions distinctes : Pioneer Venus Orbiter et Pioneer Venus Multiprobe,. Le programme soviétique Venera réalise en , lorsque les sondes Venera 15 et 16 sont placées en orbite, une cartographie détaillée de 25 % du terrain de Vénus (du pôle nord à 30° de latitude nord).

Vénus est par la suite régulièrement survolée afin de réaliser des manœuvres d' assistance gravitationnelle, notamment par les sondes soviétiques Vega 1 et Vega 2 ( 1985), qui profitent de leur passage autour de la planète pour y larguer chacune un ballon atmosphérique et un atterrisseur, avant de se diriger vers la Comète de Halley. Toutefois, aucun atterrisseur ne parvient à la surface, leur parachute ayant été arraché par les vents violents de l'atmosphère vénusienne.

Images de Vénus prise dans le proche infrarouge par Galileo (1990).

Par la suite, Galileo (1990) effectue le même type de manœuvre avant d'aller vers Jupiter, tout comme Cassini - Huygens (1998) avant d'aller vers Saturne et MESSENGER (2006) avant d'aller vers Mercure. Lors de son survol, la sonde Galileo fait des observations en proche infrarouge.

En orbite pendant quatre ans autour de Vénus, entre et , la sonde Magellan réalise une cartographie complète et très précise (avec une résolution horizontale inférieure à 100 m) de la surface de la planète. La sonde spatiale utilise pour cela un radar, seul instrument capable de percer l'épaisse atmosphère de Vénus. Un relevé altimétrique est également effectué. Cette cartographie détaillée montre un sol remarquablement jeune géologiquement parlant (de l'ordre de 500 millions d'années), la présence de milliers de volcans, et une absence de tectonique des plaques telle qu'on la connait sur Terre mais de nouvelles analyses suggèrent que la surface est divisée en blocs rocheux, " ramollis " par la chaleur intense de l'environnement et semblent se déplacer entre eux à la manière des blocs de glace de la banquise terrestre.

La sonde Vénus Express de l' Agence spatiale européenne (réalisée en coopération avec Roscosmos) est lancée en et observe Vénus depuis jusqu'au . Elle permet de réaliser plusieurs découvertes importantes dont une possible activité volcanique récente, le ralentissement de sa vitesse de rotation ou encore la présence d'une " queue magnétique ".

En 2007, une mission européenne Venus Entry Probe est prévue pour permettre l'exploration in situ de l'atmosphère vénusienne grâce entre autres à un ballon naviguant à une altitude de 55 km, mais elle n'aboutit finalement pas.

Modèle d'Akatsuki, seule sonde en orbite autour de Vénus en 2020.

En , des chercheurs de la NASA présentent le projet High Altitude Venus Operational Concept qui vise à établir une colonie humaine installée dans des dirigeables à 50 kilomètres d'altitude où la température n'est que de 75 °C et la pression proche de celle de la Terre,. À la fin des années , la NASA avait déjà étudié la possibilité d'utiliser des éléments du programme Apollo afin de réaliser un survol habité de Vénus avec un équipage de trois astronautes qui auraient effectué le voyage aller-retour en une année environ.

En 2016, le programme Institute for Advanced Concepts de la NASA commence à étudier un rover ( astromobile), l' Automaton Rover for Extreme Environments, conçu pour survivre longtemps dans les conditions environnementales de Vénus. Il serait contrôlé par un ordinateur mécanique et alimenté par l' énergie éolienne.

Depuis 2016, une sonde de la JAXA, Akatsuki, est sur une orbite très elliptique autour de Vénus,. Lancée en mais arrivée avec cinq ans de retard à cause d'une panne de propulseur lors de son insertion initiale, il s'agit de la seule sonde en orbite autour de Vénus en 2020. Elle a pour objectif de mieux comprendre ce qui a mené la planète à son état actuel, notamment son effet de serre. L'engin a permis de découvrir la présence, à 64 km d'altitude, d'une onde de gravité longue de 10 000 km et 65 km de large, stationnaire par rapport au sol et pouvant perdurer plusieurs jours (contrairement aux ondes de gravité sur Terre qui disparaissent très vite). Akatsuki a également pris des clichés dans l'infrarouge de la face nocturne de Vénus.

Le , la sonde européenne BepiColombo, réalisée en partenariat avec la JAXA nippone, décolle vers la planète Mercure. Durant son trajet, elle réalisera deux survols de la planète Vénus, durant lesquels elle effectuera plusieurs expériences, servant notamment à tester les instruments de la sonde avant son arrivée autour de Mercure en 2025.

Panorama à 180 degrés de la surface de Vénus capturé par la sonde Venera 9 en 1975.

Habitabilité

La spéculation sur l'existence de la vie sur Vénus a considérablement diminué depuis le début des années 1960, lorsque les véhicules spatiaux ont commencé à étudier la planète et qu'il est devenu clair que les conditions sur Vénus sont bien plus hostiles que celles sur Terre.

Vénus possédant des températures de surface de près de 462 °C avec une pression atmosphérique 90 fois supérieure à celle de la Terre, l'impact extrême de l'effet de serre rend improbable la vie à base d' eau comme elle est actuellement connue,.

Quelques scientifiques ont émis l'hypothèse de l'existence de microorganismes extrémophiles thermoacidophiles dans les couches supérieures acides à basse température de l'atmosphère vénusienne,. Aussi, en , les astronomes ont signalé que le nouveau modèle à long terme d'absorbance et de changement d' albédo dans l'atmosphère de la planète Vénus est causé par des " absorbeurs inconnus ", qui peuvent être des produits chimiques ou même de grandes colonies de micro-organismes haut dans l'atmosphère de la planète,.

En septembre 2020, le grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama et le James Clerk Maxwell Telescope observent la signature de phosphine gazeuse dans le spectre de l'atmosphère de Vénus, et ce en l'absence de mécanismes naturels abiotiques connus de production en quantité suffisante de cette molécule sur une planète tellurique,. Toutefois, l'article paru dans reste prudent : " Questions of why hypothetical organisms on Venus might make PH3 are also highly speculative ". La NASA ainsi que différents journaux scientifiques appellent à la prudence sur les résultats de détection de la phosphine ainsi que sur ses potentielles origines. En novembre, l'observation elle-même est contestée, notamment en raison d'erreurs de calibration du télescope.

Une présence permanente sur Vénus, au même titre que sur Mars, serait un nouveau pas dans le cadre de la conquête spatiale. Aussi, différentes méthodes de colonisation sont envisagées ou l'ont été.

La pression atmosphérique et la température à cinquante kilomètres au-dessus de la surface sont similaires à celles de la surface de la Terre. Cela a conduit à des propositions d'utilisation d' aérostats (ballons plus légers que l'atmosphère) pour l'exploration initiale et, finalement, pour des " villes flottantes " permanentes dans l'atmosphère vénusienne. Parmi les nombreux défis d'ingénierie à relever figurent les quantités dangereuses d' acide sulfurique à ces hauteurs. Cette approche a notamment été proposée par la NASA dans le cadre de son projet High Altitude Venus Operational Concept,.

Une autre forme de colonisation sur Vénus serait sa terraformation. Une terraformation de Vénus consisterait à la rendre habitable pour l'homme, et donc rendre les conditions de surface moins hostiles. Ainsi, il faudrait abaisser sa température de surface, éliminer le dioxyde de carbone en excès dans l'atmosphère et accélérer sa période de rotation afin d'aboutir à un cycle jour/nuit plus proche de celui connu sur Terre,.

Vénus étant une caractéristique principale du ciel nocturne, elle a revêtu une importance dans la mythologie, l' astrologie et la fiction à travers l'histoire et dans différentes cultures. Ainsi, la planète doit son nom à la déesse Vénus, déesse de l'amour dans la mythologie romaine (assimilée à l' Aphrodite de la mythologie grecque). De là vient également le nom du cinquième jour de la semaine : vendredi (de veneris diem, en latin, pour " jour de Vénus "),.

Dans la mythologie mésopotamienne, Ishtar, la déesse de l'amour, est associée à la planète Vénus,. Un des symboles de la déesse, l'étoile à huit branches, la représente comme l'étoile du matin ou du soir. De plus, les mouvements d'Ishtar dans les mythes qui lui sont associés correspondent aux mouvements de la planète Vénus dans le ciel.

Les Chrétiens, reprenant le nom romain Lucifer (" porteur de lumière ") pour désigner " l'étoile du matin ", associent la " chute " de la planète dans le ciel à celle d'un ange. Cela aboutit finalement à la figure de l' ange déchu Lucifer.

En chinois, la planète est appelée Jīn-xīng (金星), la planète dorée de l' élément métallique. En Inde, elle appelée Shukra Graha (" la planète Shukra "), d'après la divinité Shukra et est utilisée en astrologie indienne. Ce nom signifie " clair, pur " ou " éclat, clarté " en sanskrit. Les cultures chinoises, japonaises et coréennes modernes se réfèrent littéralement à la planète comme " l'étoile de métal " (金星), sur la base des cinq éléments (Wuxing),,. L'ancien Japon désigne également la planète Vénus du nom de Taihaku,, ce nom ayant depuis été réattribué à un astéroïde par les astronomes : (4407) Taihaku.

Vénus est représentée en bas à droite du grand cyprès dans La Nuit étoilée de Vincent van Gogh (1889).

Dans la culture populaire occidentale, la planète Vénus est surnommée l'" étoile du berger " car elle peut être facilement visible dans le ciel du matin (à l'est), avant l'aurore, ou dans le ciel du soir (à l'ouest), après le crépuscule. À l'époque moderne, le terme " étoile " est impropre car il est connu qu'il s'agit d'une planète, mais pour les Anciens, elle faisait partie des cinq astres dits " errants ". On lui attribua ce nom car les gardiens de troupeaux dans les temps anciens en tenaient compte pour aller dans les pâturages ou en revenir. Chez les Dogons, peuple contemporain du Mali réputé pour sa cosmogonie, elle peut également être appelée enegirim tolo, pour " étoile du berger ". Par ailleurs, leur cosmogonie mentionne l'existence d'un satellite naturel autour de Vénus.

L'étoile du berger est parfois confondue avec l'étoile des Rois mages, ou Étoile de Bethléem, bien qu'il s'agisse d'astres différents. Cette dernière est parfois évoquée comme ayant été une nova, supernova ou encore la comète de Halley, ces hypothèses ayant été mises de côté car aucun de ces phénomènes ne s'est déroulé durant le règne d' Hérode. L'explication actuelle est que l'intense lumière ait été produite par une conjonction entre Jupiter et Saturne,.

Des poètes classiques comme Homère, Sappho, Ovide et Virgile ont parlé de l'étoile et de sa lumière, puis des poètes préromantiques et romantiques tels que William Blake, Robert Frost, Letitia Elizabeth Landon, Alfred Lord Tennyson et William Wordsworth ont écrit des odes au sujet de la planète.

Gustav Holst dédie le second mouvement de son poème symphonique Les Planètes (1918) à Vénus, où elle incarne la paix. Plus récemment, Alain Bashung, pour son album Bleu Pétrole, compose la chanson Vénus, consacrée à la planète et à son rôle de guide.

En peinture, la représentation la plus célèbre de Vénus reste celle de Vincent Van Gogh dans La Nuit étoilée, vue depuis la chambre de son asile du monastère Saint-Paul-de-Mausole à Saint-Rémy-de-Provence en ,. Une étude du ciel au printemps de 1889 permet de confirmer qu'il s'agit bien de Vénus, entourée de blanc en bas à droite du grand cyprès. Le peintre indique également explicitement la présence de l'objet céleste dans ses lettres. La planète est également visible dans ses peintures Route avec un cyprès et une étoile et La Maison blanche, la nuit, réalisées en 1890 et peu avant la mort de l'artiste.

Avec l'invention du télescope, l'idée que Vénus était un monde physique et une destination possible a commencé à prendre forme.

Aussi, elle est représentée dans la fiction depuis le siècle. La forte couverture nuageuse vénusienne laisse également aux écrivains de science-fiction toute latitude pour spéculer sur les conditions de vie à sa surface, d'autant plus que les premières observations ont montré que non seulement sa taille était similaire à celle de la Terre mais qu'elle possédait une atmosphère substantielle. Plus proche du Soleil que la Terre, la planète est souvent décrite comme plus chaude, mais toujours habitable par les humains ; les écrivains imaginent alors des extraterrestres qu'ils nomment les Vénusiens. Le genre a atteint son apogée entre les années 1930 et 1950, à une époque où la science avait révélé certains aspects de Vénus, mais pas encore la dure réalité de ses conditions de surface ; on peut notamment citer Dans les murs d'Eryx de H.P. Lovecraft en 1939, Parelandra de C. S. Lewis en 1943 et Les Océans de Vénus d' Isaac Asimov en 1954. Cependant, après les premières missions d'exploration robotisées, les résultats montrent qu'aucune forme de vie n'y est possible à la surface. Cela met un terme à ce genre particulier reposant sur l'espérance d'une Vénus habitée.

Aussi, à mesure que la connaissance scientifique de Vénus a progressé, les auteurs de science-fiction modifient les thèmes abordés. Ainsi, des ouvrages conjecturant des tentatives humaines de terraformer Vénus se sont développés, comme dans le diptyque de Pamela Sargent ( Vénus des rêves et Vénus des ombres en 1986 et 1988). Une approche de villes flottantes dans l'épaisse atmosphère de la planète afin de connaître des températures plus clémentes est également abordée dans Le Sultan des nuages (2010) de Geoffrey Landis. Quatre ans après, des chercheurs de la NASA proposent un projet similaire, High Altitude Venus Operational Concept, visant à établir une colonie humaine dans des dirigeables à 50 kilomètres d'altitude sur Vénus,.

Le symbole astronomique de Vénus est le même que celui utilisé en biologie pour le sexe féminin : un cercle avec une croix pointant vers le bas ( unicode 0x2640 : ♀),. Il correspond également au symbole alchimique ancien du cuivre. À l'époque moderne, il est toujours employé comme symbole astronomique pour Vénus, bien que son utilisation soit découragée par l' Union astronomique internationale.

L'idée, erronée, selon laquelle le symbole représente le miroir de la déesse est introduite par Joseph Juste Scaliger à la fin du siècle. Il invoque également le fait que le cuivre fut utilisé pour réaliser les miroirs antiques, faisant ainsi le lien avec le symbole alchimique. Au début du siècle, Claude Saumaise établit que le symbole dérive en réalité de la première lettre du nom grec de la planète Phōsphoros (Φωσϕόρος), comme les symboles des autres planètes,.

Cythère étant une épiclèse homérique d' Aphrodite, l'adjectif " cythérien " ou " cythéréen " est parfois utilisé en astronomie (notamment dans astéroïde cythérocroiseur) ou en science-fiction (les Cythériens, une race de Star Trek). Aussi, l'adjectif " vénusien " est communément employé pour définir les caractéristiques de Vénus en lieu de " vénérien ", qui a pris une connotation péjorative d'origine médicale en tant que synonyme d' infection sexuellement transmissible.

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Vénus Vénus en vraies couleurs vue par Mariner 10.

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Lune

Pleine lune en Amérique du Nord.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

384 399 km
(0,002 57 au)

Apogée

406 300 km
(0,002 7 au)

Périgée

356 700 km
(0,002 4 au)

Circonférence orbitale

2 449 000 km

Période de révolution

27,321 582 d
(27 j 7 h 43.1 min)

Période synodique

29,530 589 d

Vitesse orbitale moyenne

1,022 km/s

Vitesse orbitale maximale

1,052 km/s

Vitesse orbitale minimale

0,995 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

5,145 °

Satellite de

la Terre

Désignation systématique

Terre I

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

1 737,4 km
(0,273 Terre)

Rayon polaire

1 735,97 km
(0,273 Terre)

Périmètre équatorial

10 921 km
(0,273 Terre)

Superficie

37 871 220,85 km²
(0,074 Terre)

Volume

2,195 8 × 10 ¹⁰ km³
(0,020 Terre)

Masse

7,347 7 × 10 ²² kg
(0,012 3 Terre)

Masse volumique globale

3,346 4 × 10 ³ kg/m³

Gravité de surface

1,622 m/s²
(0,165 4 g)

Vitesse de libération

2,38 km/s

Période de rotation
(jour sidéral)

27,321 582 d

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

16,657 2 km/h

* Maximum

396 K (123 °C)

* Moyenne

200 K (−73 °C)

* Minimum

40 K (−233 °C)

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

10 −10 Pa

La Lune, ou , est l'unique satellite naturel permanent de la planète Terre. Il s'agit du cinquième plus grand satellite naturel du Système solaire, et du plus grand des satellites planétaires par rapport à la taille de la planète autour de laquelle il orbite. Elle est le deuxième satellite le plus dense du Système solaire après Io, un satellite de Jupiter.

La Lune est en rotation synchrone avec la Terre, lui montrant donc constamment la même face. Celle-ci, appelée face visible, est marquée par des mers lunaires volcaniques sombres qui remplissent les espaces entre les hautes terres claires et ses cratères d'impact proéminents. Réciproquement, elle possède une face cachée, qui présente moins de mers mais beaucoup plus de cratères, dont le bassin Pôle Sud-Aitken, le plus grand du satellite et l'un des plus grands du Système solaire par son diamètre de 2 500 km. Elle est dépourvue d' atmosphère dense et de champ magnétique. Son influence gravitationnelle sur la Terre produit les marées océaniques, les marées terrestres, un léger allongement de la durée du jour et la stabilisation de l' inclinaison de l'axe terrestre.

La distance orbitale moyenne de la Lune est de 384 402 km, soit environ trente fois le diamètre terrestre, et sa période de révolution vaut 27,3 jours. La taille apparente de la Lune dans le ciel est approximativement la même que celle du Soleil, puisque le diamètre de l' étoile est environ 400 fois celui du satellite, mais qu'elle est également 400 fois plus éloignée. Par conséquent, la Lune peut couvrir presque exactement le Soleil dans le ciel, permettant l'apparition d' éclipses solaires totales. Cette correspondance de taille apparente disparaîtra dans un avenir lointain du fait de l'augmentation de la distance lunaire d'environ 3,8 cm par an. La formation de la Lune remonterait à il y a environ 4,51 milliards d'années, peu de temps après celle de la Terre. L'explication la plus largement acceptée est que la Lune s'est formée à partir des débris restants après un impact géant entre une proto-Terre et une protoplanète de la taille de Mars, appelée Théia.

La Lune est survolée pour la première fois par la sonde spatiale en 1959. Durant plus d'une décennie, elle est notamment étudiée par les programmes et , respectivement soviétique et américain. Cette course à l'espace culmine en 1969 avec les premiers humains posant le pied sur la Lune lors de la mission emportant Neil Armstrong et Buzz Aldrin. Dix autres astronautes de la NASA foulent ensuite le sol lunaire jusqu'à en 1972. Ces missions permettent de ramener sur Terre des roches lunaires qui, avec les observations effectuées sur place, permettent de développer la connaissance géologique de la Lune, de sa structure interne et de l'histoire de sa formation. Délaissée à partir de 1974 par les puissances spatiales, l'astre connaît un nouvel intérêt dans les années 1990, deux missions de la NASA - Clementine et Lunar Prospector - découvrant des indices de la présence de glace d'eau, notamment au pôle Sud. À compter de la fin des années 1990, la Lune est la destination principale des sondes spatiales des nouvelles nations spatiales, notamment la Chine, le Japon et l' Inde. De nouvelles missions habitées vers la Lune, voire une colonisation, sont envisagées dans les années 2020.

En sa qualité de deuxième objet céleste dans le ciel terrestre par sa magnitude apparente, après le Soleil, et du fait de son cycle régulier de phases correspondant à sa période synodique de 29,5 jours, la Lune sert de référence et d'influence culturelle aux sociétés humaines depuis des temps immémoriaux. Celles-ci se retrouvent dans la langue, les calendriers, l' art et la mythologie.

La Lune est un sphéroïde en raison de l'étirement créé par les forces de marée, son grand axe étant déplacé de 30° par rapport à la Terre en raison d'anomalies gravitationnelles causées par ses bassins d'impact.

Sa forme est plus allongée que ce que les forces de marée actuelles peuvent expliquer. Ce " renflement fossile " suggère que la Lune s'est solidifiée lorsqu'elle orbitait à une distance moitié moindre de celle actuelle avec la Terre et qu'elle serait à présent trop froide pour que sa forme ne s'adapte à ce changement d'orbite. Son rayon équatorial est de 1 738,1 km et son rayon polaire de 1 736,0 km, ce qui lui confère un aplatissement de 0,001, trois fois plus faible que celui de la Terre. Son rayon moyen est de 1 737,4 km, ce qui correspond à 27 % du rayon terrestre environ.

Sa masse étant de 7,346 × 10 ²² kg, soit un peu plus d'un pour cent de la masse terrestre, la gravité de surface subie sur la Lune est bien plus faible que celle sur Terre : avec 1,62 m/s ², elle est six fois plus petite. Ainsi, même si sa masse reste constante, un être humain sur la Lune voit son poids divisé par six ; de même, porter une combinaison spatiale de 90 kg est équivalent à la sensation de porter une combinaison de 15 kg sur Terre. Par ailleurs, la vitesse de libération sur la Lune est plus faible que celle de la Terre, à 2,38 km/s contre 11,2 km/s. Le champ gravitationnel de la Lune est mesuré en suivant l' effet Doppler des signaux radio émis par les appareils en orbite. Les principales caractéristiques de la gravité lunaire sont les réplétions (ou mascons), de grandes anomalies gravitationnelles positives associées à certains des bassins d'impact géants, en partie causées par les coulées de lave basaltique dense qui remplissent les mers lunaires,,. Ces anomalies influencent grandement l'orbite des engins spatiaux autour de la Lune. Cependant, les coulées de lave ne peuvent à elles seules expliquer toute la signature gravitationnelle ; des concentrations de masse indépendantes du volcanisme des mers ont été identifiées,.

La Lune est un corps différencié, structuré en une croûte, un manteau et un noyau distincts. Il s'agit du deuxième satellite naturel le plus dense du Système solaire après Io, un des satellites de Jupiter,. Cependant, son noyau (probablement constitué de fer métallique allié à une petite quantité de soufre et de nickel) ne fait qu'environ 350 kilomètres de rayon au plus, soit 20 % du rayon de la Lune. Les analyses des variations de la rotation de la Lune indiquent qu'il est au moins partiellement fondu et qu'il serait ainsi solide jusqu'à 240 km du centre puis liquide jusqu'à un peu plus de 300 km,.

Autour du noyau se trouve une couche limite de roches partiellement fondues jusqu'à environ 500 km du centre,. Au-delà de cette couche se trouvent le manteau et la croûte, tous deux formés de roches solides mais de compositions chimiques et minéralogiques différentes. La croûte, épaisse d'environ 50 kilomètres en moyenne, affleure dans les " terres " ; elle est présente aussi dans les " mers ", mais recouverte par d'épaisses couches de lave,.

L'origine de cette structure interne serait la cristallisation fractionnée d'un océan magmatique lunaire peu après la formation de la Lune, il y a 4,5 milliards d'années. Le refroidissement de cet océan magmatique aurait d'abord produit la précipitation et la sédimentation de cristaux d' olivine, de clinopyroxène et d' orthopyroxène formant un manteau mafique puis, après qu'environ les trois quarts de l'océan magmatique se sont cristallisés, la formation et la flottation de cristaux de plagioclase sont à l'origine de la croûte,. Les derniers liquides à cristalliser, pris entre la croûte et le manteau, auraient été fortement enrichis en éléments incompatibles, parmi lesquels des éléments radioactifs KREEP producteurs de chaleur,. Cependant, ce modèle n'explique pas complètement les caractéristiques observées de la composition de la surface, notamment des dissymétries de la répartition du thorium entre les faces visibles et cachées,.

La cartographie géochimique de la surface lunaire, réalisée à partir des orbiteurs, est en accord avec cette perspective : la surface des hauts plateaux (" terres "), représentative de la croûte, est principalement constituée d' anorthosites, des roches ignées principalement composées de plagioclase ; celle des " mers ", comme celle des échantillons de roches lunaires recueillis sur place, sont des laves de composition mafique, plus riches en fer que les basaltes terrestres.

Le magnétomètre MAG et le réflectomètre d'électrons du Lunar Prospector permettent en 2008 d'obtenir la première carte complète des champs magnétiques lunaires. Elle révèle que les bassins d'impacts dominent la distribution de ces champs, les plus faibles (inférieurs à 0,2 nT) se trouvant dans les bassins les plus grands et les plus récents, Mare Orientale et Mare Imbrium, tandis que les champs les plus forts (supérieurs à 40 nT) sont mesurés au-dessus des surfaces diamétralement opposées à ces mêmes bassins. Les plus forts champs relevés correspondent à moins d'un centième du champ magnétique terrestre.

Une partie de la magnétisation peut provenir de champs magnétiques transitoires générés lors d'impacts importants. Ces impacts créent l'expansion d'un nuage de plasma lors de l'impact, générant un champ magnétique ambiant. Ceci est confirmé par l'emplacement apparent des plus grandes magnétisations de la croûte près des antipodes des bassins d'impact géants. Cependant, la majeure partie de la magnétisation est héritée d'une époque où la Lune possédait un champ magnétique global, à l'instar de la Terre et d'autres planètes.

La présence d'un champ magnétique global peu après la formation de la Lune est attestée par l' aimantation rémanente de ses roches les plus anciennes. L'étude détaillée d'un échantillon de troctolite vieux de 4,25 ramené lors des missions Apollo démontre l'existence d'un paléo-champ d'une intensité de 20 à 40 - donc très comparable à celle du champ magnétique terrestre actuel - qui aurait progressivement décliné et qui se serait terminé au moins après il y a 2,5 Ga. Ce résultat confirme la présence d'un effet dynamo à cette époque, mais ne permet pas d'en connaître précisément le mécanisme ( convection thermique ou solutale, notamment),.

Les études paléomagnétiques menées de 2009 à 2014 montrent qu'une dynamo lunaire a fonctionné entre au moins 4,25 et 1,92 Ga et qu'une période de champ élevé (avec une intensité moyenne du champ d'environ 77 μT en surface) a perduré entre 3,85 et 3,56 Ga, suivie d'une baisse de l'intensité de surface jusqu'en dessous de 4 μT vers 3,19 Ga. Deux études ultérieures, en 2017 et 2020, montrent que la baisse d'un ordre de grandeur des paléointensités lunaires entre 3,56 et 3,19 Ga a été suivie d'une période de champ bas (intensités du champ de surface de l'ordre de 5 μT) puis d'une seconde et dernière période de déclin entre 1,92 et 0,8 Ga, qui s'est terminée par l'arrêt de la dynamo lunaire, signe d'une cristallisation complète du noyau lunaire. Deux hypothèses sont proposées pour expliquer la succession de deux périodes stables, l'une à champ haut et la suivante à champ bas : (1) deux mécanismes de dynamo distincts ont pu fonctionner, le premier générant un champ fort jusqu'à son effondrement et le second maintenant un champ faible, ou bien (2) un unique mécanisme de dynamo était bistable, passant d'un état de champ élevé à un état de champ bas.

La topographie de la Lune, aussi appelée sélénographie, est mesurée par altimétrie laser et stéréoscopie,. Son relief le plus visible est le bassin Pôle Sud-Aitken, d'un diamètre d'environ 2 500 km, le plus grand cratère de la Lune et un des plus grands cratères d'impact du Système solaire, dont le choc aurait fait basculer l' axe de rotation de l'astre de 15°,,,. D'une profondeur de 13 km, son plancher est le point le plus bas de la surface de la Lune,. Les altitudes les plus élevées de la surface sont situées directement au nord-est, et il est suggéré que ces reliefs pourraient avoir été épaissis par l'impact légèrement oblique ayant formé le bassin. D'autres grands bassins d'impact, tels que les mers des Pluies, de la Sérénité, des Crises, Smythii et Orientale, possèdent également des élévations régionales basses et des bords surélevés. La surface de la face cachée de la Lune est en moyenne environ 1,9 km plus haute que celle de la face visible.

La découverte d' escarpements de failles par le Lunar Reconnaissance Orbiter suggère que la Lune s'est rétrécie d'environ 90 mètres au cours du dernier milliard d'années. Des caractéristiques de contraction similaires existent sur Mercure. Une étude menée en 2019 sur plus de 12 000 images prises par l'orbiteur montre que la Mare Frigoris, un vaste bassin près du Pôle Nord lunaire et supposé géologiquement mort, se craquelle et se déplace. Comme la Lune ne possède pas de plaques tectoniques, son activité tectonique est lente et des fissures se développent au fur et à mesure qu'elle perd de la chaleur interne.

Le point de référence des coordonnées sélénographiques est le petit cratère Mösting A, défini comme ayant les coordonnées (). D'une façon générale, le premier méridien de la Lune correspond au centre du disque lunaire vu depuis la Terre, l' UAI recommandant comme axe la direction moyenne du centre de la Lune au centre de la Terre,.

Les plaines lunaires sombres et relativement dénuées de caractéristiques, clairement visibles à l'œil nu depuis la Terre, sont appelées " mers ", car on croyait autrefois qu'elles étaient remplies d' eau. Elles sont maintenant connues comme de vastes bassins solidifiés de lave basaltique ancienne. Bien que semblables aux basaltes terrestres, les basaltes lunaires contiennent plus de fer et aucun minéral altéré par l'eau. La majorité de ces laves a fait éruption ou s'est écoulée dans des dépressions associées à des bassins d'impact. Plusieurs provinces géologiques contenant des volcans boucliers et des dômes lunaires volcaniques se trouvent à l'intérieur des " mers " de la face visible.

Presque toutes les mers se trouvent sur la face visible de la Lune et couvrent 31 % de la surface sur cette face, contre 2 % de la face cachée. D'après les cartes géochimiques obtenues par le spectromètre gamma de Lunar Prospector, il est estimé que cela est dû à une concentration d'éléments produisant de la chaleur - aussi appelés KREEP - sous la croûte de la face visible qui auraient causé le réchauffement, la fonte partielle, la remontée à la surface et l'éruption du manteau sous-jacent,,. La plupart des basaltes des mers lunaires ont fait éruption pendant l' Imbrien supérieur, il y a 3,0 à 3,5 milliards d'années, même si certains échantillons datés par radiométrie pourraient être aussi vieux que 4,2 milliards d'années.

Datées par le dénombrement des cratères, les éruptions les plus récentes sur la Lune ont longtemps été évaluées à il y a environ 1,2 milliard d'années. Cependant, en 2006, une étude du cratère Ina - une minuscule dépression de Lacus Felicitatis - montre des caractéristiques déchiquetées et relativement exemptes de poussière qui, en raison de l'absence d'érosion par les retombées de débris, semblaient n'avoir que quelques millions d'années, même si cette datation ne fait pas consensus. Les tremblements de lune et les rejets de gaz indiquent également une certaine activité lunaire continue,. En 2014, la NASA annonce avoir découvert " de nombreuses preuves d'un volcanisme lunaire récent " dans 70 parcelles irrégulières de mers identifiées par le Lunar Reconnaissance Orbiter , dont certaines datent de moins de 50 millions d'années. Cela soulève la possibilité que le manteau lunaire soit beaucoup plus chaud que pensé auparavant, notamment en ce qui concerne la face visible où la croûte profonde est beaucoup plus chaude à cause de la plus grande concentration d'éléments radioactifs,,,. Peu auparavant, des preuves de volcanisme basaltique vieux de 2 à 10 millions d'années à l'intérieur du cratère Lowell - situé dans la Mare Orientale, au niveau de la zone de transition entre les faces visible et cachée - sont rapportées. Un manteau initialement plus chaud potentiellement associé à un enrichissement local d'éléments KREEP dans le manteau pourrait être responsable d'activités volcaniques prolongées également de l'autre côté du bassin oriental,.

Les régions plus claires de la Lune sont appelées terrae, ou plus communément hautes terres parce qu'elles ont une altitude plus élevée que la plupart des mers. Elles sont datées, par radiométrie, comme ayant été formées il y a 4,4 milliards d'années et pourraient représenter des cumulats de plagioclases de l' océan magmatique lunaire,. Contrairement à la Terre, aucune montagne lunaire majeure ne se serait formée à la suite d'événements tectoniques.

La concentration de mers sur la face visible reflète probablement une croûte beaucoup plus épaisse des hautes terres de la face cachée, qui pourrait s'être formée lors de l'impact à faible vitesse d'une seconde lune de la Terre quelques dizaines de millions d'années après la formation de la Lune,.

La surface lunaire présente également de nombreux cratères d'impact. L'absence d'atmosphère, d'écoulements liquides en surface, de conditions météorologiques et de processus géologiques récents pour créer de l' érosion font que beaucoup de ces cratères sont bien préservés. Les cratères se forment lorsque des astéroïdes et des comètes entrent en collision avec le satellite. On en dénombre environ 300 000 d'une largeur d'au moins un kilomètre sur la face visible seule. Les périodes de l' échelle des temps géologique lunaire sont nommées d'après les événements d'impact les plus importants s'y étant déroulés, comme le Nectarien d'après la Mare Nectaris ou l' Imbrium d'après la Mare Imbrium . Comme la , ces structures sont caractérisées par de multiples anneaux de matériaux soulevés sur un diamètre de plusieurs centaines voire milliers de kilomètres et associés à un large tablier de dépôts d'éjectas qui forment une stratigraphie régionale. D'autres cratères plus petits comme Ératosthène et Copernic sont caractéristiques de périodes ultérieures et ont ainsi donné leur nom à l' Ératosthénien et au Copernicien.

Bien que seuls quelques bassins aient été datés avec certitude, ils sont utiles pour attribuer des âges relatifs. Comme les cratères d'impact s'accumulent à un rythme presque constant, le comptage du nombre de cratères par unité de surface est utilisé pour estimer l'âge de la surface. Par ailleurs, les âges radiométriques des roches fondues à l'impact recueillies lors des missions Apollo se situent entre 3,8 et 4,1 milliards d'années : elles sont un des principaux arguments de l'existence d'un grand bombardement tardif,.

La croûte lunaire est recouverte d'une couche en surface très fragmentée et labourée par les impacts, appelée régolithe, formée par les processus d'impact. Le régolithe le plus fin, constituant le sol lunaire en verre de dioxyde de silicium, possède une texture ressemblant à de la neige et un parfum ressemblant à de la poudre noire. Le régolithe des surfaces plus anciennes est en général plus épais que celui des surfaces plus jeunes : son épaisseur varie de 10 à 20 km dans les hautes terres et de 3 à 5 km dans les mers. Sous la couche de régolithe finement hachée se trouve le mégarégolithe, une couche de substrat rocheux très fracturé épaisse de plusieurs kilomètres.

La comparaison des images haute résolution obtenues par le Lunar Reconnaissance Orbiter montre un taux d'apparition des cratères significativement plus élevé que précédemment estimé. Ainsi, il est supposé qu'un processus de cratérisation secondaire causé par des éjectas projetés à chaque impact remuent les deux premiers centimètres du régolithe cent fois plus rapidement que les modèles précédents le suggéraient, avec une échelle de temps de l'ordre de 81 000 ans,.
Millions d'années avant nos jours
Tourbillons lunaires

Les tourbillons lunaires sont des formations brillantes énigmatiques observées à la surface de la Lune. Ils possèdent un albédo élevé, des caractéristiques optiques similaires à celles d'un régolithe relativement jeune et en majorité une forme sinueuse. Cette forme est souvent accentuée par des régions de faible albédo qui serpentent entre les tourbillons brillants,.

L' eau liquide ne peut pas persister à la surface de la Lune. Lorsqu'elle est exposée au rayonnement solaire, l'eau se dissocie rapidement par photolyse puis est emportée dans l'espace. Cependant, depuis les années 1960, les scientifiques émettent l'hypothèse que de la glace d'eau pourrait être déposée par des comètes voire être produite par la réaction de roches lunaires riches en oxygène et d' hydrogène provenant du vent solaire, laissant des traces d'eau pouvant éventuellement persister dans les cratères d'obscurité éternelle au niveau des deux pôles lunaires,. Des simulations numériques suggèrent que jusqu'à 14 000 de la surface du satellite seraient constamment dans l'ombre. La présence de quantités d'eau utilisables sur le satellite est un facteur important afin d'envisager une colonisation de la Lune de façon rentable. En effet, l'alternative consistant à transporter de l'eau depuis la Terre serait d'un coût prohibitif.

En 1994, l'expérience radar réalisée à bord de l'orbiteur Clementine rapporte l'existence de petites poches d'eau gelée près de la surface. Cependant, des observations radar ultérieures depuis le radiotélescope d'Arecibo suggèrent que ces découvertes seraient plutôt des roches éjectées lors de la formation de jeunes cratères d'impact. En 1998, le spectromètre à neutrons de Lunar Prospector révèle la présence de fortes concentrations d'hydrogène dans le premier mètre de profondeur du régolithe près des régions polaires. Des perles de lave volcaniques, ramenées sur Terre lors de la mission , présentent après recherches de petites quantités d'eau en leur intérieur.

La sonde Chandrayaan-1, lancée en 2008, confirme l'existence de glace d'eau à la surface grâce à son module embarqué Moon Mineralogy Mapper. Le spectromètre observe des raies d'absorption correspondant à l' hydroxyle dans la lumière solaire réfléchie, indiquant la présence de grandes quantités de glace d'eau à la surface lunaire. Les données indiquent des concentrations de l'ordre de 1 000 ppm. En 2009, le envoie un impacteur de 2 300 kg dans un cratère d'obscurité éternelle et détecte au moins 100 kg d'eau dans un panache de matériaux éjectés,,. Un autre examen des données du LCROSS révèle que la quantité d'eau détectée est plus proche de 155 ± 12 kg. En mai 2011, la détection de 615 à 1 410 ppm d'eau dans les inclusions magmatiques de l'échantillon lunaire 74220 est annoncée. Il s'agit du " sol orange " à haute teneur en titane d'origine volcanique recueilli lors de la mission en 1972. Cette concentration est comparable à celle du magma dans le manteau supérieur de la Terre,.

L'analyse des résultats du Moon Mineralogy Mapper (M3) apporte en août 2018 pour la première fois la confirmation de la présence de glace d'eau à la surface de la Lune,,. Les données révèlent les signatures réfléchissantes distinctes de la glace d'eau, par opposition à celles de la poussière et d'autres substances réfléchissantes. Les dépôts de glace se trouvent. sur les pôles Nord et Sud, bien qu'ils soient plus abondants au Sud, où les cratères d'obscurité éternelle sont plus répandus,.

En octobre 2020, des astronomes signalent avoir détecté de l'eau sur la surface éclairée par le Soleil de la Lune par plusieurs engins spatiaux indépendants, dont l' Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge (SOFIA),,.

L' inclinaison de l'axe de la Lune par rapport à l' écliptique n'est que de 1,5424°, soit beaucoup moins que les 23,44° de la Terre. Pour cette raison, l'éclairement solaire de la première varie beaucoup moins selon les saisons, et les détails topographiques jouent un rôle crucial dans les effets saisonniers.

D'après les images prises par Clementine en 1994, quatre régions montagneuses au bord du cratère Peary, près du pôle Nord de la Lune, pourraient rester illuminées pendant toute la journée lunaire, créant ainsi des pics de lumière éternelle. De telles régions n'existent pas au pôle Sud. De même, il y existe des endroits qui restent dans l'ombre permanente au fond de nombreux cratères polaires, impliquant que ces " cratères d'obscurité éternelle " sont extrêmement froids. Le Lunar Reconnaissance Orbiter mesure les températures estivales les plus basses dans les cratères du pôle Sud à et seulement 26 K (−247 °C) vers le solstice d'hiver dans le cratère Hermite au pôle Nord. C'est la température la plus basse du Système solaire jamais mesurée par un engin spatial, inférieure même à celle de la surface de Pluton.

Les températures moyennes de la surface de la Lune diffèrent grandement en fonction du moment de la journée pour les régions considérées : jusqu'à environ 400 K (127 °C) lorsqu'elles sont exposées aux rayons solaires à l'équateur et jusqu'à 100 K (−173 °C) lorsqu'elles sont à l'ombre,,.

Composition actuelle

L' atmosphère de la Lune est si ténue que sa masse totale est inférieure à 10 tonnes, soit une densité correspondant presque à du vide : la pression superficielle de cette petite masse est d'environ 3 × 10 −15 (0,3 ), celle-ci variant avec le jour lunaire. Ses sources sont notamment le dégazage et la pulvérisation cathodique, un produit du bombardement du sol par les ions du vent solaire. On trouve parmi les éléments détectés le sodium et le potassium, produits par pulvérisation cathodique et également présents dans les atmosphères de Mercure et de Io ; l' hélium 4 et le néon provenant du vent solaire ; et l' argon 40, le radon 222 et le polonium 210, dégazés après leur création par désintégration radioactive dans la croûte et le manteau. L'absence d'espèces neutres ( atomes ou molécules) comme l' oxygène, l' azote, le carbone, l' hydrogène et le magnésium, qui sont pourtant présentes dans le régolithe n'est pas expliquée. De la vapeur d'eau est présente en quantités variables en fonction de la latitude, avec un maximum à environ 60-70°. Elle est probablement produite par la sublimation de la glace d'eau du régolithe. Ces gaz retournent vers la surface en raison de la gravité de la Lune ou sont perdus dans l'espace, soit par la pression du rayonnement solaire, soit - s'ils sont ionisés - en étant emportés par le champ magnétique du vent solaire.

Un nuage de poussière lunaire asymétrique permanent existe autour de la Lune, créé par de petites particules de comètes. Il est estimé que 5 tonnes de ces dernières frappent la surface toutes les 24 heures et éjectent cette poussière. Celle-ci reste en suspension pendant environ 10 minutes, prenant 5 minutes pour se lever et 5 minutes pour tomber. En moyenne, 120 kilogrammes de poussière sont présents en permanence au-dessus de la Lune, s'élevant jusqu'à 100 kilomètres de la surface. Les mesures de la poussière sont effectuées par l'expérience LDEX ( Lunar Dust EXperiment) du , à entre 20 et 100 kilomètres de la surface pendant une période de six mois,. Le LDEX détecte en moyenne une particule de poussière lunaire de 0,3 micromètre par minute. Le comptage des particules de poussière culmine pendant les pluies de météores des Géminides, des Quadrantides et des Taurides notamment, lorsque la Terre et la Lune traversent des débris de comètes. Les nuages sont asymétriques, plus denses près de la limite entre le côté jour et le côté nuit de la Lune,.

En octobre 2017, des scientifiques du Centre de vol spatial Marshall et du Lunar and Planetary Institute de Houston annoncent avoir découvert à partir d'études d'échantillons de magma de la Lune, prélevés lors des missions Apollo, que la Lune aurait possédé une atmosphère relativement épaisse pendant une période de 70 millions d'années il y a trois ou quatre milliards d'années,. Cette atmosphère, provenant de gaz éjectés lors d'éruptions volcaniques lunaires, était deux fois plus épaisse que celle trouvée actuellement sur la planète Mars. L'ancienne atmosphère lunaire aurait progressivement été dépouillée par le vent solaire puis dissipée dans l'espace,.

La Lune commence à se former il y a 4,51 milliards d'années, de 30 à 60 millions d'années après la formation du Système solaire,. Plusieurs mécanismes de formation sont proposés, parmi lesquels la séparation de la Lune à partir de la croûte terrestre par la force centrifuge (ce qui exigerait une vitesse de rotation initiale de la Terre trop élevée),, la capture gravitationnelle d'une Lune préformée (ce qui nécessiterait cependant une atmosphère terrestre étendue irréaliste pour dissiper l'énergie de la Lune de passage), et la co-formation de la Terre et de la Lune dans le disque d'accrétion primordial (ce qui ne peut pas expliquer la disparition des métaux dans la Lune),,. Ces hypothèses ne peuvent pas non plus expliquer le moment cinétique élevé du système Terre-Lune.

Pour l'hypothèse dominante, le système Terre-Lune s'est formé après l'impact d'une protoplanète ayant une taille similaire à celle de Mars (nommée Théia, la mère de Séléné dans la mythologie grecque) avec la proto-Terre ; elle est appelée l' hypothèse de l'impact géant,,. L'impacteur, la croûte et une partie du manteau terrestre se disloquent et projettent une grande quantité de débris en orbite autour de la Terre. La Lune se forme ensuite par accrétion d'une partie de ce nuage de débris en un temps très court, de l'ordre d'un siècle,. L'impact aurait libéré beaucoup d' énergie, faisant fondre la couche externe de la Terre, et a ainsi formé un océan de magma,. De même, la Lune nouvellement formée aurait possédé un océan magmatique lunaire d'une profondeur estimée à au moins plusieurs centaines de kilomètres,.

Bien que l'hypothèse de l'impact géant puisse expliquer de nombreux paramètres, certains éléments ne sont pas expliqués, notamment en ce qui concerne les compositions isotopiques proches de la Lune et de la Terre, son volcanisme relativement récent, ou l'existence passée d'un champ magnétique planétaire. En effet, la mesure en 2001 des signatures isotopiques des roches lunaires du programme Apollo révèle qu'elles présentent la même signature isotopique que les roches terrestres, les distinguant donc de presque tous les autres corps du Système solaire. Cette observation est inattendue car on supposait alors que la plupart des matériaux qui ont formé la Lune provenaient de Théia ; or il est ensuite annoncé en 2007 qu'il y a moins d'un pour cent de chances que Théia et la Terre aient des signatures isotopiques identiques par ce biais. D'autres échantillons lunaires d' Apollo étudiés en 2012 comportent la même composition en isotopes de titane que la Terre, ce qui est en conflit avec ce qui est attendu si la Lune s'était formée loin de la Terre ou était issue de Théia,.

Ces écarts peuvent s'expliquer par des variations de l'hypothèse de l'impact géant. Des modèles alternatifs ont notamment proposé une série d'impacts moins cataclysmiques ou la formation d'une synestia - un nuage torique de gaz et de fragments rocheux.

La Lune effectue une orbite complète autour de la Terre par rapport aux étoiles fixes environ une fois tous les 27,3 jours - sa période de révolution ou période sidérale. Cependant, comme la Terre se déplace simultanément sur son orbite autour du Soleil, il faut environ deux jours de plus avant que la Lune ne montre la même phase à la Terre, soit 29,5 jours - sa période synodique,,.

Contrairement à la plupart des satellites naturels des autres planètes, elle orbite plus près du plan de l'écliptique que du plan équatorial de la planète,. Son orbite est subtilement perturbée par le Soleil et la Terre en de nombreuses différentes façons. Par exemple, le plan de l'orbite de la Lune tourne graduellement tous les 18,61 ans, ce qui affecte d'autres aspects du mouvement lunaire. Ces effets consécutifs sont mathématiquement décrits par les lois de Cassini,.

Par ailleurs, la Lune est le seul satellite naturel permanent de la Terre. Il existe un certain nombre d' objets géocroiseurs comme (3753) Cruithne qui coorbitent avec la Terre : leurs orbites les rapprochent de la Terre à un intervalle régulier, mais s'altèrent sur le long terme,. Ce sont des quasi-satellites et non des satellites naturels car ils n'orbitent pas autour de la Terre mais autour du Soleil, l'existence d' autres lunes de la Terre n'étant pas confirmée. Cependant, certains de ces astéroïdes peuvent devenir parfois pendant quelques mois - voire quelques années -des satellites temporaires de la Terre. Seul est connu pour avoir été dans ce cas, entre 2006 et 2007,.

La trajectoire de la Lune dans un repère lié au Soleil a la particularité d'être entièrement concave, sans boucles ni points d'inflexion. C'est le seul cas parmi tous les satellites connus, naturels ou artificiels.

La Lune est en rotation synchrone autour de la Terre : sa période de rotation est égale à sa période de révolution. Elle présente donc toujours le même hémisphère nommé " face visible de la Lune " à un observateur terrestre, l'hémisphère opposé étant en conséquence appelé " face cachée de la Lune ". Cependant, en raison de l'effet de la libration, environ 59 % de la surface de la Lune peut en pratique être vue depuis la Terre,. La face cachée est parfois appelée à tort le " côté obscur ", mais elle est totalement éclairée aussi souvent que le côté visible : une fois tous les 29,5 jours terrestres, à la nouvelle lune,.

Cette rotation synchrone résulte des frottements créés par les forces de marée de la Terre sur la Lune, l'énergie de rotation s'étant dissipée sous forme de chaleur. Auparavant, la Lune avait une vitesse de rotation plus rapide mais, assez vite dans son histoire, celle-ci ralentit progressivement jusqu'à ce que la période de ce mouvement coïncide avec celle de la révolution du satellite autour de la Terre,,.

En 2016, en utilisant des données collectées lors de la mission Lunar Prospector, des planétologues détectent deux zones riches en hydrogène (probablement une ancienne glace d'eau) à deux points opposés de la Lune. Il est supposé que ces zones étaient il y a des milliards d'années les pôles lunaires avant qu'elle ne soit verrouillée avec la Terre,.

La Lune est un satellite naturel exceptionnellement grand par rapport à la Terre : elle fait plus du quart du diamètre et 1/ de la masse de la planète,. Il s'agit d'ailleurs de la plus grande lune du Système solaire par rapport à la taille de sa planète, bien que Charon soit plus grande par rapport à la planète naine Pluton, faisant 50 % de son diamètre et 1/ de sa masse. La superficie de la Lune est légèrement inférieure à celle de l' Asie.

Le barycentre du système Terre-Lune, leur centre de masse commun, est situé à environ 1 700 km (environ un quart du rayon de la Terre) sous la surface de la Terre. La Terre tourne autour de ce barycentre une fois par mois sidéral, à 1/ de la vitesse de la Lune, soit environ 41 kilomètres par heure. Ce mouvement se superpose à la révolution beaucoup plus rapide de la Terre autour du Soleil - d'une vitesse d'environ 30 km/s - et est donc généralement négligeable,.

L' attraction gravitationnelle entre les corps célestes diminue inversement au carré de la distance de ces masses les unes par rapport aux autres. En conséquence, l'attraction exercée par la Lune est légèrement plus grande pour le côté de la Terre le plus proche d'elle que pour le côté opposé. Cela entraîne une force de marée qui affecte à la fois les océans et la croûte terrestre. L'effet le plus évident des forces de marée est de provoquer deux renflements dans les océans de la Terre, l'un du côté faisant face à la Lune et l'autre du côté opposé. Il en résulte des variations du niveau des mers, appelés marées océaniques. Lorsque la Terre tourne sur son axe, l'un des renflements de l'océan ( marée haute) est localement maintenu en place " sous " la Lune, tandis qu'une autre marée de ce type est opposée. En conséquence, il y a environ deux marées hautes et deux marées basses en une journée. Puisque la Lune est en orbite autour de la Terre dans le même sens que la rotation de la Terre sur elle-même, les marées hautes se produisent environ toutes les 12 heures et 25 minutes, les 25 minutes étant dues au temps que met la Lune pour orbiter autour de la Terre,.

Le Soleil produit également des marées mais d'amplitude plus faible, 40 % de celle due à la Lune. Lors de la syzygie, quand la Lune et le Soleil sont alignés avec la Terre, la somme des interactions Lune-Terre et Soleil-Terre est responsable des grandes marées au moment des équinoxes de printemps et d' automne.

Alors que la gravitation provoque l'accélération et le mouvement des océans fluides de la Terre, le couplage gravitationnel entre la Lune et le corps solide de la Terre est principalement élastique et plastique. Le résultat est un autre effet de marée de la Lune sur la Terre qui provoque un renflement de la partie solide de la Terre la plus proche de la Lune qui agit comme un moment en opposition à la rotation de la Terre : une marée solide, ou terrestre. Cela " draine " le moment cinétique et l'énergie cinétique de la rotation de la Terre, la ralentissant progressivement,,. Cet élan angulaire, perdu de la Terre, est transféré à la Lune dans un processus connu sous le nom d' accélération par effet de marée qui élève la Lune sur une orbite plus élevée. Ainsi, la distance entre la Terre et la Lune augmente - la Lune était environ dix fois plus proche de la Terre lors de sa formation qu'à l'époque contemporaine - et la rotation de la Terre ralentit en réaction,. Les mesures des réflecteurs lunaires laissés pendant les missions Apollo révèlent que la distance Terre-Lune augmente d'en moyenne 3,8 cm par an, (3,805 ± 0,004 cm/an). Les horloges atomiques montrent également l'effet inverse, à savoir que le jour sur Terre s'allonge d'environ 15 microsecondes chaque année, forçant le temps universel coordonné à être ajusté avec des secondes intercalaires.

Dût-elle suivre son cours, cette traînée de marée continuerait jusqu'à ce que la rotation de la Terre et la période orbitale de la Lune correspondent, créant un verrouillage mutuel par les forces de marées entre les deux astres. En conséquence, la Lune serait suspendue dans le ciel au-dessus d'un méridien, comme c'est par exemple le cas entre Pluton et sa lune Charon. Cependant, le Soleil deviendra une géante rouge et engloutira le système Terre-Lune bien avant cet événement,,.

De la même manière, la surface lunaire subit des marées d'une amplitude d'environ 10 cm tous les 27 jours, avec deux composantes : une fixe due à la Terre parce qu'en rotation synchrone, et une variable due au Soleil. La composante induite par la Terre provient de la libration, résultat de l'excentricité orbitale de la Lune - si l'orbite de la Lune était parfaitement circulaire, il n'y aurait que des marées solaires. Les effets cumulés de ces contraintes de marée produisent des séismes lunaires,. Ces phénomènes restent beaucoup moins courants et moins intenses que les tremblements de terre, bien qu'ils puissent se dérouler pendant jusqu'à une heure du fait de l'absence d' eau pour amortir les vibrations sismiques. L'existence de ces séismes est une découverte inattendue des sismographes placés sur la Lune lors des missions Apollo de 1969 à 1972.

Par ailleurs, ces forces de marées ont un impact décelable sur le climat dans le cadre de marées atmosphériques,. Lors des différentes phases de la Lune, la force de marée attire plus ou moins l'atmosphère et participe ainsi, à hauteur de quelques pourcents, aux phénomènes de surpression et de dépression.

Finalement, la présence de la Lune a une influence sur la stabilisation de l' inclinaison de l'axe terrestre. En effet, l'obliquité de la Terre varie entre 21 et 24° environ par rapport au plan de l' écliptique tandis que Mars, qui n'a pas de satellite naturel aussi massif, voit son obliquité varier de 20 à 60° sur des millions d'années. De même, avant la formation de la Lune, l' axe de rotation terrestre oscillait de façon chaotique, ce qui aurait rendu impossible l'apparition de la vie à sa surface du fait des dérèglements climatiques causés ; ceci a disparu une fois le verrouillage gravitationnel par effet de marée entre la Terre et son satellite naturel mis en place,,.

L' influence lunaire est la croyance pseudo-scientifique d'une corrélation entre des étapes spécifiques du cycle lunaire et des changements physiologiques chez les êtres vivants sur Terre, y compris les humains,.

La Lune a longtemps été particulièrement associée à la folie et à l' irrationalité, des mots comme lunatique étant dérivés du nom latin de la Lune, Luna. Les philosophes Aristote et Pline l'Ancien font valoir que la pleine lune cause la folie chez les individus sensibles, estimant que le cerveau, qui est principalement composé d'eau, doit être affecté par la Lune et son pouvoir sur les marées. En réalité, le pouvoir de la gravité lunaire est trop faible pour que cela soit le cas. De façon contemporaine, l'existence d'une influence lunaire affirmant que les admissions dans les hôpitaux psychiatriques, les accidents de la route, les homicides ou encore les suicides augmenteraient lors des pleines lunes est parfois défendue, même si de nombreuses études infirment cela,,,. De même, si une influence de la Lune sur l' agriculture ou les forêts est parfois supposée, aucun effet exploitable n'a jamais été démontré,,,.

En revanche, un sélénotropisme - c'est-à-dire l'orientation d'un organisme vis-à-vis de la Lune - est démontré chez certaines espèces de vers palolo tels que l'Eunice fuscata du Pacifique tropical, ou chez des zooplancton en Arctique pendant la nuit polaire. Par ailleurs, la croissance de certains animaux comme le nautile serait influencée par la Lune et l'observation de leurs coquilles permet, avec des spécimens anciens fossiles, de confirmer de façon indépendante l'allongement du mois lunaire à l' échelle géologique en raison de l'augmentation de la distance Terre-Lune. Cependant, cette hypothèse reste contestée,,.

La Lune possède un albédo géométrique exceptionnellement bas de 0,12, ce qui lui confère une réflectance légèrement supérieure à celle de l' asphalte,. Cependant, avec une magnitude apparente de -12,6 pendant la pleine lune, la Lune est l'astre le plus visible dans le ciel terrestre, après le Soleil et devant Vénus, grâce à sa grande proximité avec la Terre. Elle est ainsi facilement observable à l'œil nu la nuit, voire en plein jour. Des jumelles permettent de distinguer les mers et les plus gros cratères d'impact,.

Par ailleurs, le satellite bénéficie d'une amélioration de la luminosité grâce à l' effet d'opposition : la pleine lune est douze fois plus lumineuse qu'un quartier de Lune, même si la surface angulaire éclairée est seulement deux fois plus élevée. De plus, la constance des couleurs du système visuel humain recalibre les relations entre les couleurs d'un objet et son environnement, ce qui explique que la lune éclairée par le soleil ressorte lorsque le ciel environnant est relativement sombre. Les bords de la pleine lune semblent aussi brillants que le centre, sans assombrissement centre-bord, en raison des propriétés réfléchissantes du sol lunaire, qui rétroréfléchit davantage la lumière vers le Soleil que dans d'autres directions,.

L'orientation de la Lune dans le ciel varie en fonction de la latitude de l'observateur terrestre,. En effet, puisque la Lune orbite près de l' écliptique, quelqu'un la regardant depuis une latitude positive (au nord de l' équateur terrestre) verra par exemple le proéminent cratère Tycho plus proche de l' horizon tandis qu'un observateur depuis une latitude négative (au sud de l'équateur), la verra " à l'envers " ,. Sur les deux photographies ci-contre, on observe le cratère en bas de l'image pour une pleine lune vue en Belgique tandis qu'il se trouve en haut de l'image pour une pleine lune vue en Australie.

L'altitude atteinte par la lune dans le ciel lors de sa culmination varie en fonction de sa phase et de la période de l'année. La pleine lune est la plus élevée en hiver pour chaque hémisphère.

La taille apparente de la pleine lune est en moyenne d'environ 0,52° d'arc dans le ciel (soit 31'2 d'arc), ce qui est à peu près la même taille apparente que le soleil,. Cependant, elle semble plus grande lorsqu'elle est proche de l'horizon en raison d'un effet purement psychologique, connu sous le nom d' illusion lunaire, décrit pour la première fois au siècle av. J.-C.,. Plusieurs explications sont proposées, comme le fait que le cerveau humain perçoive le ciel comme légèrement aplati - ce qui implique qu'un objet à l'horizon est considéré comme plus grand - ou encore que la taille relative des objets vus à l'horizon fasse apparaître la lune plus grande, comme pour l' illusion d'Ebbinghaus,,.

L'apparence de la Lune, comme celle du Soleil, peut être affectée par l' atmosphère terrestre. Les effets optiques courants sont par exemple un anneau de halo de 22°, formé lorsque la lumière de la Lune est réfractée à travers les cristaux de glace des nuages de haut cirrostratus, ou des couronnes plus petites lorsque la Lune est vue à travers de minces nuages.

Du fait de sa rotation synchrone, la Lune présente toujours la même partie de sa surface à la Terre : la face dite " visible ". Cependant, la moitié de la sphère éclairée par les rayons solaires - et donc à la fois orientée à la fois vers la Terre et vers le Soleil - varie au cours des 29,53 jours de sa période synodique. Ce phénomène donne naissance à ce que l'on appelle les phases lunaires, qui se succèdent au cours d'un cycle appelé " lunaison ". Au fil du cycle lunaire, la déclinaison de la Lune varie : elle augmente pendant une moitié du cycle et elle décroît pendant l'autre moitié.

La Lune présentant toujours la même face envers la Terre et son orbite étant peu inclinée, les phases lunaires présentent à peu près toujours les mêmes parties de la Lune d'un cycle à l'autre. On distingue principalement quatre points caractéristiques de l'apparence lunaire : la nouvelle lune quand la Lune et le Soleil sont en conjonction par rapport à la Terre, le premier quartier quand la Lune est en quadrature est, la pleine lune lorsque la Lune et le Soleil sont en opposition par rapport à la Terre et le dernier quartier quand la Lune est en quadrature ouest. Entre chacun de ces points caractéristiques, on parlera successivement de premier croissant, de lune gibbeuse croissante, de lune gibbeuse décroissante et enfin de dernier croissant,,.

La partie éclairée de la Lune étant symétrique par rapport au plan formé par le Soleil, la Lune et l'observateur, la Lune présente à chaque instant la même phase à tout observateur terrestre quelle que soit sa latitude,. Cependant, l'orientation de l'horizon de l'observateur terrestre varie par rapport à ce plan. Ainsi, pour de faibles latitudes - près de l'équateur et sous les tropiques -, l'horizon est perpendiculaire au plan et un croissant de Lune apparaîtra horizontal, comme un " sourire ". Pour des latitudes plus élevées, ce quartier apparaîtra plus vertical, comme un " C " ,,. La Lune est visible pendant deux semaines tous les 27,3 jours aux pôles Nord et Sud,.

Une super lune est une pleine lune qui coïncide avec une distance minimale du satellite à la Terre,. Il ne s'agit pas d'un terme d' astronomie mais plutôt d'une expression usuelle employée pour désigner certains phénomènes astronomiques.

Le 14 novembre 2016, la Lune est au plus proche en pleine lune depuis 1948 à 356 500 km du centre de la Terre. Cette pleine lune est alors 30 % plus lumineuse que lorsqu'elle est à son apogée, car son diamètre angulaire est 14 % plus grand et ,. Elle ne sera pas plus proche avant le 25 novembre 2034,.

Les éclipses solaires se produisent à la nouvelle lune, lorsque la Lune se trouve entre le Soleil et la Terre. En revanche, les éclipses lunaires se produisent à la pleine lune, lorsque la Terre est entre le Soleil et la Lune,. L'existence des premières est une conséquence du fait que la taille apparente de la Lune soit à peu près la même que celle du Soleil, les deux formant un angle d'environ 0,5° dans le ciel terrestre. En effet, si le Soleil a un diamètre 400 fois plus grand que celui de la Lune, il est également 400 fois plus loin de la Terre que ne l'est la Lune.

Les variations de taille apparente, dues aux orbites non circulaires, sont également presque identiques, bien que se produisant dans des cycles différents. Cela permet ainsi d'avoir parfois des éclipses solaires totales - avec la Lune apparaissant plus grande que le Soleil - et annulaires - la Lune apparaissant plus petite que le Soleil. Lors d'une éclipse totale, la Lune recouvre complètement le disque du Soleil et la couronne solaire devient visible à l' œil nu.

Comme la distance entre la Lune et la Terre augmente très lentement avec le temps, le diamètre angulaire de la Lune diminue dans le ciel terrestre,. De plus, au fur et à mesure qu'il évolue sur sa séquence principale pour devenir une géante rouge, la taille du Soleil et son diamètre apparent dans le ciel augmentent également. La combinaison de ces deux facteurs signifie qu'il y a des centaines de millions d'années, la Lune couvrait toujours complètement le Soleil lors des éclipses solaires, et qu'aucune éclipse annulaire n'était alors possible. De même, d'ici 600 millions d'années, la Lune ne pourra plus couvrir complètement le Soleil et les éclipses solaires totales deviendront impossibles,.

Par ailleurs, l'orbite de la Lune autour de la Terre étant inclinée d'environ 5,145° par rapport au plan de l' écliptique, les éclipses ne se produisent pas à chaque pleine et nouvelle lune. Pour qu'une éclipse se produise, la Lune doit se trouver près de l'intersection des deux plans orbitaux,. La périodicité et la récurrence des éclipses du Soleil par la Lune et de la Lune par la Terre sont décrites par le saros, dont la période est d'environ 18 ans.

Parce que la Lune bloque continuellement la vue d'une zone circulaire du ciel d'un demi-degré de large, un phénomène appelé l' occultation se produit lorsqu'une étoile ou une planète passe derrière la Lune et est alors cachée,. Ainsi, une éclipse solaire est un cas particulier d'occultation du Soleil. Parce que la Lune est relativement proche de la Terre, les occultations des étoiles individuelles ne sont pas visibles partout sur la planète, ni en même temps. En raison de la précession de l'orbite lunaire, différentes étoiles sont occultées chaque année.

La Lune présentant toujours le même hémisphère à la Terre, on appelle " librations " les phénomènes d'oscillation permettant à un observateur à la surface de la Terre de voir plus de 50 % de la surface de la Lune,. Ces phénomènes peuvent prendre quatre formes : les librations en longitude, les librations en latitude, les librations parallactiques et les librations physiques.

L'ensemble de ces phénomènes de libration au cours de lunaisons successives permet d'observer environ 59 % de la surface lunaire depuis la surface terrestre. Toutefois, les zones supplémentaires ainsi offertes à l'observation sont très déformées par l'effet de perspective et il est difficile de pouvoir distinguer les éléments de surface de ces régions depuis le sol.

Il y existe une controverse historique quant au fait que les caractéristiques de la surface lunaire changent avec le temps. Aujourd'hui, beaucoup de ces affirmations sont considérées comme une conséquence d' illusions d'optique, résultant d'une observation dans différentes conditions d'éclairage, d'une mauvaise qualité de visibilité ou de dessins inadéquats. Cependant, un dégazage se produit occasionnellement et pourrait être responsable d'un pourcentage très mineur de ces observations, faisant partie des phénomènes lunaires transitoires signalés. En 2006, il est suggéré qu'une surface lunaire de 3 km de diamètre aurait été modifiée significativement par un événement de dégagement il y a environ un million d'années,.

Des phénomènes appelés " transitoires " de quelques dixièmes de milliseconde peuvent survenir. De magnitude généralement de 5 à 10 (mais pouvant aller jusqu'à 3), ils ne sont visibles qu'avec un télescope ou une lunette associés à une caméra et sur la partie non éclairée de la Lune. Le flash lunaire provient de la chute de corps (provenant essentiellement d'essaims de comètes) de 5 à 15 cm percutant la Lune à des vitesses de 20 à 30 km/s, ce qui fait fondre la roche en surface au point d'impact et projette des gouttelettes de roches liquides. L'éclair lumineux est produit par l'énergie dégagée lors de cet impact,. Depuis cinq siècles, des centaines de ces phénomènes ont été observés par de nombreux observateurs différents.

L'une des premières représentations possibles de la Lune est une sculpture sur roche nommée Orthostat 47, datée du troisième millénaire avant notre ère et découverte à Knowth, en Irlande,. La première trace écrite de l'observation d'une éclipse solaire date de 1223 av. J.-C, retrouvée sur une tablette d'argile dans l'ancienne cité d' Ougarit,. Une inscription sur un os datant de 2136 av. J.-C. est aussi suspectée d'être une trace de l'observation d'une éclipse.

La compréhension des cycles lunaire est un développement précoce de l'astronomie : dès le siècle av. J.-C., les astronomes babyloniens tiennent des archives systématiques des éclipses solaires et dès le siècle av. J.-C., ils notent le saros, la période de 18 ans régissant les éclipses lunaires. L' astronome chinois Shi Shen donne au siècle av. J.-C. des instructions pour prédire les éclipses solaires et lunaires. Archimède conçoit au siècle av. J.-C. un planétarium capable de calculer les mouvements de la Lune et d'autres objets du Système solaire.

La forme physique de la Lune et la cause du clair de lune sont également comprises tôt dans l'histoire de l'astronomie. Le philosophe grec Anaxagore estime au siècle av. J.-C. que le Soleil et la Lune sont tous deux des roches sphériques et que cette dernière reflète la lumière du premier. Par ailleurs, Démocrite suppose que les marques observées sur la Lune sont la conséquence de l'existence de montagnes et de vallées.

Bien que les Chinois de la dynastie Han associaient la Lune à une énergie assimilée au ch'i, leur théorie de " l'influence rayonnante " reconnaît également que la lumière de la Lune est simplement le reflet du Soleil, et Jing Fang note la sphéricité de la Lune au siècle av. J.-C..

Cependant, Aristote théorise à l'inverse dans que la Lune marque la frontière entre les sphères des éléments mutables (terre, eau, air et feu) et les étoiles impérissables de l' éther. Le monde supralunaire est parfait, et donc la Lune est une sphère lisse et inaltérable. Le disciple d'Aristote, Cléarque de Soles, explique les taches lunaires par le fait que la Lune est un miroir poli qui réfléchit le paysage terrestre. Cette théorie est néanmoins invalidée par l'observation que la surface de la Lune reste inchangée alors qu'elle se déplace devant la Terre, poussant d'autres savants à imaginer que les taches soient des vapeurs condensées d'un nuage ou émanent de la Terre. Cette conception aristotélicienne d'une Lune lisse subsiste en partie jusqu'à la fin du Moyen Âge, voire laisse des traces jusque dans la Perse du siècle et dans le folklore européen du siècle,,.

Au siècle av. J.-C., Séleucos de Séleucie avance à raison que les marées sont dues à l'attraction de la Lune et que leur hauteur dépend de la position de la Lune par rapport au Soleil. Auparavant, Aristarque de Samos avait calculé au siècle av. J.-C. dans Sur les dimensions et les distances la taille de la Lune et sa distance, obtenant une valeur d'environ vingt fois le rayon de la Terre pour la distance. Ces valeurs sont grandement améliorées par Hipparque au siècle av. J.-C. dans Des grandeurs et des distances du Soleil et de la Lune,. Ce texte est perdu mais ses résultats rapportés par Ptolémée au siècle, évaluant la distance lunaire à 59 fois le rayon de la Terre et son diamètre à 0,292 fois celui de la planète. Ces estimations sont déjà très proches de la réalité, qui est de respectivement 60 et 0,273 environ.

Également au siècle, Plutarque écrit dans ses Œuvres morales que " la Lune est une terre céleste " et que les zones sombres sont des dépressions remplies d'eau. Elles sont ainsi appelés maria (mot latin signifiant " mers " au pluriel), tandis que les hauts plateaux de couleur claire sont baptisés terrae (" terres "). Ces noms, bien qu'incorrects, demeurent dans la nomenclature actuelle,.

Au siècle, l'astronome indien Aryabhata mentionne dans son Aryabhatiya que la cause de l'éclat de la Lune est la lumière du soleil réfléchie. Al-Marwazi, un astronome persan, estime le diamètre de la Lune à environ 3 000 km et sa distance à la Terre à environ 346 000 km au siècle. L'astronome et physicien Alhazen du siècle développe en avançant que la lumière du soleil n'est pas réfléchie par la Lune comme un miroir, mais que la lumière est émise depuis chaque partie de la surface ensoleillée de la Lune dans toutes les directions,. Shen Kuo, de la dynastie Song, créé ensuite une allégorie assimilant la croissance et le déclin de la Lune à une boule ronde d'argent qui, une fois aspergée de poudre blanche et vue de côté, apparaîtrait comme un croissant.

La sélénographie précise ne débute qu'au cours du siècle, les premiers dessins publiés étant ceux de William Gilbert en 1603, à partir d'observations à l'œil nu. En 1610, Galilée publie dans l'un des premiers dessins de la Lune réalisé grâce à un instrument - sa lunette astronomique - et note que l'astre n'est pas lisse mais présente des montagnes et des cratères. Thomas Harriot réalise des dessins similaires avec une lunette quelques mois plus tôt mais ne les publie pas,. La cartographie de la Lune suit au siècle avec des premières tentatives, dont celle de Claude Mellan vers 1634, puis la première carte publiée par le cartographe hollandais Michael Florent van Langren en 1645 à partir d'observations télescopiques,,. Elle est la première à marquer distinctement les maria, cratères et montagnes et adopte une première nomenclature catholique d'après des rois et des saints. Deux ans plus tard, Johannes Hevelius publie Selenographia, le premier traité et atlas totalement consacré à la Lune,. Celui-ci comprend une nouvelle carte plus détaillée de la surface lunaire et comprend une nouvelle nomenclature qui restera un temps populaire dans les pays protestants. Cependant, c'est la nomenclature proposée par Giovanni Battista Riccioli et son assistant Francesco Maria Grimaldi en 1651 dans l' Almagestum novum - donnant aux cratères des noms d'astronomes et de personnages célèbres - qui reste dans la postérité,,.

Une grande carte de la Lune en quatre feuilles nommée Mappa Selenographica, établie par Guillaume Beer et Johann Heinrich von Mädler entre 1834 et 1836 puis publiée dans Der Mond en 1837, fournit la première étude trigonométriquement précise des caractéristiques lunaires,. Elle comprend l'indication de l'altitude de plus d'un millier de montagnes avec des précisions similaires à celles des premières tentatives de géographie terrestre. Par ailleurs, les auteurs arrivent à la conclusion que la Lune ne possède ni d'étendue d'eau, ni d'atmosphère significative.

Toutes les mesures sont réalisées par le biais d'observations directes jusqu'à ce que John William Draper crée l' astrophotographie en mars 1840 avec un daguerréotype de la Lune,. La qualité des photographies de la Lune progresse rapidement ensuite jusqu'à ce que la photographie lunaire soit reconnue à la fin du siècle comme une sous-discipline de l' astronomie.

Les cratères lunaires, indiqués pour la première fois par Galilée, sont considérés comme d'origine volcanique jusqu'à la proposition pendant les années 1870 de Richard A. Proctor selon laquelle ils seraient en réalité des cratères d'impact créés par des collisions d' astéroïdes ou de comètes. Ce point de vue gagne le soutien en 1892 du géologue Grove Karl Gilbert qui retrouve ces résultats par l'expérimentation. Des études comparatives de ces cratères de 1920 aux années 1940 conduisent au développement de l' échelle des temps géologiques lunaires, qui devient dans les années 1950 une branche nouvelle et croissante de la géologie planétaire. Cependant, l'observation depuis la Terre reste limitée à la face visible et c'est notamment par l'exploration spatiale que les connaissances sur le satellite naturel augmentent, la première image de la face cachée de la Lune étant par exemple obtenue en 1959 grâce à la sonde spatiale soviétique .

Entre le début du programme soviétique Luna en 1959 et jusqu'aux années 1970 avec les dernières missions habitées du programme Apollo américain et la dernière mission Luna en 1976, la course spatiale inspirée par la guerre froide entre l'Union soviétique et les États-Unis conduit à une accélération de l'intérêt pour l' exploration de la Lune. Dès que leurs lanceurs parviennent à placer des engins en orbite, les deux pays commencent à envoyer des sondes vers le satellite naturel,.

Programme Luna ( 1957-1972)

L'Union soviétique commence son programme spatial lunaire par une série de trois échecs de missions sans nom en 1958.

Cependant, la quatrième est un succès et le premier survol de la Lune est réalisé par la sonde soviétique le , qui est en outre le premier engin de l'histoire placé en orbite héliocentrique. Il est rapidement suivi par le premier objet fabriqué par l'homme à atteindre la Lune - et de façon générale à toucher un autre corps céleste que la Terre -, la sonde qui s'y écrase en . Les premières photos de la face cachée de la lune sont ensuite envoyées le par la sonde ,.

Une première cartographie de la surface lunaire est produite grâce aux photographies prises par le , les images couvrant 19 000 000 et contribuant au développement de la sélénographie,.

Les ingénieurs russes progressent ensuite au cours de la décennie 1960 depuis des engins seulement capables de survoler ou de s'écraser sur la Lune jusqu'à des atterrisseurs. est ainsi la première sonde à parvenir à se poser sur la Lune plutôt que de s'y écraser le , retournant des photographies de la surface lunaire. La première sonde mise en orbite autour de la Lune est , le ,.

Le , l' astromobile , transporté par , est le premier véhicule robotisé à explorer sa surface. Trois ans plus tard, le rover , transporté par , est le premier engin à parcourir la distance d'un marathon (42,1 km) sur un autre corps céleste.

Finalement, l'URSS développe trois missions de retour d'échantillons vers la Lune ayant permis de rapporter 0,3 kg de roches lunaires sur Terre : en 1970, en 1972 et en 1976. Cette dernière est l'ultime mission soviétique vers la Lune.

À la suite de l'engagement de 1961 du président John F. Kennedy puis son célèbre discours où il prononce We choose to go to the Moon en 1962, différents programmes spatiaux sont lancés avec la promesse qu'un américain marchera sur la Lune avant la fin de la décennie,. Parmi eux, le programme Ranger produit les premières photos en gros plan du satellite, le programme Lunar Orbiter cartographie la Lune entière et le programme Surveyor aboutit à l' alunissage de le 2 juin 1966, soit quatre mois après Luna 9,. L'utilisation du terme " atterrissage " est cependant préférée, notamment par le CNRS et l' Académie des Sciences, même dans le cas de la Lune,.

Le programme Apollo est développé en parallèle, stimulé par un potentiel programme lunaire habité soviétique. Après une série de tests sans équipage et avec équipage en orbite terrestre, la première mission humaine en orbite lunaire est réalisée en décembre 1968 par . Les membres de son équipages ( Frank Borman, James Lovell, et William Anders) sont ainsi les premiers humains à apercevoir directement la face cachée de la Lune.

L'atterrissage d' le est considéré comme le point culminant de la course spatiale engagée entre les États-Unis et l' URSS pendant la guerre froide,. À 02h56 UTC, le premier humain à poser le pied la Lune est Neil Armstrong, commandant de la mission, suivi de Buzz Aldrin,. Environ 500 millions de personnes suivent l'événement en mondovision, la plus grande audience télévisée pour une émission en direct à l'époque,.

En 2020, les derniers humains à marcher sur le sol lunaire sont Harrison Schmitt et Eugene Cernan, lors de la mission en ,. Les missions à 17 (sauf , qui annule son atterrissage en cours de mission) prélèvent 380 kg de roche lunaire et de sol en 2 196 échantillons. Des ensembles d'instruments scientifiques sont installés sur la surface lunaire lors du programme Apollo, notamment le Celui-ci comprend des instruments à longue durée de vie, comprenant des sondes de flux thermique, des sismomètres et des magnétomètres. La transmission directe des données vers la Terre prend fin à la fin de 1977 pour des raisons de budget.

Des réflecteurs lunaires sont aussi déposés lors de ces missions afin de mesurer la distance Terre-Lune avec une précision de quelques centimètres grâce à un faisceau laser. Instruments passifs, ils sont quant à eux toujours utilisés. Les sondes soviétiques du programme Lunokhod en déposent également.

Au total, au siècle et jusqu'à nos jours, 24 astronautes ont orbité autour de la Lune et 12 d'entre eux ont marché dessus, tous pendant le programme Apollo,.

La Lune commence à partir de 1974 à être délaissée par les puissances spatiales au profit des autres corps célestes du Système solaire, notamment vers le Système solaire externe pour la NASA avec les programmes Pioneer et , et de la construction de stations spatiales.

Dans les années 1990, la Lune devient la destination principale des sondes des nouvelles nations spatiales qui développent des programmes d'exploration du Système solaire, principalement le Japon, la Chine et l' Inde. Ainsi, le Japon est en 1990 le troisième pays à placer un orbiteur en orbite lunaire, Hagoromo largué par la sonde .

L'intérêt pour la Lune renaît à la suite de deux petites missions de la NASA, Clementine et Lunar Prospector respectivement lancées en 1994 et 1998, qui permettent la réalisation de la première carte topographique quasi globale de la Lune ainsi que la découverte d'un excès d'hydrogène aux pôles lunaires, probablement dû à la présence de glace d'eau dans les cratères d'obscurité éternelle,.

Dans les années 2000, de nombreuses missions vers la Lune sont réalisées par différentes agences spatiales. L' Agence spatiale européenne lance en afin de réaliser une étude des éléments chimiques de la surface lunaire jusqu'à son impact en . L' Agence japonaise d'exploration aérospatiale lance l'orbiteur (ou KAGUYA) en , qui obtient des données de géophysique lunaire et prend le premier film haute définition au-delà de l'orbite terrestre avec une fin de mission en ,. L' Organisation indienne pour la recherche spatiale met sa première sonde en orbite lunaire, Chandrayaan-1, de jusqu'à sa perte de contact en , celle-ci confirmant la présence d' eau sur la Lune,. Chandrayaan-2 est lancée en mais son atterrisseur Vikram échoue à se poser.

L'ambitieux programme chinois d'exploration lunaire (CLEP) débute avec , qui se met en orbite autour de la Lune en jusqu'à son impact lunaire contrôlé en , renvoie une carte complète de la Lune. Sa doublure atteint la Lune en puis devient le premier engin spatial à voyager de l'orbite lunaire au point en , avant de finalement aller réaliser un survol de l'astéroïde 4179 Toutatis en . L' atterrisseur se pose en dans la mer des Pluies puis déploie un rover lunaire nommé . C'est le premier atterrissage sur la Lune depuis en et le premier rover lunaire depuis en . Sa doublure devient la première mission à se poser sur la face cachée de la Lune dans le cratère Von Kármán en et déploie le rover . La mission de retour d'échantillons ramène en les premiers échantillons lunaires depuis en , et accomplit le premier amarrage automatique en dehors de l'orbite terrestre.

Dans les années 2010, la NASA met de nouveau en œuvre des missions vers la Lune. Le Lunar Reconnaissance Orbiter est notamment lancé en avec l'impacteur Si ce dernier achève sa mission avec un impact planifié dans le cratère Cabeus en , le LRO est toujours en activité en fournissant régulièrement une altimétrie lunaire précise - permettant de dresser une carte topographique - et des images haute résolution. Deux autres orbiteurs sont lancés par la NASA en puis en : GRAIL afin d'étudier la structure interne de la Lune et pour étudier l' exosphère lunaire, avec respectivement des fins de mission en décembre 2012 et avril 2014,.

D'autres satellites, comme le Deep Space Climate Observatory situé au point du système Terre-Soleil, fournissent périodiquement des images de la Lune.

La colonisation de la Lune est le projet consistant à installer une voire plusieurs bases permanentes habitées sur la Lune, bien que cela ne soit pas encore envisageable de manière rationnelle,. Une présence humaine au moins temporaire sur un corps planétaire autre que la Terre est déjà un thème récurrent de science-fiction, mais aurait ici un intérêt pratique car la Lune constituerait alors une préparation en vue de voyages plus lointains,.

La NASA commence à planifier la reprise des missions humaines à la suite de l'appel du président américain George W. Bush en avec le programme de politique spatiale Vision for Space Exploration. Une mission humaine sur la Lune avant 2020 est alors prévue. Le programme Constellation est donc financé et des tests débutent sur un véhicule spatial avec équipage appelé Orion ainsi que pour une base lunaire. Le programme est finalement annulé en 2010 par le président Barack Obama pour cause de budget,.

Cependant, à l'instigation du président américain Donald Trump, le retour de l'Homme sur la Lune est remis en avant en , à travers le programme Artemis. Programme spatial habité de la NASA, celui-ci prévoit de poser un équipage d'ici 2024,. Il doit déboucher sur une exploration durable du satellite par l'organisation de missions régulières dont l'aboutissement serait l'installation d'un poste permanent sur la Lune.

Le programme permettrait également de mettre au point les équipements et procédures nécessaires à d'hypothétiques missions habitées vers Mars. Le lanceur lourd Space Launch System (SLS) et le véhicule spatial Orion, dont le développement ont déjà débuté, seront notamment employés. Par ailleurs, une future station spatiale, la , placée en orbite autour de la Lune, doit servir de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Les sites d'atterrissage retenus pour les différentes missions se situent au pôle Sud de la Lune, car les réserves de glace d'eau présentes dans les cratères d'obscurité éternelle présentent un intérêt stratégique dans la perspective de missions de longue durée,.

Bien que les atterrisseurs du programme Luna aient dispersé des fanions aux couleurs de l' URSS sur la Lune et que drapeaux américains et chinois aient symboliquement été plantés sur les sites d'atterrissage de leurs sondes, aucune nation ne revendique la propriété d'une partie de la surface de la Lune,. La Russie, la Chine, l' Inde et les États-Unis sont signataires du traité de l'espace - entré en vigueur le - qui définit la Lune et tout l' espace extra-atmosphérique comme appartenant à l'ensemble de l' humanité. Ce traité limite également l'utilisation de la Lune à des fins pacifiques, interdisant explicitement les installations militaires et les armes de destruction massive, notamment les armes nucléaires.

En 1979, le traité sur la Lune est créé afin de restreindre l'exploitation des ressources naturelles de la Lune par une seule nation. Il est cependant considéré comme un échec car aucune nation disposant de programmes ou de projets de vols spatiaux habités ne le signe. Bien que plusieurs personnes physiques aient revendiqué la Lune en tout ou en partie, aucune de ces revendications n'est considérée comme crédible,.

En , le gouvernement américain autorise la start-up américaine Moon Express à atterrir sur la Lune. C'est la première fois qu'une entreprise privée reçoit ce droit de le faire. La décision est considérée comme un précédent aidant à définir des normes réglementaires pour les activités commerciales dans l'espace lointain à l'avenir, car jusqu'à présent, les activités des entreprises étaient limitées à la Terre ou à ses alentours.

En 2020, le président américain Donald Trump signe un décret intitulé " Encouragement au soutien international pour la récupération et l'utilisation des ressources spatiales " (en anglais : Encouraging International Support for the Recovery and Use of Space Resources). L'ordonnance souligne que les États-Unis ne considèrent pas l'espace comme un bien commun et réitère les critiques faites au traité sur la Lune,.

Un responsable du programme spatial chinois ayant notamment déclaré en 2013 que la Lune contient suffisamment d' hélium 3 pour subvenir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant 10 000 ans grâce à la fusion nucléaire, l'extraction de ressources naturelles sur la Lune pourrait soulever des problèmes géopolitiques,,.

La Lune est reconnue comme un excellent site pour les télescopes,. En effet, elle est relativement proche et la qualité de la visibilité y est excellente en l'absence de pollution lumineuse et d'atmosphère. Aussi, certains cratères proches des pôles étant en permanence dans l'obscurité et dans le froid, ils sont donc particulièrement adaptés pour télescopes infrarouges. Par ailleurs, des radiotélescopes placés sur la face cachée seraient protégés des émissions radios provenant de la Terre,.

Le sol lunaire peut être mélangé avec des nanotubes de carbone et des polyépoxydes afin d'être utilisé dans la construction de miroirs d'un diamètre pouvant atteindre 50 mètres. Un télescope zénithal lunaire pourrait être fabriqué à bas prix avec un liquide ionique.

Ces propriétés sont déjà mises à profit en , lors de la mission Apollo 16, où diverses photos et spectres astronomiques sont réalisés depuis la surface lunaire.

Outre les traces d'activité humaine sur la Lune d'expérimentations réalisées sur place, comme l'Apollo Lunar Surface Experiments Package, des installations permanentes comme des œuvres d'art se trouvent sur le sol lunaire, telles que le Moon Museum, les Messages de bonne volonté d'Apollo 11, les plaques lunaires ou encore le Fallen Astronaut. Restent aussi certains artefacts, comme les célèbres drapeaux des États-Unis plantés lors de chaque mission Apollo. Des effets personnels laissés par les astronautes y sont également toujours présents, comme les balles de golf laissées par Alan Shepard lors de la mission ou une Bible déposée par David Scott lors d'.

Au total, l'exploration spatiale a laissé près de 180 tonnes de matière d'origine terrestre sur la Lune. Les objets les plus lourds sont notamment les troisièmes étages de plusieurs fusées utilisées lors des missions habitées. Mis à part le rover chinois , les seuls objets toujours utilisés pour des expériences scientifiques sont les réflecteurs lunaires permettant de mesurer précisément la distance Terre-Lune,.

En , la NASA annonce que neuf sociétés commerciales seraient en concurrence pour remporter un contrat pour l'envoi de petites charges utiles sur la Lune dans le cadre des Commercial Lunar Payload Services, de nouveaux instruments scientifiques destinés au sol lunaire.

Le contraste entre les plateaux clairs et les mers plus sombre à la surface de la Lune crée des motifs pour l'observateur humain par un phénomène psychologique appelé paréidolie. Ceux-ci sont notés et interprétés par de nombreuses cultures, parmi lesquelles les motifs de l' homme dans la Lune ou du lapin lunaire,. Dans la mythologie chinoise, ce dernier est notamment le compagnon de la déesse de la Lune Chang'e - qui donne son nom aux sondes du programme chinois d'exploration lunaire - et dans la mythologie aztèque, il sert de nourriture à Quetzalcoatl,.

Dans la religion proto-indo-européenne, la Lune est personnifiée comme le dieu masculin . Les anciens Sumériens associent la Lune au dieu Nanna, père d' Ishtar, la déesse de la planète Vénus et d' Utu, le dieu du Soleil. Nanna est plus tard connu sous le nom de Sîn.

Dans la mythologie gréco-romaine, le Soleil et la Lune sont représentés respectivement par un homme et une femme ( Hélios et Séléné pour les Grecs puis Sol et Luna pour les Romains). Il s'agit d'un développement unique à la Méditerranée orientale et les traces d'un dieu lunaire masculin antérieur dans la tradition grecque sont conservées dans la figure de Ménélas.

Dans l'iconographie mésopotamienne, le croissant est le principal symbole de Nanna-Sîn. Dans l' art grec ancien, la déesse de la Lune Séléné est représentée portant un croissant en couvre-chef évoquant des cornes,. L'arrangement d' étoile et de croissant remonte également à l' âge du bronze, représentant l'association soit du Soleil et la Lune, soit de la Lune et de la planète Vénus. Cet arrangement sert à représenter les déesses Artémis ( Diane en mythologie romaine) et Hécate. Via le patronage d'Hécate, il est ensuite utilisé comme un symbole de Byzance, puis est ensuite repris par l' Empire ottoman. Dans la mythologie hindoue, la Lune est une entité masculine et se nomme Chandra.

La Lune tient également un rôle prépondérant dans la culture religieuse musulmane. Non seulement elle est à la base de l'édification du calendrier lunaire musulman, elle est aussi évoquée dans les différentes biographies religieuses de Mahomet dans le cadre du miracle de la division de la lune (en arabe : انشقاق القمر),.

Des légendes concernant la thérianthropie - transformation d'un être humain en un autre animal - sont traditionnellement associée à la Lune. La plus célèbre est celle du lycanthrope, ou loup garou, tirant sa force de la Lune et capable de passer de sa forme humaine à sa forme bestiale pendant les nuits de pleine lune. Des phénomènes comme les éclipses solaires totales créent jusqu'au siècle des mythes et des légendes associés à la disparition du soleil, bien que leur explication soit déjà connue par les érudits.

Les phases régulières de la Lune en font un élément très pratique pour mesurer le temps ; les périodes de son ascension et de son déclin sont en conséquence à la base de nombreux calendriers parmi les plus anciens. Des archéologues estiment que les bâtons de comptage, des os dentelés datant d'il y a 20 à 30 000 ans, marqueraient les phases de la Lune,.

En effet, l'étude des phases de la lune est facile et un cycle de saisons - correspondant à une année - se réalise en environ douze lunaisons (354 jours). Historiquement, les calendriers lunaires sont donc utilisés par les premières civilisations, comme en Mésopotamie et en Égypte antique. Cependant, s'ils sont adaptés à des peuples nomades, ils sont problématiques pour des peuples pratiquant l' agriculture en raison du décalage graduel qu'ils présentent avec les saisons, forçant des ajustements réguliers. Par ailleurs, la définition moderne du mois d'environ 30 jours suit cette tradition et est une approximation du cycle lunaire.

Afin de prendre compte de ce décalage, de nombreux calendriers suivants sont luni-solaires avec, entre autres, les calendriers gaulois de Coligny, hébraïque ou chinois traditionnel,,. Ils ont pour objectif de faire correspondre le cycle des saisons avec celui des mois lunaires, l'astronome grec Méton ayant notamment remarqué au siècle av. J.-C. que 19 années solaires correspondent à 235 mois lunaires, afin de les remettre en phase. Ils restent complexes et les civilisations suivantes leur préféreront rapidement des calendriers solaires.

Le calendrier purement lunaire le plus célèbre est le calendrier hégirien, datant du siècle. Les mois sont alors traditionnellement déterminés par l'observation visuelle du hilal, le premier croissant de lune au-dessus de l'horizon,.

Le nom anglais (" mois ") et ses apparentés dans d'autres langues germaniques proviennent du proto-germanique *mǣnṓth-, indiquant l'utilisation d'un calendrier lunaire chez les Germains avant l'adoption d'un calendrier solaire,. Cela dérive de la racine verbale en indo-européen commun * - " mesurer ", permettant de remonter à une conception fonctionnelle de la Lune comme marqueur du mois et donc du temps. Cela fait écho à l'importance de la Lune dans de nombreuses cultures anciennes pour la mesure du temps comme le latin et grec ancien ( meis) ou ( mēn) signifiant " mois "),. En français, cette racine se trouve notamment dans les mots mois et menstruation (terme dérivé du latin menstrues qui signifie " mensuel "). En chinois et en japonais, le caractère utilisé pour noter le mois dans une date est celui de la Lune ( 月), celui du jour étant celui du Soleil ( 日),.

Le substantif féminin lune provient du latin , attesté depuis Ennius,. Il est ensuite attesté en français dès le siècle, : sa première occurrence connue se trouve dans la Chanson de Roland, datée d'environ .

Un autre terme, *louksnā (" la lumineuse "), est une formation dérivée de *loukís, lūx ( lumière) en latin (apparenté aussi au grec leukos " blanc ") décrit la lune comme un astre lumineux pour la clarté nocturne qu'elle apporte,. Des auteurs tels Varron et Cicéron, faisaient déjà dériver luna du verbe intransitif , signifiant " luire, briller, éclairer " ,.

Les noms des déesses associées au satellite, Luna, Séléné et (nom poétique d'Artémis, son lieu mythique de naissance étant le mont Cynthe) se retrouvent par ailleurs dans des termes astronomiques liés à la Lune tels qu' apolune, péricynthion et orbite sélénocentrique.

Personnalisée par la déesse Luna en mythologie romaine, la Lune donne également son nom au lundi (de lunis dies, en latin, pour " jour de la Lune "),,.

En vexillologie, la pleine lune figure sur des blasons et des drapeaux comme le drapeau du Laos, de la Mongolie ou des Palaos. Aussi, le symbole du croissant et surtout l'association de l' étoile et croissant étant devenus les emblèmes de l' Empire ottoman après avoir été ceux de Byzance, ces motifs figurent sur de multiples drapeaux de pays musulmans dont, entre autres, ceux de la Turquie, la Tunisie, l'Algérie ou le Pakistan,,. Le croissant est également utilisé indépendamment de l' islam, notamment sur le drapeau de Singapour.

En musique, la Lune est une source d'inspiration de nombreuses créations. Des compositions de musique classique y font ainsi directement référence, comme la Sonate au clair de lune (1802) de Ludwig van Beethoven - bien que cette appellation ait été donnée après la mort du compositeur - ou le mouvement Clair de lune (1905) de Claude Debussy,,. Suivent ensuite les ballades (1934) de Richard Rodgers et Lorenz Hart qui connaîtra le succès avec divers interprètes et Fly Me to the Moon qui sera surtout popularisée par Frank Sinatra (1964),

Le satellite est ensuite le thème de nombreuses chansons rock, dont Bad Moon Rising (1969) de Creedence Clearwater Revival, Walking on the Moon (1979) de The Police et Man on the Moon (1992) de R.E.M. ou encore l'album The Dark Side of the Moon (1973) de Pink Floyd,,. En français, la chanson la plus célèbre est J'ai demandé à la Lune (2002) d' Indochine, avec dans un autre registre la comptine Au clair de la lune,.

Le clair de Lune est également célébré par de nombreux poètes et écrivains, parmi lesquels Paul Verlaine, auteur de Clair de lune (1869), lui-même inspiré par l'œuvre de Claude Debussy, et Guy de Maupassant, qui en tire deux nouvelles (1882),.

Finalement, la représentation de la lune dans le ciel terrestre est commune en peinture, surtout chez les romantiques, car sa disparition peut évoquer le passage de la vie à la mort ou un destin malheureux,,.

Au siècle, Lucien de Samosate écrit le récit de voyage satirique et imaginaire Histoires vraies, dans lequel les héros se rendent sur la Lune et rencontrent ses habitants les Sélénites, nommés d'après Séléné. Ce récit est régulièrement cité comme un précurseur voire comme la première œuvre de science-fiction de l'histoire,,.

À la Renaissance, d'autres écrits de " proto science-fiction " voient le jour, parmi lesquels Le Songe ou l'Astronomie lunaire (1608) de Johannes Kepler ou Histoire comique des États et Empires de la Lune (vers 1650) de Cyrano de Bergerac, contant là encore les trajets d'hommes vers la Lune, le dernier évoquant même une sorte de fusée,,.

Au siècle, Edgar Allan Poe publie un canular journalistique d'un homme se rendant vers la Lune en ballon, Aventure sans pareille d'un certain Hans Pfaall (1835). Cependant, le romancier de science-fiction le plus célèbre du siècle est Jules Verne, notamment auteur de De la Terre à la Lune (1865) puis Autour de la Lune (1869),. L'autre père fondateur du genre, H. G. Wells, publie quant à lui Les Premiers Hommes dans la Lune en 1901,,.

À partir du siècle, le sujet commence à atteindre une popularité considérable et de nombreux auteurs y font référence, entre autres dans Une femme dans la Lune (1928) de Thea von Harbou, Lumière cendrée (1955) d' Arthur C. Clarke, Menace dans le ciel (1960) d' Algis Budrys et Révolte sur la Lune (1966) de Robert A. Heinlein,.

En bande dessinée, Hergé marque le genre avec Objectif Lune (1953) puis On a marché sur la Lune (1954),. Dans les comics américains, la lune est souvent un lieu de combats (c'est là que Jean Grey meurt et qu'ainsi se conclut l'un des récits les plus marquants des ) ou bien sert de base pour des personnages (dans l'univers Marvel, Uatu y observe la Terre).

Par ailleurs, la Lune est un thème majeur au cinéma, et ce dès ses débuts,. Ainsi, le premier film de science-fiction de l'histoire, Le Voyage dans la Lune (1902) de Georges Mélies est centré sur l'astre et aborde déjà le sujet d'une équipe d'explorateurs la visitant et rencontrant ses habitants mythiques, les mêmes Sélénites que ceux évoqués par Lucien de Samosate,,. Le roman de Thea von Harbou est également adapté en film muet par Fritz Lang dans La Femme sur la Lune (1929),.

Après la Seconde Guerre mondiale, alors que la réalité géopolitique développe l'intérêt pour l'astre, le nombre de films augmente ; ainsi sortent Destination... Lune ! (1950) d' Irving Pichel et les adaptations De la Terre à la Lune (1958) de Byron Haskin, puis Les Premiers Hommes dans la Lune (1964) de Nathan Jura.

L' exploration spatiale développe considérablement le genre des films liés à la Lune, souvent tirés de faits réels, comme (1995) de Ron Howard ou First Man : Le Premier Homme sur la Lune (2018) de Damien Chazelle, s'inspirant directement des missions de la NASA,. Des films de pure science-fiction sont également réalisés, de façon centrée dans (2009) de Duncan Jones ou en tant que décor dans 2001, l'Odyssée de l'espace (1968) de Stanley Kubrick,.

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Lune

Pleine lune en Amérique du Nord.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

384 399 km
(0,002 57 au)

Apogée

406 300 km
(0,002 7 au)

Périgée

356 700 km
(0,002 4 au)

Circonférence orbitale

2 449 000 km

Période de révolution

27,321 582 d
(27 j 7 h 43.1 min)

Période synodique

29,530 589 d

Vitesse orbitale moyenne

1,022 km/s

Vitesse orbitale maximale

1,052 km/s

Vitesse orbitale minimale

0,995 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

5,145 °

Satellite de

la Terre

Désignation systématique

Terre I

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

1 737,4 km
(0,273 Terre)

Rayon polaire

1 735,97 km
(0,273 Terre)

Périmètre équatorial

10 921 km
(0,273 Terre)

Superficie

37 871 220,85 km²
(0,074 Terre)

Volume

2,195 8 × 10 ¹⁰ km³
(0,020 Terre)

Masse

7,347 7 × 10 ²² kg
(0,012 3 Terre)

Masse volumique globale

3,346 4 × 10 ³ kg/m³

Gravité de surface

1,622 m/s²
(0,165 4 g)

Vitesse de libération

2,38 km/s

Période de rotation
(jour sidéral)

27,321 582 d

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

16,657 2 km/h

* Maximum

396 K (123 °C)

* Moyenne

200 K (−73 °C)

* Minimum

40 K (−233 °C)

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

10 −10 Pa

La Lune, ou , est l'unique satellite naturel permanent de la planète Terre. Il s'agit du cinquième plus grand satellite naturel du Système solaire, et du plus grand des satellites planétaires par rapport à la taille de la planète autour de laquelle il orbite. Elle est le deuxième satellite le plus dense du Système solaire après Io, un satellite de Jupiter.

La Lune est en rotation synchrone avec la Terre, lui montrant donc constamment la même face. Celle-ci, appelée face visible, est marquée par des mers lunaires volcaniques sombres qui remplissent les espaces entre les hautes terres claires et ses cratères d'impact proéminents. Réciproquement, elle possède une face cachée, qui présente moins de mers mais beaucoup plus de cratères, dont le bassin Pôle Sud-Aitken, le plus grand du satellite et l'un des plus grands du Système solaire par son diamètre de 2 500 km. Elle est dépourvue d' atmosphère dense et de champ magnétique. Son influence gravitationnelle sur la Terre produit les marées océaniques, les marées terrestres, un léger allongement de la durée du jour et la stabilisation de l' inclinaison de l'axe terrestre.

La distance orbitale moyenne de la Lune est de 384 402 km, soit environ trente fois le diamètre terrestre, et sa période de révolution vaut 27,3 jours. La taille apparente de la Lune dans le ciel est approximativement la même que celle du Soleil, puisque le diamètre de l' étoile est environ 400 fois celui du satellite, mais qu'elle est également 400 fois plus éloignée. Par conséquent, la Lune peut couvrir presque exactement le Soleil dans le ciel, permettant l'apparition d' éclipses solaires totales. Cette correspondance de taille apparente disparaîtra dans un avenir lointain du fait de l'augmentation de la distance lunaire d'environ 3,8 cm par an. La formation de la Lune remonterait à il y a environ 4,51 milliards d'années, peu de temps après celle de la Terre. L'explication la plus largement acceptée est que la Lune s'est formée à partir des débris restants après un impact géant entre une proto-Terre et une protoplanète de la taille de Mars, appelée Théia.

La Lune est survolée pour la première fois par la sonde spatiale en 1959. Durant plus d'une décennie, elle est notamment étudiée par les programmes et , respectivement soviétique et américain. Cette course à l'espace culmine en 1969 avec les premiers humains posant le pied sur la Lune lors de la mission emportant Neil Armstrong et Buzz Aldrin. Dix autres astronautes de la NASA foulent ensuite le sol lunaire jusqu'à en 1972. Ces missions permettent de ramener sur Terre des roches lunaires qui, avec les observations effectuées sur place, permettent de développer la connaissance géologique de la Lune, de sa structure interne et de l'histoire de sa formation. Délaissée à partir de 1974 par les puissances spatiales, l'astre connaît un nouvel intérêt dans les années 1990, deux missions de la NASA - Clementine et Lunar Prospector - découvrant des indices de la présence de glace d'eau, notamment au pôle Sud. À compter de la fin des années 1990, la Lune est la destination principale des sondes spatiales des nouvelles nations spatiales, notamment la Chine, le Japon et l' Inde. De nouvelles missions habitées vers la Lune, voire une colonisation, sont envisagées dans les années 2020.

En sa qualité de deuxième objet céleste dans le ciel terrestre par sa magnitude apparente, après le Soleil, et du fait de son cycle régulier de phases correspondant à sa période synodique de 29,5 jours, la Lune sert de référence et d'influence culturelle aux sociétés humaines depuis des temps immémoriaux. Celles-ci se retrouvent dans la langue, les calendriers, l' art et la mythologie.

La Lune est un sphéroïde en raison de l'étirement créé par les forces de marée, son grand axe étant déplacé de 30° par rapport à la Terre en raison d'anomalies gravitationnelles causées par ses bassins d'impact.

Sa forme est plus allongée que ce que les forces de marée actuelles peuvent expliquer. Ce " renflement fossile " suggère que la Lune s'est solidifiée lorsqu'elle orbitait à une distance moitié moindre de celle actuelle avec la Terre et qu'elle serait à présent trop froide pour que sa forme ne s'adapte à ce changement d'orbite. Son rayon équatorial est de 1 738,1 km et son rayon polaire de 1 736,0 km, ce qui lui confère un aplatissement de 0,001, trois fois plus faible que celui de la Terre. Son rayon moyen est de 1 737,4 km, ce qui correspond à 27 % du rayon terrestre environ.

Sa masse étant de 7,346 × 10 ²² kg, soit un peu plus d'un pour cent de la masse terrestre, la gravité de surface subie sur la Lune est bien plus faible que celle sur Terre : avec 1,62 m/s ², elle est six fois plus petite. Ainsi, même si sa masse reste constante, un être humain sur la Lune voit son poids divisé par six ; de même, porter une combinaison spatiale de 90 kg est équivalent à la sensation de porter une combinaison de 15 kg sur Terre. Par ailleurs, la vitesse de libération sur la Lune est plus faible que celle de la Terre, à 2,38 km/s contre 11,2 km/s. Le champ gravitationnel de la Lune est mesuré en suivant l' effet Doppler des signaux radio émis par les appareils en orbite. Les principales caractéristiques de la gravité lunaire sont les réplétions (ou mascons), de grandes anomalies gravitationnelles positives associées à certains des bassins d'impact géants, en partie causées par les coulées de lave basaltique dense qui remplissent les mers lunaires,,. Ces anomalies influencent grandement l'orbite des engins spatiaux autour de la Lune. Cependant, les coulées de lave ne peuvent à elles seules expliquer toute la signature gravitationnelle ; des concentrations de masse indépendantes du volcanisme des mers ont été identifiées,.

La Lune est un corps différencié, structuré en une croûte, un manteau et un noyau distincts. Il s'agit du deuxième satellite naturel le plus dense du Système solaire après Io, un des satellites de Jupiter,. Cependant, son noyau (probablement constitué de fer métallique allié à une petite quantité de soufre et de nickel) ne fait qu'environ 350 kilomètres de rayon au plus, soit 20 % du rayon de la Lune. Les analyses des variations de la rotation de la Lune indiquent qu'il est au moins partiellement fondu et qu'il serait ainsi solide jusqu'à 240 km du centre puis liquide jusqu'à un peu plus de 300 km,.

Autour du noyau se trouve une couche limite de roches partiellement fondues jusqu'à environ 500 km du centre,. Au-delà de cette couche se trouvent le manteau et la croûte, tous deux formés de roches solides mais de compositions chimiques et minéralogiques différentes. La croûte, épaisse d'environ 50 kilomètres en moyenne, affleure dans les " terres " ; elle est présente aussi dans les " mers ", mais recouverte par d'épaisses couches de lave,.

L'origine de cette structure interne serait la cristallisation fractionnée d'un océan magmatique lunaire peu après la formation de la Lune, il y a 4,5 milliards d'années. Le refroidissement de cet océan magmatique aurait d'abord produit la précipitation et la sédimentation de cristaux d' olivine, de clinopyroxène et d' orthopyroxène formant un manteau mafique puis, après qu'environ les trois quarts de l'océan magmatique se sont cristallisés, la formation et la flottation de cristaux de plagioclase sont à l'origine de la croûte,. Les derniers liquides à cristalliser, pris entre la croûte et le manteau, auraient été fortement enrichis en éléments incompatibles, parmi lesquels des éléments radioactifs KREEP producteurs de chaleur,. Cependant, ce modèle n'explique pas complètement les caractéristiques observées de la composition de la surface, notamment des dissymétries de la répartition du thorium entre les faces visibles et cachées,.

La cartographie géochimique de la surface lunaire, réalisée à partir des orbiteurs, est en accord avec cette perspective : la surface des hauts plateaux (" terres "), représentative de la croûte, est principalement constituée d' anorthosites, des roches ignées principalement composées de plagioclase ; celle des " mers ", comme celle des échantillons de roches lunaires recueillis sur place, sont des laves de composition mafique, plus riches en fer que les basaltes terrestres.

Le magnétomètre MAG et le réflectomètre d'électrons du Lunar Prospector permettent en 2008 d'obtenir la première carte complète des champs magnétiques lunaires. Elle révèle que les bassins d'impacts dominent la distribution de ces champs, les plus faibles (inférieurs à 0,2 nT) se trouvant dans les bassins les plus grands et les plus récents, Mare Orientale et Mare Imbrium, tandis que les champs les plus forts (supérieurs à 40 nT) sont mesurés au-dessus des surfaces diamétralement opposées à ces mêmes bassins. Les plus forts champs relevés correspondent à moins d'un centième du champ magnétique terrestre.

Une partie de la magnétisation peut provenir de champs magnétiques transitoires générés lors d'impacts importants. Ces impacts créent l'expansion d'un nuage de plasma lors de l'impact, générant un champ magnétique ambiant. Ceci est confirmé par l'emplacement apparent des plus grandes magnétisations de la croûte près des antipodes des bassins d'impact géants. Cependant, la majeure partie de la magnétisation est héritée d'une époque où la Lune possédait un champ magnétique global, à l'instar de la Terre et d'autres planètes.

La présence d'un champ magnétique global peu après la formation de la Lune est attestée par l' aimantation rémanente de ses roches les plus anciennes. L'étude détaillée d'un échantillon de troctolite vieux de 4,25 ramené lors des missions Apollo démontre l'existence d'un paléo-champ d'une intensité de 20 à 40 - donc très comparable à celle du champ magnétique terrestre actuel - qui aurait progressivement décliné et qui se serait terminé au moins après il y a 2,5 Ga. Ce résultat confirme la présence d'un effet dynamo à cette époque, mais ne permet pas d'en connaître précisément le mécanisme ( convection thermique ou solutale, notamment),.

Les études paléomagnétiques menées de 2009 à 2014 montrent qu'une dynamo lunaire a fonctionné entre au moins 4,25 et 1,92 Ga et qu'une période de champ élevé (avec une intensité moyenne du champ d'environ 77 μT en surface) a perduré entre 3,85 et 3,56 Ga, suivie d'une baisse de l'intensité de surface jusqu'en dessous de 4 μT vers 3,19 Ga. Deux études ultérieures, en 2017 et 2020, montrent que la baisse d'un ordre de grandeur des paléointensités lunaires entre 3,56 et 3,19 Ga a été suivie d'une période de champ bas (intensités du champ de surface de l'ordre de 5 μT) puis d'une seconde et dernière période de déclin entre 1,92 et 0,8 Ga, qui s'est terminée par l'arrêt de la dynamo lunaire, signe d'une cristallisation complète du noyau lunaire. Deux hypothèses sont proposées pour expliquer la succession de deux périodes stables, l'une à champ haut et la suivante à champ bas : (1) deux mécanismes de dynamo distincts ont pu fonctionner, le premier générant un champ fort jusqu'à son effondrement et le second maintenant un champ faible, ou bien (2) un unique mécanisme de dynamo était bistable, passant d'un état de champ élevé à un état de champ bas.

La topographie de la Lune, aussi appelée sélénographie, est mesurée par altimétrie laser et stéréoscopie,. Son relief le plus visible est le bassin Pôle Sud-Aitken, d'un diamètre d'environ 2 500 km, le plus grand cratère de la Lune et un des plus grands cratères d'impact du Système solaire, dont le choc aurait fait basculer l' axe de rotation de l'astre de 15°,,,. D'une profondeur de 13 km, son plancher est le point le plus bas de la surface de la Lune,. Les altitudes les plus élevées de la surface sont situées directement au nord-est, et il est suggéré que ces reliefs pourraient avoir été épaissis par l'impact légèrement oblique ayant formé le bassin. D'autres grands bassins d'impact, tels que les mers des Pluies, de la Sérénité, des Crises, Smythii et Orientale, possèdent également des élévations régionales basses et des bords surélevés. La surface de la face cachée de la Lune est en moyenne environ 1,9 km plus haute que celle de la face visible.

La découverte d' escarpements de failles par le Lunar Reconnaissance Orbiter suggère que la Lune s'est rétrécie d'environ 90 mètres au cours du dernier milliard d'années. Des caractéristiques de contraction similaires existent sur Mercure. Une étude menée en 2019 sur plus de 12 000 images prises par l'orbiteur montre que la Mare Frigoris, un vaste bassin près du Pôle Nord lunaire et supposé géologiquement mort, se craquelle et se déplace. Comme la Lune ne possède pas de plaques tectoniques, son activité tectonique est lente et des fissures se développent au fur et à mesure qu'elle perd de la chaleur interne.

Le point de référence des coordonnées sélénographiques est le petit cratère Mösting A, défini comme ayant les coordonnées (). D'une façon générale, le premier méridien de la Lune correspond au centre du disque lunaire vu depuis la Terre, l' UAI recommandant comme axe la direction moyenne du centre de la Lune au centre de la Terre,.

Les plaines lunaires sombres et relativement dénuées de caractéristiques, clairement visibles à l'œil nu depuis la Terre, sont appelées " mers ", car on croyait autrefois qu'elles étaient remplies d' eau. Elles sont maintenant connues comme de vastes bassins solidifiés de lave basaltique ancienne. Bien que semblables aux basaltes terrestres, les basaltes lunaires contiennent plus de fer et aucun minéral altéré par l'eau. La majorité de ces laves a fait éruption ou s'est écoulée dans des dépressions associées à des bassins d'impact. Plusieurs provinces géologiques contenant des volcans boucliers et des dômes lunaires volcaniques se trouvent à l'intérieur des " mers " de la face visible.

Presque toutes les mers se trouvent sur la face visible de la Lune et couvrent 31 % de la surface sur cette face, contre 2 % de la face cachée. D'après les cartes géochimiques obtenues par le spectromètre gamma de Lunar Prospector, il est estimé que cela est dû à une concentration d'éléments produisant de la chaleur - aussi appelés KREEP - sous la croûte de la face visible qui auraient causé le réchauffement, la fonte partielle, la remontée à la surface et l'éruption du manteau sous-jacent,,. La plupart des basaltes des mers lunaires ont fait éruption pendant l' Imbrien supérieur, il y a 3,0 à 3,5 milliards d'années, même si certains échantillons datés par radiométrie pourraient être aussi vieux que 4,2 milliards d'années.

Datées par le dénombrement des cratères, les éruptions les plus récentes sur la Lune ont longtemps été évaluées à il y a environ 1,2 milliard d'années. Cependant, en 2006, une étude du cratère Ina - une minuscule dépression de Lacus Felicitatis - montre des caractéristiques déchiquetées et relativement exemptes de poussière qui, en raison de l'absence d'érosion par les retombées de débris, semblaient n'avoir que quelques millions d'années, même si cette datation ne fait pas consensus. Les tremblements de lune et les rejets de gaz indiquent également une certaine activité lunaire continue,. En 2014, la NASA annonce avoir découvert " de nombreuses preuves d'un volcanisme lunaire récent " dans 70 parcelles irrégulières de mers identifiées par le Lunar Reconnaissance Orbiter , dont certaines datent de moins de 50 millions d'années. Cela soulève la possibilité que le manteau lunaire soit beaucoup plus chaud que pensé auparavant, notamment en ce qui concerne la face visible où la croûte profonde est beaucoup plus chaude à cause de la plus grande concentration d'éléments radioactifs,,,. Peu auparavant, des preuves de volcanisme basaltique vieux de 2 à 10 millions d'années à l'intérieur du cratère Lowell - situé dans la Mare Orientale, au niveau de la zone de transition entre les faces visible et cachée - sont rapportées. Un manteau initialement plus chaud potentiellement associé à un enrichissement local d'éléments KREEP dans le manteau pourrait être responsable d'activités volcaniques prolongées également de l'autre côté du bassin oriental,.

Les régions plus claires de la Lune sont appelées terrae, ou plus communément hautes terres parce qu'elles ont une altitude plus élevée que la plupart des mers. Elles sont datées, par radiométrie, comme ayant été formées il y a 4,4 milliards d'années et pourraient représenter des cumulats de plagioclases de l' océan magmatique lunaire,. Contrairement à la Terre, aucune montagne lunaire majeure ne se serait formée à la suite d'événements tectoniques.

La concentration de mers sur la face visible reflète probablement une croûte beaucoup plus épaisse des hautes terres de la face cachée, qui pourrait s'être formée lors de l'impact à faible vitesse d'une seconde lune de la Terre quelques dizaines de millions d'années après la formation de la Lune,.

La surface lunaire présente également de nombreux cratères d'impact. L'absence d'atmosphère, d'écoulements liquides en surface, de conditions météorologiques et de processus géologiques récents pour créer de l' érosion font que beaucoup de ces cratères sont bien préservés. Les cratères se forment lorsque des astéroïdes et des comètes entrent en collision avec le satellite. On en dénombre environ 300 000 d'une largeur d'au moins un kilomètre sur la face visible seule. Les périodes de l' échelle des temps géologique lunaire sont nommées d'après les événements d'impact les plus importants s'y étant déroulés, comme le Nectarien d'après la Mare Nectaris ou l' Imbrium d'après la Mare Imbrium . Comme la , ces structures sont caractérisées par de multiples anneaux de matériaux soulevés sur un diamètre de plusieurs centaines voire milliers de kilomètres et associés à un large tablier de dépôts d'éjectas qui forment une stratigraphie régionale. D'autres cratères plus petits comme Ératosthène et Copernic sont caractéristiques de périodes ultérieures et ont ainsi donné leur nom à l' Ératosthénien et au Copernicien.

Bien que seuls quelques bassins aient été datés avec certitude, ils sont utiles pour attribuer des âges relatifs. Comme les cratères d'impact s'accumulent à un rythme presque constant, le comptage du nombre de cratères par unité de surface est utilisé pour estimer l'âge de la surface. Par ailleurs, les âges radiométriques des roches fondues à l'impact recueillies lors des missions Apollo se situent entre 3,8 et 4,1 milliards d'années : elles sont un des principaux arguments de l'existence d'un grand bombardement tardif,.

La croûte lunaire est recouverte d'une couche en surface très fragmentée et labourée par les impacts, appelée régolithe, formée par les processus d'impact. Le régolithe le plus fin, constituant le sol lunaire en verre de dioxyde de silicium, possède une texture ressemblant à de la neige et un parfum ressemblant à de la poudre noire. Le régolithe des surfaces plus anciennes est en général plus épais que celui des surfaces plus jeunes : son épaisseur varie de 10 à 20 km dans les hautes terres et de 3 à 5 km dans les mers. Sous la couche de régolithe finement hachée se trouve le mégarégolithe, une couche de substrat rocheux très fracturé épaisse de plusieurs kilomètres.

La comparaison des images haute résolution obtenues par le Lunar Reconnaissance Orbiter montre un taux d'apparition des cratères significativement plus élevé que précédemment estimé. Ainsi, il est supposé qu'un processus de cratérisation secondaire causé par des éjectas projetés à chaque impact remuent les deux premiers centimètres du régolithe cent fois plus rapidement que les modèles précédents le suggéraient, avec une échelle de temps de l'ordre de 81 000 ans,.
Millions d'années avant nos jours
Tourbillons lunaires

Les tourbillons lunaires sont des formations brillantes énigmatiques observées à la surface de la Lune. Ils possèdent un albédo élevé, des caractéristiques optiques similaires à celles d'un régolithe relativement jeune et en majorité une forme sinueuse. Cette forme est souvent accentuée par des régions de faible albédo qui serpentent entre les tourbillons brillants,.

L' eau liquide ne peut pas persister à la surface de la Lune. Lorsqu'elle est exposée au rayonnement solaire, l'eau se dissocie rapidement par photolyse puis est emportée dans l'espace. Cependant, depuis les années 1960, les scientifiques émettent l'hypothèse que de la glace d'eau pourrait être déposée par des comètes voire être produite par la réaction de roches lunaires riches en oxygène et d' hydrogène provenant du vent solaire, laissant des traces d'eau pouvant éventuellement persister dans les cratères d'obscurité éternelle au niveau des deux pôles lunaires,. Des simulations numériques suggèrent que jusqu'à 14 000 de la surface du satellite seraient constamment dans l'ombre. La présence de quantités d'eau utilisables sur le satellite est un facteur important afin d'envisager une colonisation de la Lune de façon rentable. En effet, l'alternative consistant à transporter de l'eau depuis la Terre serait d'un coût prohibitif.

En 1994, l'expérience radar réalisée à bord de l'orbiteur Clementine rapporte l'existence de petites poches d'eau gelée près de la surface. Cependant, des observations radar ultérieures depuis le radiotélescope d'Arecibo suggèrent que ces découvertes seraient plutôt des roches éjectées lors de la formation de jeunes cratères d'impact. En 1998, le spectromètre à neutrons de Lunar Prospector révèle la présence de fortes concentrations d'hydrogène dans le premier mètre de profondeur du régolithe près des régions polaires. Des perles de lave volcaniques, ramenées sur Terre lors de la mission , présentent après recherches de petites quantités d'eau en leur intérieur.

La sonde Chandrayaan-1, lancée en 2008, confirme l'existence de glace d'eau à la surface grâce à son module embarqué Moon Mineralogy Mapper. Le spectromètre observe des raies d'absorption correspondant à l' hydroxyle dans la lumière solaire réfléchie, indiquant la présence de grandes quantités de glace d'eau à la surface lunaire. Les données indiquent des concentrations de l'ordre de 1 000 ppm. En 2009, le envoie un impacteur de 2 300 kg dans un cratère d'obscurité éternelle et détecte au moins 100 kg d'eau dans un panache de matériaux éjectés,,. Un autre examen des données du LCROSS révèle que la quantité d'eau détectée est plus proche de 155 ± 12 kg. En mai 2011, la détection de 615 à 1 410 ppm d'eau dans les inclusions magmatiques de l'échantillon lunaire 74220 est annoncée. Il s'agit du " sol orange " à haute teneur en titane d'origine volcanique recueilli lors de la mission en 1972. Cette concentration est comparable à celle du magma dans le manteau supérieur de la Terre,.

L'analyse des résultats du Moon Mineralogy Mapper (M3) apporte en août 2018 pour la première fois la confirmation de la présence de glace d'eau à la surface de la Lune,,. Les données révèlent les signatures réfléchissantes distinctes de la glace d'eau, par opposition à celles de la poussière et d'autres substances réfléchissantes. Les dépôts de glace se trouvent. sur les pôles Nord et Sud, bien qu'ils soient plus abondants au Sud, où les cratères d'obscurité éternelle sont plus répandus,.

En octobre 2020, des astronomes signalent avoir détecté de l'eau sur la surface éclairée par le Soleil de la Lune par plusieurs engins spatiaux indépendants, dont l' Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge (SOFIA),,.

L' inclinaison de l'axe de la Lune par rapport à l' écliptique n'est que de 1,5424°, soit beaucoup moins que les 23,44° de la Terre. Pour cette raison, l'éclairement solaire de la première varie beaucoup moins selon les saisons, et les détails topographiques jouent un rôle crucial dans les effets saisonniers.

D'après les images prises par Clementine en 1994, quatre régions montagneuses au bord du cratère Peary, près du pôle Nord de la Lune, pourraient rester illuminées pendant toute la journée lunaire, créant ainsi des pics de lumière éternelle. De telles régions n'existent pas au pôle Sud. De même, il y existe des endroits qui restent dans l'ombre permanente au fond de nombreux cratères polaires, impliquant que ces " cratères d'obscurité éternelle " sont extrêmement froids. Le Lunar Reconnaissance Orbiter mesure les températures estivales les plus basses dans les cratères du pôle Sud à et seulement 26 K (−247 °C) vers le solstice d'hiver dans le cratère Hermite au pôle Nord. C'est la température la plus basse du Système solaire jamais mesurée par un engin spatial, inférieure même à celle de la surface de Pluton.

Les températures moyennes de la surface de la Lune diffèrent grandement en fonction du moment de la journée pour les régions considérées : jusqu'à environ 400 K (127 °C) lorsqu'elles sont exposées aux rayons solaires à l'équateur et jusqu'à 100 K (−173 °C) lorsqu'elles sont à l'ombre,,.

Composition actuelle

L' atmosphère de la Lune est si ténue que sa masse totale est inférieure à 10 tonnes, soit une densité correspondant presque à du vide : la pression superficielle de cette petite masse est d'environ 3 × 10 −15 (0,3 ), celle-ci variant avec le jour lunaire. Ses sources sont notamment le dégazage et la pulvérisation cathodique, un produit du bombardement du sol par les ions du vent solaire. On trouve parmi les éléments détectés le sodium et le potassium, produits par pulvérisation cathodique et également présents dans les atmosphères de Mercure et de Io ; l' hélium 4 et le néon provenant du vent solaire ; et l' argon 40, le radon 222 et le polonium 210, dégazés après leur création par désintégration radioactive dans la croûte et le manteau. L'absence d'espèces neutres ( atomes ou molécules) comme l' oxygène, l' azote, le carbone, l' hydrogène et le magnésium, qui sont pourtant présentes dans le régolithe n'est pas expliquée. De la vapeur d'eau est présente en quantités variables en fonction de la latitude, avec un maximum à environ 60-70°. Elle est probablement produite par la sublimation de la glace d'eau du régolithe. Ces gaz retournent vers la surface en raison de la gravité de la Lune ou sont perdus dans l'espace, soit par la pression du rayonnement solaire, soit - s'ils sont ionisés - en étant emportés par le champ magnétique du vent solaire.

Un nuage de poussière lunaire asymétrique permanent existe autour de la Lune, créé par de petites particules de comètes. Il est estimé que 5 tonnes de ces dernières frappent la surface toutes les 24 heures et éjectent cette poussière. Celle-ci reste en suspension pendant environ 10 minutes, prenant 5 minutes pour se lever et 5 minutes pour tomber. En moyenne, 120 kilogrammes de poussière sont présents en permanence au-dessus de la Lune, s'élevant jusqu'à 100 kilomètres de la surface. Les mesures de la poussière sont effectuées par l'expérience LDEX ( Lunar Dust EXperiment) du , à entre 20 et 100 kilomètres de la surface pendant une période de six mois,. Le LDEX détecte en moyenne une particule de poussière lunaire de 0,3 micromètre par minute. Le comptage des particules de poussière culmine pendant les pluies de météores des Géminides, des Quadrantides et des Taurides notamment, lorsque la Terre et la Lune traversent des débris de comètes. Les nuages sont asymétriques, plus denses près de la limite entre le côté jour et le côté nuit de la Lune,.

En octobre 2017, des scientifiques du Centre de vol spatial Marshall et du Lunar and Planetary Institute de Houston annoncent avoir découvert à partir d'études d'échantillons de magma de la Lune, prélevés lors des missions Apollo, que la Lune aurait possédé une atmosphère relativement épaisse pendant une période de 70 millions d'années il y a trois ou quatre milliards d'années,. Cette atmosphère, provenant de gaz éjectés lors d'éruptions volcaniques lunaires, était deux fois plus épaisse que celle trouvée actuellement sur la planète Mars. L'ancienne atmosphère lunaire aurait progressivement été dépouillée par le vent solaire puis dissipée dans l'espace,.

La Lune commence à se former il y a 4,51 milliards d'années, de 30 à 60 millions d'années après la formation du Système solaire,. Plusieurs mécanismes de formation sont proposés, parmi lesquels la séparation de la Lune à partir de la croûte terrestre par la force centrifuge (ce qui exigerait une vitesse de rotation initiale de la Terre trop élevée),, la capture gravitationnelle d'une Lune préformée (ce qui nécessiterait cependant une atmosphère terrestre étendue irréaliste pour dissiper l'énergie de la Lune de passage), et la co-formation de la Terre et de la Lune dans le disque d'accrétion primordial (ce qui ne peut pas expliquer la disparition des métaux dans la Lune),,. Ces hypothèses ne peuvent pas non plus expliquer le moment cinétique élevé du système Terre-Lune.

Pour l'hypothèse dominante, le système Terre-Lune s'est formé après l'impact d'une protoplanète ayant une taille similaire à celle de Mars (nommée Théia, la mère de Séléné dans la mythologie grecque) avec la proto-Terre ; elle est appelée l' hypothèse de l'impact géant,,. L'impacteur, la croûte et une partie du manteau terrestre se disloquent et projettent une grande quantité de débris en orbite autour de la Terre. La Lune se forme ensuite par accrétion d'une partie de ce nuage de débris en un temps très court, de l'ordre d'un siècle,. L'impact aurait libéré beaucoup d' énergie, faisant fondre la couche externe de la Terre, et a ainsi formé un océan de magma,. De même, la Lune nouvellement formée aurait possédé un océan magmatique lunaire d'une profondeur estimée à au moins plusieurs centaines de kilomètres,.

Bien que l'hypothèse de l'impact géant puisse expliquer de nombreux paramètres, certains éléments ne sont pas expliqués, notamment en ce qui concerne les compositions isotopiques proches de la Lune et de la Terre, son volcanisme relativement récent, ou l'existence passée d'un champ magnétique planétaire. En effet, la mesure en 2001 des signatures isotopiques des roches lunaires du programme Apollo révèle qu'elles présentent la même signature isotopique que les roches terrestres, les distinguant donc de presque tous les autres corps du Système solaire. Cette observation est inattendue car on supposait alors que la plupart des matériaux qui ont formé la Lune provenaient de Théia ; or il est ensuite annoncé en 2007 qu'il y a moins d'un pour cent de chances que Théia et la Terre aient des signatures isotopiques identiques par ce biais. D'autres échantillons lunaires d' Apollo étudiés en 2012 comportent la même composition en isotopes de titane que la Terre, ce qui est en conflit avec ce qui est attendu si la Lune s'était formée loin de la Terre ou était issue de Théia,.

Ces écarts peuvent s'expliquer par des variations de l'hypothèse de l'impact géant. Des modèles alternatifs ont notamment proposé une série d'impacts moins cataclysmiques ou la formation d'une synestia - un nuage torique de gaz et de fragments rocheux.

La Lune effectue une orbite complète autour de la Terre par rapport aux étoiles fixes environ une fois tous les 27,3 jours - sa période de révolution ou période sidérale. Cependant, comme la Terre se déplace simultanément sur son orbite autour du Soleil, il faut environ deux jours de plus avant que la Lune ne montre la même phase à la Terre, soit 29,5 jours - sa période synodique,,.

Contrairement à la plupart des satellites naturels des autres planètes, elle orbite plus près du plan de l'écliptique que du plan équatorial de la planète,. Son orbite est subtilement perturbée par le Soleil et la Terre en de nombreuses différentes façons. Par exemple, le plan de l'orbite de la Lune tourne graduellement tous les 18,61 ans, ce qui affecte d'autres aspects du mouvement lunaire. Ces effets consécutifs sont mathématiquement décrits par les lois de Cassini,.

Par ailleurs, la Lune est le seul satellite naturel permanent de la Terre. Il existe un certain nombre d' objets géocroiseurs comme (3753) Cruithne qui coorbitent avec la Terre : leurs orbites les rapprochent de la Terre à un intervalle régulier, mais s'altèrent sur le long terme,. Ce sont des quasi-satellites et non des satellites naturels car ils n'orbitent pas autour de la Terre mais autour du Soleil, l'existence d' autres lunes de la Terre n'étant pas confirmée. Cependant, certains de ces astéroïdes peuvent devenir parfois pendant quelques mois - voire quelques années -des satellites temporaires de la Terre. Seul est connu pour avoir été dans ce cas, entre 2006 et 2007,.

La trajectoire de la Lune dans un repère lié au Soleil a la particularité d'être entièrement concave, sans boucles ni points d'inflexion. C'est le seul cas parmi tous les satellites connus, naturels ou artificiels.

La Lune est en rotation synchrone autour de la Terre : sa période de rotation est égale à sa période de révolution. Elle présente donc toujours le même hémisphère nommé " face visible de la Lune " à un observateur terrestre, l'hémisphère opposé étant en conséquence appelé " face cachée de la Lune ". Cependant, en raison de l'effet de la libration, environ 59 % de la surface de la Lune peut en pratique être vue depuis la Terre,. La face cachée est parfois appelée à tort le " côté obscur ", mais elle est totalement éclairée aussi souvent que le côté visible : une fois tous les 29,5 jours terrestres, à la nouvelle lune,.

Cette rotation synchrone résulte des frottements créés par les forces de marée de la Terre sur la Lune, l'énergie de rotation s'étant dissipée sous forme de chaleur. Auparavant, la Lune avait une vitesse de rotation plus rapide mais, assez vite dans son histoire, celle-ci ralentit progressivement jusqu'à ce que la période de ce mouvement coïncide avec celle de la révolution du satellite autour de la Terre,,.

En 2016, en utilisant des données collectées lors de la mission Lunar Prospector, des planétologues détectent deux zones riches en hydrogène (probablement une ancienne glace d'eau) à deux points opposés de la Lune. Il est supposé que ces zones étaient il y a des milliards d'années les pôles lunaires avant qu'elle ne soit verrouillée avec la Terre,.

La Lune est un satellite naturel exceptionnellement grand par rapport à la Terre : elle fait plus du quart du diamètre et 1/ de la masse de la planète,. Il s'agit d'ailleurs de la plus grande lune du Système solaire par rapport à la taille de sa planète, bien que Charon soit plus grande par rapport à la planète naine Pluton, faisant 50 % de son diamètre et 1/ de sa masse. La superficie de la Lune est légèrement inférieure à celle de l' Asie.

Le barycentre du système Terre-Lune, leur centre de masse commun, est situé à environ 1 700 km (environ un quart du rayon de la Terre) sous la surface de la Terre. La Terre tourne autour de ce barycentre une fois par mois sidéral, à 1/ de la vitesse de la Lune, soit environ 41 kilomètres par heure. Ce mouvement se superpose à la révolution beaucoup plus rapide de la Terre autour du Soleil - d'une vitesse d'environ 30 km/s - et est donc généralement négligeable,.

L' attraction gravitationnelle entre les corps célestes diminue inversement au carré de la distance de ces masses les unes par rapport aux autres. En conséquence, l'attraction exercée par la Lune est légèrement plus grande pour le côté de la Terre le plus proche d'elle que pour le côté opposé. Cela entraîne une force de marée qui affecte à la fois les océans et la croûte terrestre. L'effet le plus évident des forces de marée est de provoquer deux renflements dans les océans de la Terre, l'un du côté faisant face à la Lune et l'autre du côté opposé. Il en résulte des variations du niveau des mers, appelés marées océaniques. Lorsque la Terre tourne sur son axe, l'un des renflements de l'océan ( marée haute) est localement maintenu en place " sous " la Lune, tandis qu'une autre marée de ce type est opposée. En conséquence, il y a environ deux marées hautes et deux marées basses en une journée. Puisque la Lune est en orbite autour de la Terre dans le même sens que la rotation de la Terre sur elle-même, les marées hautes se produisent environ toutes les 12 heures et 25 minutes, les 25 minutes étant dues au temps que met la Lune pour orbiter autour de la Terre,.

Le Soleil produit également des marées mais d'amplitude plus faible, 40 % de celle due à la Lune. Lors de la syzygie, quand la Lune et le Soleil sont alignés avec la Terre, la somme des interactions Lune-Terre et Soleil-Terre est responsable des grandes marées au moment des équinoxes de printemps et d' automne.

Alors que la gravitation provoque l'accélération et le mouvement des océans fluides de la Terre, le couplage gravitationnel entre la Lune et le corps solide de la Terre est principalement élastique et plastique. Le résultat est un autre effet de marée de la Lune sur la Terre qui provoque un renflement de la partie solide de la Terre la plus proche de la Lune qui agit comme un moment en opposition à la rotation de la Terre : une marée solide, ou terrestre. Cela " draine " le moment cinétique et l'énergie cinétique de la rotation de la Terre, la ralentissant progressivement,,. Cet élan angulaire, perdu de la Terre, est transféré à la Lune dans un processus connu sous le nom d' accélération par effet de marée qui élève la Lune sur une orbite plus élevée. Ainsi, la distance entre la Terre et la Lune augmente - la Lune était environ dix fois plus proche de la Terre lors de sa formation qu'à l'époque contemporaine - et la rotation de la Terre ralentit en réaction,. Les mesures des réflecteurs lunaires laissés pendant les missions Apollo révèlent que la distance Terre-Lune augmente d'en moyenne 3,8 cm par an, (3,805 ± 0,004 cm/an). Les horloges atomiques montrent également l'effet inverse, à savoir que le jour sur Terre s'allonge d'environ 15 microsecondes chaque année, forçant le temps universel coordonné à être ajusté avec des secondes intercalaires.

Dût-elle suivre son cours, cette traînée de marée continuerait jusqu'à ce que la rotation de la Terre et la période orbitale de la Lune correspondent, créant un verrouillage mutuel par les forces de marées entre les deux astres. En conséquence, la Lune serait suspendue dans le ciel au-dessus d'un méridien, comme c'est par exemple le cas entre Pluton et sa lune Charon. Cependant, le Soleil deviendra une géante rouge et engloutira le système Terre-Lune bien avant cet événement,,.

De la même manière, la surface lunaire subit des marées d'une amplitude d'environ 10 cm tous les 27 jours, avec deux composantes : une fixe due à la Terre parce qu'en rotation synchrone, et une variable due au Soleil. La composante induite par la Terre provient de la libration, résultat de l'excentricité orbitale de la Lune - si l'orbite de la Lune était parfaitement circulaire, il n'y aurait que des marées solaires. Les effets cumulés de ces contraintes de marée produisent des séismes lunaires,. Ces phénomènes restent beaucoup moins courants et moins intenses que les tremblements de terre, bien qu'ils puissent se dérouler pendant jusqu'à une heure du fait de l'absence d' eau pour amortir les vibrations sismiques. L'existence de ces séismes est une découverte inattendue des sismographes placés sur la Lune lors des missions Apollo de 1969 à 1972.

Par ailleurs, ces forces de marées ont un impact décelable sur le climat dans le cadre de marées atmosphériques,. Lors des différentes phases de la Lune, la force de marée attire plus ou moins l'atmosphère et participe ainsi, à hauteur de quelques pourcents, aux phénomènes de surpression et de dépression.

Finalement, la présence de la Lune a une influence sur la stabilisation de l' inclinaison de l'axe terrestre. En effet, l'obliquité de la Terre varie entre 21 et 24° environ par rapport au plan de l' écliptique tandis que Mars, qui n'a pas de satellite naturel aussi massif, voit son obliquité varier de 20 à 60° sur des millions d'années. De même, avant la formation de la Lune, l' axe de rotation terrestre oscillait de façon chaotique, ce qui aurait rendu impossible l'apparition de la vie à sa surface du fait des dérèglements climatiques causés ; ceci a disparu une fois le verrouillage gravitationnel par effet de marée entre la Terre et son satellite naturel mis en place,,.

L' influence lunaire est la croyance pseudo-scientifique d'une corrélation entre des étapes spécifiques du cycle lunaire et des changements physiologiques chez les êtres vivants sur Terre, y compris les humains,.

La Lune a longtemps été particulièrement associée à la folie et à l' irrationalité, des mots comme lunatique étant dérivés du nom latin de la Lune, Luna. Les philosophes Aristote et Pline l'Ancien font valoir que la pleine lune cause la folie chez les individus sensibles, estimant que le cerveau, qui est principalement composé d'eau, doit être affecté par la Lune et son pouvoir sur les marées. En réalité, le pouvoir de la gravité lunaire est trop faible pour que cela soit le cas. De façon contemporaine, l'existence d'une influence lunaire affirmant que les admissions dans les hôpitaux psychiatriques, les accidents de la route, les homicides ou encore les suicides augmenteraient lors des pleines lunes est parfois défendue, même si de nombreuses études infirment cela,,,. De même, si une influence de la Lune sur l' agriculture ou les forêts est parfois supposée, aucun effet exploitable n'a jamais été démontré,,,.

En revanche, un sélénotropisme - c'est-à-dire l'orientation d'un organisme vis-à-vis de la Lune - est démontré chez certaines espèces de vers palolo tels que l'Eunice fuscata du Pacifique tropical, ou chez des zooplancton en Arctique pendant la nuit polaire. Par ailleurs, la croissance de certains animaux comme le nautile serait influencée par la Lune et l'observation de leurs coquilles permet, avec des spécimens anciens fossiles, de confirmer de façon indépendante l'allongement du mois lunaire à l' échelle géologique en raison de l'augmentation de la distance Terre-Lune. Cependant, cette hypothèse reste contestée,,.

La Lune possède un albédo géométrique exceptionnellement bas de 0,12, ce qui lui confère une réflectance légèrement supérieure à celle de l' asphalte,. Cependant, avec une magnitude apparente de -12,6 pendant la pleine lune, la Lune est l'astre le plus visible dans le ciel terrestre, après le Soleil et devant Vénus, grâce à sa grande proximité avec la Terre. Elle est ainsi facilement observable à l'œil nu la nuit, voire en plein jour. Des jumelles permettent de distinguer les mers et les plus gros cratères d'impact,.

Par ailleurs, le satellite bénéficie d'une amélioration de la luminosité grâce à l' effet d'opposition : la pleine lune est douze fois plus lumineuse qu'un quartier de Lune, même si la surface angulaire éclairée est seulement deux fois plus élevée. De plus, la constance des couleurs du système visuel humain recalibre les relations entre les couleurs d'un objet et son environnement, ce qui explique que la lune éclairée par le soleil ressorte lorsque le ciel environnant est relativement sombre. Les bords de la pleine lune semblent aussi brillants que le centre, sans assombrissement centre-bord, en raison des propriétés réfléchissantes du sol lunaire, qui rétroréfléchit davantage la lumière vers le Soleil que dans d'autres directions,.

L'orientation de la Lune dans le ciel varie en fonction de la latitude de l'observateur terrestre,. En effet, puisque la Lune orbite près de l' écliptique, quelqu'un la regardant depuis une latitude positive (au nord de l' équateur terrestre) verra par exemple le proéminent cratère Tycho plus proche de l' horizon tandis qu'un observateur depuis une latitude négative (au sud de l'équateur), la verra " à l'envers " ,. Sur les deux photographies ci-contre, on observe le cratère en bas de l'image pour une pleine lune vue en Belgique tandis qu'il se trouve en haut de l'image pour une pleine lune vue en Australie.

L'altitude atteinte par la lune dans le ciel lors de sa culmination varie en fonction de sa phase et de la période de l'année. La pleine lune est la plus élevée en hiver pour chaque hémisphère.

La taille apparente de la pleine lune est en moyenne d'environ 0,52° d'arc dans le ciel (soit 31'2 d'arc), ce qui est à peu près la même taille apparente que le soleil,. Cependant, elle semble plus grande lorsqu'elle est proche de l'horizon en raison d'un effet purement psychologique, connu sous le nom d' illusion lunaire, décrit pour la première fois au siècle av. J.-C.,. Plusieurs explications sont proposées, comme le fait que le cerveau humain perçoive le ciel comme légèrement aplati - ce qui implique qu'un objet à l'horizon est considéré comme plus grand - ou encore que la taille relative des objets vus à l'horizon fasse apparaître la lune plus grande, comme pour l' illusion d'Ebbinghaus,,.

L'apparence de la Lune, comme celle du Soleil, peut être affectée par l' atmosphère terrestre. Les effets optiques courants sont par exemple un anneau de halo de 22°, formé lorsque la lumière de la Lune est réfractée à travers les cristaux de glace des nuages de haut cirrostratus, ou des couronnes plus petites lorsque la Lune est vue à travers de minces nuages.

Du fait de sa rotation synchrone, la Lune présente toujours la même partie de sa surface à la Terre : la face dite " visible ". Cependant, la moitié de la sphère éclairée par les rayons solaires - et donc à la fois orientée à la fois vers la Terre et vers le Soleil - varie au cours des 29,53 jours de sa période synodique. Ce phénomène donne naissance à ce que l'on appelle les phases lunaires, qui se succèdent au cours d'un cycle appelé " lunaison ". Au fil du cycle lunaire, la déclinaison de la Lune varie : elle augmente pendant une moitié du cycle et elle décroît pendant l'autre moitié.

La Lune présentant toujours la même face envers la Terre et son orbite étant peu inclinée, les phases lunaires présentent à peu près toujours les mêmes parties de la Lune d'un cycle à l'autre. On distingue principalement quatre points caractéristiques de l'apparence lunaire : la nouvelle lune quand la Lune et le Soleil sont en conjonction par rapport à la Terre, le premier quartier quand la Lune est en quadrature est, la pleine lune lorsque la Lune et le Soleil sont en opposition par rapport à la Terre et le dernier quartier quand la Lune est en quadrature ouest. Entre chacun de ces points caractéristiques, on parlera successivement de premier croissant, de lune gibbeuse croissante, de lune gibbeuse décroissante et enfin de dernier croissant,,.

La partie éclairée de la Lune étant symétrique par rapport au plan formé par le Soleil, la Lune et l'observateur, la Lune présente à chaque instant la même phase à tout observateur terrestre quelle que soit sa latitude,. Cependant, l'orientation de l'horizon de l'observateur terrestre varie par rapport à ce plan. Ainsi, pour de faibles latitudes - près de l'équateur et sous les tropiques -, l'horizon est perpendiculaire au plan et un croissant de Lune apparaîtra horizontal, comme un " sourire ". Pour des latitudes plus élevées, ce quartier apparaîtra plus vertical, comme un " C " ,,. La Lune est visible pendant deux semaines tous les 27,3 jours aux pôles Nord et Sud,.

Une super lune est une pleine lune qui coïncide avec une distance minimale du satellite à la Terre,. Il ne s'agit pas d'un terme d' astronomie mais plutôt d'une expression usuelle employée pour désigner certains phénomènes astronomiques.

Le 14 novembre 2016, la Lune est au plus proche en pleine lune depuis 1948 à 356 500 km du centre de la Terre. Cette pleine lune est alors 30 % plus lumineuse que lorsqu'elle est à son apogée, car son diamètre angulaire est 14 % plus grand et ,. Elle ne sera pas plus proche avant le 25 novembre 2034,.

Les éclipses solaires se produisent à la nouvelle lune, lorsque la Lune se trouve entre le Soleil et la Terre. En revanche, les éclipses lunaires se produisent à la pleine lune, lorsque la Terre est entre le Soleil et la Lune,. L'existence des premières est une conséquence du fait que la taille apparente de la Lune soit à peu près la même que celle du Soleil, les deux formant un angle d'environ 0,5° dans le ciel terrestre. En effet, si le Soleil a un diamètre 400 fois plus grand que celui de la Lune, il est également 400 fois plus loin de la Terre que ne l'est la Lune.

Les variations de taille apparente, dues aux orbites non circulaires, sont également presque identiques, bien que se produisant dans des cycles différents. Cela permet ainsi d'avoir parfois des éclipses solaires totales - avec la Lune apparaissant plus grande que le Soleil - et annulaires - la Lune apparaissant plus petite que le Soleil. Lors d'une éclipse totale, la Lune recouvre complètement le disque du Soleil et la couronne solaire devient visible à l' œil nu.

Comme la distance entre la Lune et la Terre augmente très lentement avec le temps, le diamètre angulaire de la Lune diminue dans le ciel terrestre,. De plus, au fur et à mesure qu'il évolue sur sa séquence principale pour devenir une géante rouge, la taille du Soleil et son diamètre apparent dans le ciel augmentent également. La combinaison de ces deux facteurs signifie qu'il y a des centaines de millions d'années, la Lune couvrait toujours complètement le Soleil lors des éclipses solaires, et qu'aucune éclipse annulaire n'était alors possible. De même, d'ici 600 millions d'années, la Lune ne pourra plus couvrir complètement le Soleil et les éclipses solaires totales deviendront impossibles,.

Par ailleurs, l'orbite de la Lune autour de la Terre étant inclinée d'environ 5,145° par rapport au plan de l' écliptique, les éclipses ne se produisent pas à chaque pleine et nouvelle lune. Pour qu'une éclipse se produise, la Lune doit se trouver près de l'intersection des deux plans orbitaux,. La périodicité et la récurrence des éclipses du Soleil par la Lune et de la Lune par la Terre sont décrites par le saros, dont la période est d'environ 18 ans.

Parce que la Lune bloque continuellement la vue d'une zone circulaire du ciel d'un demi-degré de large, un phénomène appelé l' occultation se produit lorsqu'une étoile ou une planète passe derrière la Lune et est alors cachée,. Ainsi, une éclipse solaire est un cas particulier d'occultation du Soleil. Parce que la Lune est relativement proche de la Terre, les occultations des étoiles individuelles ne sont pas visibles partout sur la planète, ni en même temps. En raison de la précession de l'orbite lunaire, différentes étoiles sont occultées chaque année.

La Lune présentant toujours le même hémisphère à la Terre, on appelle " librations " les phénomènes d'oscillation permettant à un observateur à la surface de la Terre de voir plus de 50 % de la surface de la Lune,. Ces phénomènes peuvent prendre quatre formes : les librations en longitude, les librations en latitude, les librations parallactiques et les librations physiques.

L'ensemble de ces phénomènes de libration au cours de lunaisons successives permet d'observer environ 59 % de la surface lunaire depuis la surface terrestre. Toutefois, les zones supplémentaires ainsi offertes à l'observation sont très déformées par l'effet de perspective et il est difficile de pouvoir distinguer les éléments de surface de ces régions depuis le sol.

Il y existe une controverse historique quant au fait que les caractéristiques de la surface lunaire changent avec le temps. Aujourd'hui, beaucoup de ces affirmations sont considérées comme une conséquence d' illusions d'optique, résultant d'une observation dans différentes conditions d'éclairage, d'une mauvaise qualité de visibilité ou de dessins inadéquats. Cependant, un dégazage se produit occasionnellement et pourrait être responsable d'un pourcentage très mineur de ces observations, faisant partie des phénomènes lunaires transitoires signalés. En 2006, il est suggéré qu'une surface lunaire de 3 km de diamètre aurait été modifiée significativement par un événement de dégagement il y a environ un million d'années,.

Des phénomènes appelés " transitoires " de quelques dixièmes de milliseconde peuvent survenir. De magnitude généralement de 5 à 10 (mais pouvant aller jusqu'à 3), ils ne sont visibles qu'avec un télescope ou une lunette associés à une caméra et sur la partie non éclairée de la Lune. Le flash lunaire provient de la chute de corps (provenant essentiellement d'essaims de comètes) de 5 à 15 cm percutant la Lune à des vitesses de 20 à 30 km/s, ce qui fait fondre la roche en surface au point d'impact et projette des gouttelettes de roches liquides. L'éclair lumineux est produit par l'énergie dégagée lors de cet impact,. Depuis cinq siècles, des centaines de ces phénomènes ont été observés par de nombreux observateurs différents.

L'une des premières représentations possibles de la Lune est une sculpture sur roche nommée Orthostat 47, datée du troisième millénaire avant notre ère et découverte à Knowth, en Irlande,. La première trace écrite de l'observation d'une éclipse solaire date de 1223 av. J.-C, retrouvée sur une tablette d'argile dans l'ancienne cité d' Ougarit,. Une inscription sur un os datant de 2136 av. J.-C. est aussi suspectée d'être une trace de l'observation d'une éclipse.

La compréhension des cycles lunaire est un développement précoce de l'astronomie : dès le siècle av. J.-C., les astronomes babyloniens tiennent des archives systématiques des éclipses solaires et dès le siècle av. J.-C., ils notent le saros, la période de 18 ans régissant les éclipses lunaires. L' astronome chinois Shi Shen donne au siècle av. J.-C. des instructions pour prédire les éclipses solaires et lunaires. Archimède conçoit au siècle av. J.-C. un planétarium capable de calculer les mouvements de la Lune et d'autres objets du Système solaire.

La forme physique de la Lune et la cause du clair de lune sont également comprises tôt dans l'histoire de l'astronomie. Le philosophe grec Anaxagore estime au siècle av. J.-C. que le Soleil et la Lune sont tous deux des roches sphériques et que cette dernière reflète la lumière du premier. Par ailleurs, Démocrite suppose que les marques observées sur la Lune sont la conséquence de l'existence de montagnes et de vallées.

Bien que les Chinois de la dynastie Han associaient la Lune à une énergie assimilée au ch'i, leur théorie de " l'influence rayonnante " reconnaît également que la lumière de la Lune est simplement le reflet du Soleil, et Jing Fang note la sphéricité de la Lune au siècle av. J.-C..

Cependant, Aristote théorise à l'inverse dans que la Lune marque la frontière entre les sphères des éléments mutables (terre, eau, air et feu) et les étoiles impérissables de l' éther. Le monde supralunaire est parfait, et donc la Lune est une sphère lisse et inaltérable. Le disciple d'Aristote, Cléarque de Soles, explique les taches lunaires par le fait que la Lune est un miroir poli qui réfléchit le paysage terrestre. Cette théorie est néanmoins invalidée par l'observation que la surface de la Lune reste inchangée alors qu'elle se déplace devant la Terre, poussant d'autres savants à imaginer que les taches soient des vapeurs condensées d'un nuage ou émanent de la Terre. Cette conception aristotélicienne d'une Lune lisse subsiste en partie jusqu'à la fin du Moyen Âge, voire laisse des traces jusque dans la Perse du siècle et dans le folklore européen du siècle,,.

Au siècle av. J.-C., Séleucos de Séleucie avance à raison que les marées sont dues à l'attraction de la Lune et que leur hauteur dépend de la position de la Lune par rapport au Soleil. Auparavant, Aristarque de Samos avait calculé au siècle av. J.-C. dans Sur les dimensions et les distances la taille de la Lune et sa distance, obtenant une valeur d'environ vingt fois le rayon de la Terre pour la distance. Ces valeurs sont grandement améliorées par Hipparque au siècle av. J.-C. dans Des grandeurs et des distances du Soleil et de la Lune,. Ce texte est perdu mais ses résultats rapportés par Ptolémée au siècle, évaluant la distance lunaire à 59 fois le rayon de la Terre et son diamètre à 0,292 fois celui de la planète. Ces estimations sont déjà très proches de la réalité, qui est de respectivement 60 et 0,273 environ.

Également au siècle, Plutarque écrit dans ses Œuvres morales que " la Lune est une terre céleste " et que les zones sombres sont des dépressions remplies d'eau. Elles sont ainsi appelés maria (mot latin signifiant " mers " au pluriel), tandis que les hauts plateaux de couleur claire sont baptisés terrae (" terres "). Ces noms, bien qu'incorrects, demeurent dans la nomenclature actuelle,.

Au siècle, l'astronome indien Aryabhata mentionne dans son Aryabhatiya que la cause de l'éclat de la Lune est la lumière du soleil réfléchie. Al-Marwazi, un astronome persan, estime le diamètre de la Lune à environ 3 000 km et sa distance à la Terre à environ 346 000 km au siècle. L'astronome et physicien Alhazen du siècle développe en avançant que la lumière du soleil n'est pas réfléchie par la Lune comme un miroir, mais que la lumière est émise depuis chaque partie de la surface ensoleillée de la Lune dans toutes les directions,. Shen Kuo, de la dynastie Song, créé ensuite une allégorie assimilant la croissance et le déclin de la Lune à une boule ronde d'argent qui, une fois aspergée de poudre blanche et vue de côté, apparaîtrait comme un croissant.

La sélénographie précise ne débute qu'au cours du siècle, les premiers dessins publiés étant ceux de William Gilbert en 1603, à partir d'observations à l'œil nu. En 1610, Galilée publie dans l'un des premiers dessins de la Lune réalisé grâce à un instrument - sa lunette astronomique - et note que l'astre n'est pas lisse mais présente des montagnes et des cratères. Thomas Harriot réalise des dessins similaires avec une lunette quelques mois plus tôt mais ne les publie pas,. La cartographie de la Lune suit au siècle avec des premières tentatives, dont celle de Claude Mellan vers 1634, puis la première carte publiée par le cartographe hollandais Michael Florent van Langren en 1645 à partir d'observations télescopiques,,. Elle est la première à marquer distinctement les maria, cratères et montagnes et adopte une première nomenclature catholique d'après des rois et des saints. Deux ans plus tard, Johannes Hevelius publie Selenographia, le premier traité et atlas totalement consacré à la Lune,. Celui-ci comprend une nouvelle carte plus détaillée de la surface lunaire et comprend une nouvelle nomenclature qui restera un temps populaire dans les pays protestants. Cependant, c'est la nomenclature proposée par Giovanni Battista Riccioli et son assistant Francesco Maria Grimaldi en 1651 dans l' Almagestum novum - donnant aux cratères des noms d'astronomes et de personnages célèbres - qui reste dans la postérité,,.

Une grande carte de la Lune en quatre feuilles nommée Mappa Selenographica, établie par Guillaume Beer et Johann Heinrich von Mädler entre 1834 et 1836 puis publiée dans Der Mond en 1837, fournit la première étude trigonométriquement précise des caractéristiques lunaires,. Elle comprend l'indication de l'altitude de plus d'un millier de montagnes avec des précisions similaires à celles des premières tentatives de géographie terrestre. Par ailleurs, les auteurs arrivent à la conclusion que la Lune ne possède ni d'étendue d'eau, ni d'atmosphère significative.

Toutes les mesures sont réalisées par le biais d'observations directes jusqu'à ce que John William Draper crée l' astrophotographie en mars 1840 avec un daguerréotype de la Lune,. La qualité des photographies de la Lune progresse rapidement ensuite jusqu'à ce que la photographie lunaire soit reconnue à la fin du siècle comme une sous-discipline de l' astronomie.

Les cratères lunaires, indiqués pour la première fois par Galilée, sont considérés comme d'origine volcanique jusqu'à la proposition pendant les années 1870 de Richard A. Proctor selon laquelle ils seraient en réalité des cratères d'impact créés par des collisions d' astéroïdes ou de comètes. Ce point de vue gagne le soutien en 1892 du géologue Grove Karl Gilbert qui retrouve ces résultats par l'expérimentation. Des études comparatives de ces cratères de 1920 aux années 1940 conduisent au développement de l' échelle des temps géologiques lunaires, qui devient dans les années 1950 une branche nouvelle et croissante de la géologie planétaire. Cependant, l'observation depuis la Terre reste limitée à la face visible et c'est notamment par l'exploration spatiale que les connaissances sur le satellite naturel augmentent, la première image de la face cachée de la Lune étant par exemple obtenue en 1959 grâce à la sonde spatiale soviétique .

Entre le début du programme soviétique Luna en 1959 et jusqu'aux années 1970 avec les dernières missions habitées du programme Apollo américain et la dernière mission Luna en 1976, la course spatiale inspirée par la guerre froide entre l'Union soviétique et les États-Unis conduit à une accélération de l'intérêt pour l' exploration de la Lune. Dès que leurs lanceurs parviennent à placer des engins en orbite, les deux pays commencent à envoyer des sondes vers le satellite naturel,.

Programme Luna ( 1957-1972)

L'Union soviétique commence son programme spatial lunaire par une série de trois échecs de missions sans nom en 1958.

Cependant, la quatrième est un succès et le premier survol de la Lune est réalisé par la sonde soviétique le , qui est en outre le premier engin de l'histoire placé en orbite héliocentrique. Il est rapidement suivi par le premier objet fabriqué par l'homme à atteindre la Lune - et de façon générale à toucher un autre corps céleste que la Terre -, la sonde qui s'y écrase en . Les premières photos de la face cachée de la lune sont ensuite envoyées le par la sonde ,.

Une première cartographie de la surface lunaire est produite grâce aux photographies prises par le , les images couvrant 19 000 000 et contribuant au développement de la sélénographie,.

Les ingénieurs russes progressent ensuite au cours de la décennie 1960 depuis des engins seulement capables de survoler ou de s'écraser sur la Lune jusqu'à des atterrisseurs. est ainsi la première sonde à parvenir à se poser sur la Lune plutôt que de s'y écraser le , retournant des photographies de la surface lunaire. La première sonde mise en orbite autour de la Lune est , le ,.

Le , l' astromobile , transporté par , est le premier véhicule robotisé à explorer sa surface. Trois ans plus tard, le rover , transporté par , est le premier engin à parcourir la distance d'un marathon (42,1 km) sur un autre corps céleste.

Finalement, l'URSS développe trois missions de retour d'échantillons vers la Lune ayant permis de rapporter 0,3 kg de roches lunaires sur Terre : en 1970, en 1972 et en 1976. Cette dernière est l'ultime mission soviétique vers la Lune.

À la suite de l'engagement de 1961 du président John F. Kennedy puis son célèbre discours où il prononce We choose to go to the Moon en 1962, différents programmes spatiaux sont lancés avec la promesse qu'un américain marchera sur la Lune avant la fin de la décennie,. Parmi eux, le programme Ranger produit les premières photos en gros plan du satellite, le programme Lunar Orbiter cartographie la Lune entière et le programme Surveyor aboutit à l' alunissage de le 2 juin 1966, soit quatre mois après Luna 9,. L'utilisation du terme " atterrissage " est cependant préférée, notamment par le CNRS et l' Académie des Sciences, même dans le cas de la Lune,.

Le programme Apollo est développé en parallèle, stimulé par un potentiel programme lunaire habité soviétique. Après une série de tests sans équipage et avec équipage en orbite terrestre, la première mission humaine en orbite lunaire est réalisée en décembre 1968 par . Les membres de son équipages ( Frank Borman, James Lovell, et William Anders) sont ainsi les premiers humains à apercevoir directement la face cachée de la Lune.

L'atterrissage d' le est considéré comme le point culminant de la course spatiale engagée entre les États-Unis et l' URSS pendant la guerre froide,. À 02h56 UTC, le premier humain à poser le pied la Lune est Neil Armstrong, commandant de la mission, suivi de Buzz Aldrin,. Environ 500 millions de personnes suivent l'événement en mondovision, la plus grande audience télévisée pour une émission en direct à l'époque,.

En 2020, les derniers humains à marcher sur le sol lunaire sont Harrison Schmitt et Eugene Cernan, lors de la mission en ,. Les missions à 17 (sauf , qui annule son atterrissage en cours de mission) prélèvent 380 kg de roche lunaire et de sol en 2 196 échantillons. Des ensembles d'instruments scientifiques sont installés sur la surface lunaire lors du programme Apollo, notamment le Celui-ci comprend des instruments à longue durée de vie, comprenant des sondes de flux thermique, des sismomètres et des magnétomètres. La transmission directe des données vers la Terre prend fin à la fin de 1977 pour des raisons de budget.

Des réflecteurs lunaires sont aussi déposés lors de ces missions afin de mesurer la distance Terre-Lune avec une précision de quelques centimètres grâce à un faisceau laser. Instruments passifs, ils sont quant à eux toujours utilisés. Les sondes soviétiques du programme Lunokhod en déposent également.

Au total, au siècle et jusqu'à nos jours, 24 astronautes ont orbité autour de la Lune et 12 d'entre eux ont marché dessus, tous pendant le programme Apollo,.

La Lune commence à partir de 1974 à être délaissée par les puissances spatiales au profit des autres corps célestes du Système solaire, notamment vers le Système solaire externe pour la NASA avec les programmes Pioneer et , et de la construction de stations spatiales.

Dans les années 1990, la Lune devient la destination principale des sondes des nouvelles nations spatiales qui développent des programmes d'exploration du Système solaire, principalement le Japon, la Chine et l' Inde. Ainsi, le Japon est en 1990 le troisième pays à placer un orbiteur en orbite lunaire, Hagoromo largué par la sonde .

L'intérêt pour la Lune renaît à la suite de deux petites missions de la NASA, Clementine et Lunar Prospector respectivement lancées en 1994 et 1998, qui permettent la réalisation de la première carte topographique quasi globale de la Lune ainsi que la découverte d'un excès d'hydrogène aux pôles lunaires, probablement dû à la présence de glace d'eau dans les cratères d'obscurité éternelle,.

Dans les années 2000, de nombreuses missions vers la Lune sont réalisées par différentes agences spatiales. L' Agence spatiale européenne lance en afin de réaliser une étude des éléments chimiques de la surface lunaire jusqu'à son impact en . L' Agence japonaise d'exploration aérospatiale lance l'orbiteur (ou KAGUYA) en , qui obtient des données de géophysique lunaire et prend le premier film haute définition au-delà de l'orbite terrestre avec une fin de mission en ,. L' Organisation indienne pour la recherche spatiale met sa première sonde en orbite lunaire, Chandrayaan-1, de jusqu'à sa perte de contact en , celle-ci confirmant la présence d' eau sur la Lune,. Chandrayaan-2 est lancée en mais son atterrisseur Vikram échoue à se poser.

L'ambitieux programme chinois d'exploration lunaire (CLEP) débute avec , qui se met en orbite autour de la Lune en jusqu'à son impact lunaire contrôlé en , renvoie une carte complète de la Lune. Sa doublure atteint la Lune en puis devient le premier engin spatial à voyager de l'orbite lunaire au point en , avant de finalement aller réaliser un survol de l'astéroïde 4179 Toutatis en . L' atterrisseur se pose en dans la mer des Pluies puis déploie un rover lunaire nommé . C'est le premier atterrissage sur la Lune depuis en et le premier rover lunaire depuis en . Sa doublure devient la première mission à se poser sur la face cachée de la Lune dans le cratère Von Kármán en et déploie le rover . La mission de retour d'échantillons ramène en les premiers échantillons lunaires depuis en , et accomplit le premier amarrage automatique en dehors de l'orbite terrestre.

Dans les années 2010, la NASA met de nouveau en œuvre des missions vers la Lune. Le Lunar Reconnaissance Orbiter est notamment lancé en avec l'impacteur Si ce dernier achève sa mission avec un impact planifié dans le cratère Cabeus en , le LRO est toujours en activité en fournissant régulièrement une altimétrie lunaire précise - permettant de dresser une carte topographique - et des images haute résolution. Deux autres orbiteurs sont lancés par la NASA en puis en : GRAIL afin d'étudier la structure interne de la Lune et pour étudier l' exosphère lunaire, avec respectivement des fins de mission en décembre 2012 et avril 2014,.

D'autres satellites, comme le Deep Space Climate Observatory situé au point du système Terre-Soleil, fournissent périodiquement des images de la Lune.

La colonisation de la Lune est le projet consistant à installer une voire plusieurs bases permanentes habitées sur la Lune, bien que cela ne soit pas encore envisageable de manière rationnelle,. Une présence humaine au moins temporaire sur un corps planétaire autre que la Terre est déjà un thème récurrent de science-fiction, mais aurait ici un intérêt pratique car la Lune constituerait alors une préparation en vue de voyages plus lointains,.

La NASA commence à planifier la reprise des missions humaines à la suite de l'appel du président américain George W. Bush en avec le programme de politique spatiale Vision for Space Exploration. Une mission humaine sur la Lune avant 2020 est alors prévue. Le programme Constellation est donc financé et des tests débutent sur un véhicule spatial avec équipage appelé Orion ainsi que pour une base lunaire. Le programme est finalement annulé en 2010 par le président Barack Obama pour cause de budget,.

Cependant, à l'instigation du président américain Donald Trump, le retour de l'Homme sur la Lune est remis en avant en , à travers le programme Artemis. Programme spatial habité de la NASA, celui-ci prévoit de poser un équipage d'ici 2024,. Il doit déboucher sur une exploration durable du satellite par l'organisation de missions régulières dont l'aboutissement serait l'installation d'un poste permanent sur la Lune.

Le programme permettrait également de mettre au point les équipements et procédures nécessaires à d'hypothétiques missions habitées vers Mars. Le lanceur lourd Space Launch System (SLS) et le véhicule spatial Orion, dont le développement ont déjà débuté, seront notamment employés. Par ailleurs, une future station spatiale, la , placée en orbite autour de la Lune, doit servir de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Les sites d'atterrissage retenus pour les différentes missions se situent au pôle Sud de la Lune, car les réserves de glace d'eau présentes dans les cratères d'obscurité éternelle présentent un intérêt stratégique dans la perspective de missions de longue durée,.

Bien que les atterrisseurs du programme Luna aient dispersé des fanions aux couleurs de l' URSS sur la Lune et que drapeaux américains et chinois aient symboliquement été plantés sur les sites d'atterrissage de leurs sondes, aucune nation ne revendique la propriété d'une partie de la surface de la Lune,. La Russie, la Chine, l' Inde et les États-Unis sont signataires du traité de l'espace - entré en vigueur le - qui définit la Lune et tout l' espace extra-atmosphérique comme appartenant à l'ensemble de l' humanité. Ce traité limite également l'utilisation de la Lune à des fins pacifiques, interdisant explicitement les installations militaires et les armes de destruction massive, notamment les armes nucléaires.

En 1979, le traité sur la Lune est créé afin de restreindre l'exploitation des ressources naturelles de la Lune par une seule nation. Il est cependant considéré comme un échec car aucune nation disposant de programmes ou de projets de vols spatiaux habités ne le signe. Bien que plusieurs personnes physiques aient revendiqué la Lune en tout ou en partie, aucune de ces revendications n'est considérée comme crédible,.

En , le gouvernement américain autorise la start-up américaine Moon Express à atterrir sur la Lune. C'est la première fois qu'une entreprise privée reçoit ce droit de le faire. La décision est considérée comme un précédent aidant à définir des normes réglementaires pour les activités commerciales dans l'espace lointain à l'avenir, car jusqu'à présent, les activités des entreprises étaient limitées à la Terre ou à ses alentours.

En 2020, le président américain Donald Trump signe un décret intitulé " Encouragement au soutien international pour la récupération et l'utilisation des ressources spatiales " (en anglais : Encouraging International Support for the Recovery and Use of Space Resources). L'ordonnance souligne que les États-Unis ne considèrent pas l'espace comme un bien commun et réitère les critiques faites au traité sur la Lune,.

Un responsable du programme spatial chinois ayant notamment déclaré en 2013 que la Lune contient suffisamment d' hélium 3 pour subvenir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant 10 000 ans grâce à la fusion nucléaire, l'extraction de ressources naturelles sur la Lune pourrait soulever des problèmes géopolitiques,,.

La Lune est reconnue comme un excellent site pour les télescopes,. En effet, elle est relativement proche et la qualité de la visibilité y est excellente en l'absence de pollution lumineuse et d'atmosphère. Aussi, certains cratères proches des pôles étant en permanence dans l'obscurité et dans le froid, ils sont donc particulièrement adaptés pour télescopes infrarouges. Par ailleurs, des radiotélescopes placés sur la face cachée seraient protégés des émissions radios provenant de la Terre,.

Le sol lunaire peut être mélangé avec des nanotubes de carbone et des polyépoxydes afin d'être utilisé dans la construction de miroirs d'un diamètre pouvant atteindre 50 mètres. Un télescope zénithal lunaire pourrait être fabriqué à bas prix avec un liquide ionique.

Ces propriétés sont déjà mises à profit en , lors de la mission Apollo 16, où diverses photos et spectres astronomiques sont réalisés depuis la surface lunaire.

Outre les traces d'activité humaine sur la Lune d'expérimentations réalisées sur place, comme l'Apollo Lunar Surface Experiments Package, des installations permanentes comme des œuvres d'art se trouvent sur le sol lunaire, telles que le Moon Museum, les Messages de bonne volonté d'Apollo 11, les plaques lunaires ou encore le Fallen Astronaut. Restent aussi certains artefacts, comme les célèbres drapeaux des États-Unis plantés lors de chaque mission Apollo. Des effets personnels laissés par les astronautes y sont également toujours présents, comme les balles de golf laissées par Alan Shepard lors de la mission ou une Bible déposée par David Scott lors d'.

Au total, l'exploration spatiale a laissé près de 180 tonnes de matière d'origine terrestre sur la Lune. Les objets les plus lourds sont notamment les troisièmes étages de plusieurs fusées utilisées lors des missions habitées. Mis à part le rover chinois , les seuls objets toujours utilisés pour des expériences scientifiques sont les réflecteurs lunaires permettant de mesurer précisément la distance Terre-Lune,.

En , la NASA annonce que neuf sociétés commerciales seraient en concurrence pour remporter un contrat pour l'envoi de petites charges utiles sur la Lune dans le cadre des Commercial Lunar Payload Services, de nouveaux instruments scientifiques destinés au sol lunaire.

Le contraste entre les plateaux clairs et les mers plus sombre à la surface de la Lune crée des motifs pour l'observateur humain par un phénomène psychologique appelé paréidolie. Ceux-ci sont notés et interprétés par de nombreuses cultures, parmi lesquelles les motifs de l' homme dans la Lune ou du lapin lunaire,. Dans la mythologie chinoise, ce dernier est notamment le compagnon de la déesse de la Lune Chang'e - qui donne son nom aux sondes du programme chinois d'exploration lunaire - et dans la mythologie aztèque, il sert de nourriture à Quetzalcoatl,.

Dans la religion proto-indo-européenne, la Lune est personnifiée comme le dieu masculin . Les anciens Sumériens associent la Lune au dieu Nanna, père d' Ishtar, la déesse de la planète Vénus et d' Utu, le dieu du Soleil. Nanna est plus tard connu sous le nom de Sîn.

Dans la mythologie gréco-romaine, le Soleil et la Lune sont représentés respectivement par un homme et une femme ( Hélios et Séléné pour les Grecs puis Sol et Luna pour les Romains). Il s'agit d'un développement unique à la Méditerranée orientale et les traces d'un dieu lunaire masculin antérieur dans la tradition grecque sont conservées dans la figure de Ménélas.

Dans l'iconographie mésopotamienne, le croissant est le principal symbole de Nanna-Sîn. Dans l' art grec ancien, la déesse de la Lune Séléné est représentée portant un croissant en couvre-chef évoquant des cornes,. L'arrangement d' étoile et de croissant remonte également à l' âge du bronze, représentant l'association soit du Soleil et la Lune, soit de la Lune et de la planète Vénus. Cet arrangement sert à représenter les déesses Artémis ( Diane en mythologie romaine) et Hécate. Via le patronage d'Hécate, il est ensuite utilisé comme un symbole de Byzance, puis est ensuite repris par l' Empire ottoman. Dans la mythologie hindoue, la Lune est une entité masculine et se nomme Chandra.

La Lune tient également un rôle prépondérant dans la culture religieuse musulmane. Non seulement elle est à la base de l'édification du calendrier lunaire musulman, elle est aussi évoquée dans les différentes biographies religieuses de Mahomet dans le cadre du miracle de la division de la lune (en arabe : انشقاق القمر),.

Des légendes concernant la thérianthropie - transformation d'un être humain en un autre animal - sont traditionnellement associée à la Lune. La plus célèbre est celle du lycanthrope, ou loup garou, tirant sa force de la Lune et capable de passer de sa forme humaine à sa forme bestiale pendant les nuits de pleine lune. Des phénomènes comme les éclipses solaires totales créent jusqu'au siècle des mythes et des légendes associés à la disparition du soleil, bien que leur explication soit déjà connue par les érudits.

Les phases régulières de la Lune en font un élément très pratique pour mesurer le temps ; les périodes de son ascension et de son déclin sont en conséquence à la base de nombreux calendriers parmi les plus anciens. Des archéologues estiment que les bâtons de comptage, des os dentelés datant d'il y a 20 à 30 000 ans, marqueraient les phases de la Lune,.

En effet, l'étude des phases de la lune est facile et un cycle de saisons - correspondant à une année - se réalise en environ douze lunaisons (354 jours). Historiquement, les calendriers lunaires sont donc utilisés par les premières civilisations, comme en Mésopotamie et en Égypte antique. Cependant, s'ils sont adaptés à des peuples nomades, ils sont problématiques pour des peuples pratiquant l' agriculture en raison du décalage graduel qu'ils présentent avec les saisons, forçant des ajustements réguliers. Par ailleurs, la définition moderne du mois d'environ 30 jours suit cette tradition et est une approximation du cycle lunaire.

Afin de prendre compte de ce décalage, de nombreux calendriers suivants sont luni-solaires avec, entre autres, les calendriers gaulois de Coligny, hébraïque ou chinois traditionnel,,. Ils ont pour objectif de faire correspondre le cycle des saisons avec celui des mois lunaires, l'astronome grec Méton ayant notamment remarqué au siècle av. J.-C. que 19 années solaires correspondent à 235 mois lunaires, afin de les remettre en phase. Ils restent complexes et les civilisations suivantes leur préféreront rapidement des calendriers solaires.

Le calendrier purement lunaire le plus célèbre est le calendrier hégirien, datant du siècle. Les mois sont alors traditionnellement déterminés par l'observation visuelle du hilal, le premier croissant de lune au-dessus de l'horizon,.

Le nom anglais (" mois ") et ses apparentés dans d'autres langues germaniques proviennent du proto-germanique *mǣnṓth-, indiquant l'utilisation d'un calendrier lunaire chez les Germains avant l'adoption d'un calendrier solaire,. Cela dérive de la racine verbale en indo-européen commun * - " mesurer ", permettant de remonter à une conception fonctionnelle de la Lune comme marqueur du mois et donc du temps. Cela fait écho à l'importance de la Lune dans de nombreuses cultures anciennes pour la mesure du temps comme le latin et grec ancien ( meis) ou ( mēn) signifiant " mois "),. En français, cette racine se trouve notamment dans les mots mois et menstruation (terme dérivé du latin menstrues qui signifie " mensuel "). En chinois et en japonais, le caractère utilisé pour noter le mois dans une date est celui de la Lune ( 月), celui du jour étant celui du Soleil ( 日),.

Le substantif féminin lune provient du latin , attesté depuis Ennius,. Il est ensuite attesté en français dès le siècle, : sa première occurrence connue se trouve dans la Chanson de Roland, datée d'environ .

Un autre terme, *louksnā (" la lumineuse "), est une formation dérivée de *loukís, lūx ( lumière) en latin (apparenté aussi au grec leukos " blanc ") décrit la lune comme un astre lumineux pour la clarté nocturne qu'elle apporte,. Des auteurs tels Varron et Cicéron, faisaient déjà dériver luna du verbe intransitif , signifiant " luire, briller, éclairer " ,.

Les noms des déesses associées au satellite, Luna, Séléné et (nom poétique d'Artémis, son lieu mythique de naissance étant le mont Cynthe) se retrouvent par ailleurs dans des termes astronomiques liés à la Lune tels qu' apolune, péricynthion et orbite sélénocentrique.

Personnalisée par la déesse Luna en mythologie romaine, la Lune donne également son nom au lundi (de lunis dies, en latin, pour " jour de la Lune "),,.

En vexillologie, la pleine lune figure sur des blasons et des drapeaux comme le drapeau du Laos, de la Mongolie ou des Palaos. Aussi, le symbole du croissant et surtout l'association de l' étoile et croissant étant devenus les emblèmes de l' Empire ottoman après avoir été ceux de Byzance, ces motifs figurent sur de multiples drapeaux de pays musulmans dont, entre autres, ceux de la Turquie, la Tunisie, l'Algérie ou le Pakistan,,. Le croissant est également utilisé indépendamment de l' islam, notamment sur le drapeau de Singapour.

En musique, la Lune est une source d'inspiration de nombreuses créations. Des compositions de musique classique y font ainsi directement référence, comme la Sonate au clair de lune (1802) de Ludwig van Beethoven - bien que cette appellation ait été donnée après la mort du compositeur - ou le mouvement Clair de lune (1905) de Claude Debussy,,. Suivent ensuite les ballades (1934) de Richard Rodgers et Lorenz Hart qui connaîtra le succès avec divers interprètes et Fly Me to the Moon qui sera surtout popularisée par Frank Sinatra (1964),

Le satellite est ensuite le thème de nombreuses chansons rock, dont Bad Moon Rising (1969) de Creedence Clearwater Revival, Walking on the Moon (1979) de The Police et Man on the Moon (1992) de R.E.M. ou encore l'album The Dark Side of the Moon (1973) de Pink Floyd,,. En français, la chanson la plus célèbre est J'ai demandé à la Lune (2002) d' Indochine, avec dans un autre registre la comptine Au clair de la lune,.

Le clair de Lune est également célébré par de nombreux poètes et écrivains, parmi lesquels Paul Verlaine, auteur de Clair de lune (1869), lui-même inspiré par l'œuvre de Claude Debussy, et Guy de Maupassant, qui en tire deux nouvelles (1882),.

Finalement, la représentation de la lune dans le ciel terrestre est commune en peinture, surtout chez les romantiques, car sa disparition peut évoquer le passage de la vie à la mort ou un destin malheureux,,.

Au siècle, Lucien de Samosate écrit le récit de voyage satirique et imaginaire Histoires vraies, dans lequel les héros se rendent sur la Lune et rencontrent ses habitants les Sélénites, nommés d'après Séléné. Ce récit est régulièrement cité comme un précurseur voire comme la première œuvre de science-fiction de l'histoire,,.

À la Renaissance, d'autres écrits de " proto science-fiction " voient le jour, parmi lesquels Le Songe ou l'Astronomie lunaire (1608) de Johannes Kepler ou Histoire comique des États et Empires de la Lune (vers 1650) de Cyrano de Bergerac, contant là encore les trajets d'hommes vers la Lune, le dernier évoquant même une sorte de fusée,,.

Au siècle, Edgar Allan Poe publie un canular journalistique d'un homme se rendant vers la Lune en ballon, Aventure sans pareille d'un certain Hans Pfaall (1835). Cependant, le romancier de science-fiction le plus célèbre du siècle est Jules Verne, notamment auteur de De la Terre à la Lune (1865) puis Autour de la Lune (1869),. L'autre père fondateur du genre, H. G. Wells, publie quant à lui Les Premiers Hommes dans la Lune en 1901,,.

À partir du siècle, le sujet commence à atteindre une popularité considérable et de nombreux auteurs y font référence, entre autres dans Une femme dans la Lune (1928) de Thea von Harbou, Lumière cendrée (1955) d' Arthur C. Clarke, Menace dans le ciel (1960) d' Algis Budrys et Révolte sur la Lune (1966) de Robert A. Heinlein,.

En bande dessinée, Hergé marque le genre avec Objectif Lune (1953) puis On a marché sur la Lune (1954),. Dans les comics américains, la lune est souvent un lieu de combats (c'est là que Jean Grey meurt et qu'ainsi se conclut l'un des récits les plus marquants des ) ou bien sert de base pour des personnages (dans l'univers Marvel, Uatu y observe la Terre).

Par ailleurs, la Lune est un thème majeur au cinéma, et ce dès ses débuts,. Ainsi, le premier film de science-fiction de l'histoire, Le Voyage dans la Lune (1902) de Georges Mélies est centré sur l'astre et aborde déjà le sujet d'une équipe d'explorateurs la visitant et rencontrant ses habitants mythiques, les mêmes Sélénites que ceux évoqués par Lucien de Samosate,,. Le roman de Thea von Harbou est également adapté en film muet par Fritz Lang dans La Femme sur la Lune (1929),.

Après la Seconde Guerre mondiale, alors que la réalité géopolitique développe l'intérêt pour l'astre, le nombre de films augmente ; ainsi sortent Destination... Lune ! (1950) d' Irving Pichel et les adaptations De la Terre à la Lune (1958) de Byron Haskin, puis Les Premiers Hommes dans la Lune (1964) de Nathan Jura.

L' exploration spatiale développe considérablement le genre des films liés à la Lune, souvent tirés de faits réels, comme (1995) de Ron Howard ou First Man : Le Premier Homme sur la Lune (2018) de Damien Chazelle, s'inspirant directement des missions de la NASA,. Des films de pure science-fiction sont également réalisés, de façon centrée dans (2009) de Duncan Jones ou en tant que décor dans 2001, l'Odyssée de l'espace (1968) de Stanley Kubrick,.

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Lune

Pleine lune en Amérique du Nord.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

384 399 km
(0,002 57 au)

Apogée

406 300 km
(0,002 7 au)

Périgée

356 700 km
(0,002 4 au)

Circonférence orbitale

2 449 000 km

Période de révolution

27,321 582 d
(27 j 7 h 43.1 min)

Période synodique

29,530 589 d

Vitesse orbitale moyenne

1,022 km/s

Vitesse orbitale maximale

1,052 km/s

Vitesse orbitale minimale

0,995 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

5,145 °

Satellite de

la Terre

Désignation systématique

Terre I

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

1 737,4 km
(0,273 Terre)

Rayon polaire

1 735,97 km
(0,273 Terre)

Périmètre équatorial

10 921 km
(0,273 Terre)

Superficie

37 871 220,85 km²
(0,074 Terre)

Volume

2,195 8 × 10 ¹⁰ km³
(0,020 Terre)

Masse

7,347 7 × 10 ²² kg
(0,012 3 Terre)

Masse volumique globale

3,346 4 × 10 ³ kg/m³

Gravité de surface

1,622 m/s²
(0,165 4 g)

Vitesse de libération

2,38 km/s

Période de rotation
(jour sidéral)

27,321 582 d

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

16,657 2 km/h

* Maximum

396 K (123 °C)

* Moyenne

200 K (−73 °C)

* Minimum

40 K (−233 °C)

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

10 −10 Pa

La Lune, ou , est l'unique satellite naturel permanent de la planète Terre. Il s'agit du cinquième plus grand satellite naturel du Système solaire, et du plus grand des satellites planétaires par rapport à la taille de la planète autour de laquelle il orbite. Elle est le deuxième satellite le plus dense du Système solaire après Io, un satellite de Jupiter.

La Lune est en rotation synchrone avec la Terre, lui montrant donc constamment la même face. Celle-ci, appelée face visible, est marquée par des mers lunaires volcaniques sombres qui remplissent les espaces entre les hautes terres claires et ses cratères d'impact proéminents. Réciproquement, elle possède une face cachée, qui présente moins de mers mais beaucoup plus de cratères, dont le bassin Pôle Sud-Aitken, le plus grand du satellite et l'un des plus grands du Système solaire par son diamètre de 2 500 km. Elle est dépourvue d' atmosphère dense et de champ magnétique. Son influence gravitationnelle sur la Terre produit les marées océaniques, les marées terrestres, un léger allongement de la durée du jour et la stabilisation de l' inclinaison de l'axe terrestre.

La distance orbitale moyenne de la Lune est de 384 402 km, soit environ trente fois le diamètre terrestre, et sa période de révolution vaut 27,3 jours. La taille apparente de la Lune dans le ciel est approximativement la même que celle du Soleil, puisque le diamètre de l' étoile est environ 400 fois celui du satellite, mais qu'elle est également 400 fois plus éloignée. Par conséquent, la Lune peut couvrir presque exactement le Soleil dans le ciel, permettant l'apparition d' éclipses solaires totales. Cette correspondance de taille apparente disparaîtra dans un avenir lointain du fait de l'augmentation de la distance lunaire d'environ 3,8 cm par an. La formation de la Lune remonterait à il y a environ 4,51 milliards d'années, peu de temps après celle de la Terre. L'explication la plus largement acceptée est que la Lune s'est formée à partir des débris restants après un impact géant entre une proto-Terre et une protoplanète de la taille de Mars, appelée Théia.

La Lune est survolée pour la première fois par la sonde spatiale en 1959. Durant plus d'une décennie, elle est notamment étudiée par les programmes et , respectivement soviétique et américain. Cette course à l'espace culmine en 1969 avec les premiers humains posant le pied sur la Lune lors de la mission emportant Neil Armstrong et Buzz Aldrin. Dix autres astronautes de la NASA foulent ensuite le sol lunaire jusqu'à en 1972. Ces missions permettent de ramener sur Terre des roches lunaires qui, avec les observations effectuées sur place, permettent de développer la connaissance géologique de la Lune, de sa structure interne et de l'histoire de sa formation. Délaissée à partir de 1974 par les puissances spatiales, l'astre connaît un nouvel intérêt dans les années 1990, deux missions de la NASA - Clementine et Lunar Prospector - découvrant des indices de la présence de glace d'eau, notamment au pôle Sud. À compter de la fin des années 1990, la Lune est la destination principale des sondes spatiales des nouvelles nations spatiales, notamment la Chine, le Japon et l' Inde. De nouvelles missions habitées vers la Lune, voire une colonisation, sont envisagées dans les années 2020.

En sa qualité de deuxième objet céleste dans le ciel terrestre par sa magnitude apparente, après le Soleil, et du fait de son cycle régulier de phases correspondant à sa période synodique de 29,5 jours, la Lune sert de référence et d'influence culturelle aux sociétés humaines depuis des temps immémoriaux. Celles-ci se retrouvent dans la langue, les calendriers, l' art et la mythologie.

La Lune est un sphéroïde en raison de l'étirement créé par les forces de marée, son grand axe étant déplacé de 30° par rapport à la Terre en raison d'anomalies gravitationnelles causées par ses bassins d'impact.

Sa forme est plus allongée que ce que les forces de marée actuelles peuvent expliquer. Ce " renflement fossile " suggère que la Lune s'est solidifiée lorsqu'elle orbitait à une distance moitié moindre de celle actuelle avec la Terre et qu'elle serait à présent trop froide pour que sa forme ne s'adapte à ce changement d'orbite. Son rayon équatorial est de 1 738,1 km et son rayon polaire de 1 736,0 km, ce qui lui confère un aplatissement de 0,001, trois fois plus faible que celui de la Terre. Son rayon moyen est de 1 737,4 km, ce qui correspond à 27 % du rayon terrestre environ.

Sa masse étant de 7,346 × 10 ²² kg, soit un peu plus d'un pour cent de la masse terrestre, la gravité de surface subie sur la Lune est bien plus faible que celle sur Terre : avec 1,62 m/s ², elle est six fois plus petite. Ainsi, même si sa masse reste constante, un être humain sur la Lune voit son poids divisé par six ; de même, porter une combinaison spatiale de 90 kg est équivalent à la sensation de porter une combinaison de 15 kg sur Terre. Par ailleurs, la vitesse de libération sur la Lune est plus faible que celle de la Terre, à 2,38 km/s contre 11,2 km/s. Le champ gravitationnel de la Lune est mesuré en suivant l' effet Doppler des signaux radio émis par les appareils en orbite. Les principales caractéristiques de la gravité lunaire sont les réplétions (ou mascons), de grandes anomalies gravitationnelles positives associées à certains des bassins d'impact géants, en partie causées par les coulées de lave basaltique dense qui remplissent les mers lunaires,,. Ces anomalies influencent grandement l'orbite des engins spatiaux autour de la Lune. Cependant, les coulées de lave ne peuvent à elles seules expliquer toute la signature gravitationnelle ; des concentrations de masse indépendantes du volcanisme des mers ont été identifiées,.

La Lune est un corps différencié, structuré en une croûte, un manteau et un noyau distincts. Il s'agit du deuxième satellite naturel le plus dense du Système solaire après Io, un des satellites de Jupiter,. Cependant, son noyau (probablement constitué de fer métallique allié à une petite quantité de soufre et de nickel) ne fait qu'environ 350 kilomètres de rayon au plus, soit 20 % du rayon de la Lune. Les analyses des variations de la rotation de la Lune indiquent qu'il est au moins partiellement fondu et qu'il serait ainsi solide jusqu'à 240 km du centre puis liquide jusqu'à un peu plus de 300 km,.

Autour du noyau se trouve une couche limite de roches partiellement fondues jusqu'à environ 500 km du centre,. Au-delà de cette couche se trouvent le manteau et la croûte, tous deux formés de roches solides mais de compositions chimiques et minéralogiques différentes. La croûte, épaisse d'environ 50 kilomètres en moyenne, affleure dans les " terres " ; elle est présente aussi dans les " mers ", mais recouverte par d'épaisses couches de lave,.

L'origine de cette structure interne serait la cristallisation fractionnée d'un océan magmatique lunaire peu après la formation de la Lune, il y a 4,5 milliards d'années. Le refroidissement de cet océan magmatique aurait d'abord produit la précipitation et la sédimentation de cristaux d' olivine, de clinopyroxène et d' orthopyroxène formant un manteau mafique puis, après qu'environ les trois quarts de l'océan magmatique se sont cristallisés, la formation et la flottation de cristaux de plagioclase sont à l'origine de la croûte,. Les derniers liquides à cristalliser, pris entre la croûte et le manteau, auraient été fortement enrichis en éléments incompatibles, parmi lesquels des éléments radioactifs KREEP producteurs de chaleur,. Cependant, ce modèle n'explique pas complètement les caractéristiques observées de la composition de la surface, notamment des dissymétries de la répartition du thorium entre les faces visibles et cachées,.

La cartographie géochimique de la surface lunaire, réalisée à partir des orbiteurs, est en accord avec cette perspective : la surface des hauts plateaux (" terres "), représentative de la croûte, est principalement constituée d' anorthosites, des roches ignées principalement composées de plagioclase ; celle des " mers ", comme celle des échantillons de roches lunaires recueillis sur place, sont des laves de composition mafique, plus riches en fer que les basaltes terrestres.

Le magnétomètre MAG et le réflectomètre d'électrons du Lunar Prospector permettent en 2008 d'obtenir la première carte complète des champs magnétiques lunaires. Elle révèle que les bassins d'impacts dominent la distribution de ces champs, les plus faibles (inférieurs à 0,2 nT) se trouvant dans les bassins les plus grands et les plus récents, Mare Orientale et Mare Imbrium, tandis que les champs les plus forts (supérieurs à 40 nT) sont mesurés au-dessus des surfaces diamétralement opposées à ces mêmes bassins. Les plus forts champs relevés correspondent à moins d'un centième du champ magnétique terrestre.

Une partie de la magnétisation peut provenir de champs magnétiques transitoires générés lors d'impacts importants. Ces impacts créent l'expansion d'un nuage de plasma lors de l'impact, générant un champ magnétique ambiant. Ceci est confirmé par l'emplacement apparent des plus grandes magnétisations de la croûte près des antipodes des bassins d'impact géants. Cependant, la majeure partie de la magnétisation est héritée d'une époque où la Lune possédait un champ magnétique global, à l'instar de la Terre et d'autres planètes.

La présence d'un champ magnétique global peu après la formation de la Lune est attestée par l' aimantation rémanente de ses roches les plus anciennes. L'étude détaillée d'un échantillon de troctolite vieux de 4,25 ramené lors des missions Apollo démontre l'existence d'un paléo-champ d'une intensité de 20 à 40 - donc très comparable à celle du champ magnétique terrestre actuel - qui aurait progressivement décliné et qui se serait terminé au moins après il y a 2,5 Ga. Ce résultat confirme la présence d'un effet dynamo à cette époque, mais ne permet pas d'en connaître précisément le mécanisme ( convection thermique ou solutale, notamment),.

Les études paléomagnétiques menées de 2009 à 2014 montrent qu'une dynamo lunaire a fonctionné entre au moins 4,25 et 1,92 Ga et qu'une période de champ élevé (avec une intensité moyenne du champ d'environ 77 μT en surface) a perduré entre 3,85 et 3,56 Ga, suivie d'une baisse de l'intensité de surface jusqu'en dessous de 4 μT vers 3,19 Ga. Deux études ultérieures, en 2017 et 2020, montrent que la baisse d'un ordre de grandeur des paléointensités lunaires entre 3,56 et 3,19 Ga a été suivie d'une période de champ bas (intensités du champ de surface de l'ordre de 5 μT) puis d'une seconde et dernière période de déclin entre 1,92 et 0,8 Ga, qui s'est terminée par l'arrêt de la dynamo lunaire, signe d'une cristallisation complète du noyau lunaire. Deux hypothèses sont proposées pour expliquer la succession de deux périodes stables, l'une à champ haut et la suivante à champ bas : (1) deux mécanismes de dynamo distincts ont pu fonctionner, le premier générant un champ fort jusqu'à son effondrement et le second maintenant un champ faible, ou bien (2) un unique mécanisme de dynamo était bistable, passant d'un état de champ élevé à un état de champ bas.

La topographie de la Lune, aussi appelée sélénographie, est mesurée par altimétrie laser et stéréoscopie,. Son relief le plus visible est le bassin Pôle Sud-Aitken, d'un diamètre d'environ 2 500 km, le plus grand cratère de la Lune et un des plus grands cratères d'impact du Système solaire, dont le choc aurait fait basculer l' axe de rotation de l'astre de 15°,,,. D'une profondeur de 13 km, son plancher est le point le plus bas de la surface de la Lune,. Les altitudes les plus élevées de la surface sont situées directement au nord-est, et il est suggéré que ces reliefs pourraient avoir été épaissis par l'impact légèrement oblique ayant formé le bassin. D'autres grands bassins d'impact, tels que les mers des Pluies, de la Sérénité, des Crises, Smythii et Orientale, possèdent également des élévations régionales basses et des bords surélevés. La surface de la face cachée de la Lune est en moyenne environ 1,9 km plus haute que celle de la face visible.

La découverte d' escarpements de failles par le Lunar Reconnaissance Orbiter suggère que la Lune s'est rétrécie d'environ 90 mètres au cours du dernier milliard d'années. Des caractéristiques de contraction similaires existent sur Mercure. Une étude menée en 2019 sur plus de 12 000 images prises par l'orbiteur montre que la Mare Frigoris, un vaste bassin près du Pôle Nord lunaire et supposé géologiquement mort, se craquelle et se déplace. Comme la Lune ne possède pas de plaques tectoniques, son activité tectonique est lente et des fissures se développent au fur et à mesure qu'elle perd de la chaleur interne.

Le point de référence des coordonnées sélénographiques est le petit cratère Mösting A, défini comme ayant les coordonnées (). D'une façon générale, le premier méridien de la Lune correspond au centre du disque lunaire vu depuis la Terre, l' UAI recommandant comme axe la direction moyenne du centre de la Lune au centre de la Terre,.

Les plaines lunaires sombres et relativement dénuées de caractéristiques, clairement visibles à l'œil nu depuis la Terre, sont appelées " mers ", car on croyait autrefois qu'elles étaient remplies d' eau. Elles sont maintenant connues comme de vastes bassins solidifiés de lave basaltique ancienne. Bien que semblables aux basaltes terrestres, les basaltes lunaires contiennent plus de fer et aucun minéral altéré par l'eau. La majorité de ces laves a fait éruption ou s'est écoulée dans des dépressions associées à des bassins d'impact. Plusieurs provinces géologiques contenant des volcans boucliers et des dômes lunaires volcaniques se trouvent à l'intérieur des " mers " de la face visible.

Presque toutes les mers se trouvent sur la face visible de la Lune et couvrent 31 % de la surface sur cette face, contre 2 % de la face cachée. D'après les cartes géochimiques obtenues par le spectromètre gamma de Lunar Prospector, il est estimé que cela est dû à une concentration d'éléments produisant de la chaleur - aussi appelés KREEP - sous la croûte de la face visible qui auraient causé le réchauffement, la fonte partielle, la remontée à la surface et l'éruption du manteau sous-jacent,,. La plupart des basaltes des mers lunaires ont fait éruption pendant l' Imbrien supérieur, il y a 3,0 à 3,5 milliards d'années, même si certains échantillons datés par radiométrie pourraient être aussi vieux que 4,2 milliards d'années.

Datées par le dénombrement des cratères, les éruptions les plus récentes sur la Lune ont longtemps été évaluées à il y a environ 1,2 milliard d'années. Cependant, en 2006, une étude du cratère Ina - une minuscule dépression de Lacus Felicitatis - montre des caractéristiques déchiquetées et relativement exemptes de poussière qui, en raison de l'absence d'érosion par les retombées de débris, semblaient n'avoir que quelques millions d'années, même si cette datation ne fait pas consensus. Les tremblements de lune et les rejets de gaz indiquent également une certaine activité lunaire continue,. En 2014, la NASA annonce avoir découvert " de nombreuses preuves d'un volcanisme lunaire récent " dans 70 parcelles irrégulières de mers identifiées par le Lunar Reconnaissance Orbiter , dont certaines datent de moins de 50 millions d'années. Cela soulève la possibilité que le manteau lunaire soit beaucoup plus chaud que pensé auparavant, notamment en ce qui concerne la face visible où la croûte profonde est beaucoup plus chaude à cause de la plus grande concentration d'éléments radioactifs,,,. Peu auparavant, des preuves de volcanisme basaltique vieux de 2 à 10 millions d'années à l'intérieur du cratère Lowell - situé dans la Mare Orientale, au niveau de la zone de transition entre les faces visible et cachée - sont rapportées. Un manteau initialement plus chaud potentiellement associé à un enrichissement local d'éléments KREEP dans le manteau pourrait être responsable d'activités volcaniques prolongées également de l'autre côté du bassin oriental,.

Les régions plus claires de la Lune sont appelées terrae, ou plus communément hautes terres parce qu'elles ont une altitude plus élevée que la plupart des mers. Elles sont datées, par radiométrie, comme ayant été formées il y a 4,4 milliards d'années et pourraient représenter des cumulats de plagioclases de l' océan magmatique lunaire,. Contrairement à la Terre, aucune montagne lunaire majeure ne se serait formée à la suite d'événements tectoniques.

La concentration de mers sur la face visible reflète probablement une croûte beaucoup plus épaisse des hautes terres de la face cachée, qui pourrait s'être formée lors de l'impact à faible vitesse d'une seconde lune de la Terre quelques dizaines de millions d'années après la formation de la Lune,.

La surface lunaire présente également de nombreux cratères d'impact. L'absence d'atmosphère, d'écoulements liquides en surface, de conditions météorologiques et de processus géologiques récents pour créer de l' érosion font que beaucoup de ces cratères sont bien préservés. Les cratères se forment lorsque des astéroïdes et des comètes entrent en collision avec le satellite. On en dénombre environ 300 000 d'une largeur d'au moins un kilomètre sur la face visible seule. Les périodes de l' échelle des temps géologique lunaire sont nommées d'après les événements d'impact les plus importants s'y étant déroulés, comme le Nectarien d'après la Mare Nectaris ou l' Imbrium d'après la Mare Imbrium . Comme la , ces structures sont caractérisées par de multiples anneaux de matériaux soulevés sur un diamètre de plusieurs centaines voire milliers de kilomètres et associés à un large tablier de dépôts d'éjectas qui forment une stratigraphie régionale. D'autres cratères plus petits comme Ératosthène et Copernic sont caractéristiques de périodes ultérieures et ont ainsi donné leur nom à l' Ératosthénien et au Copernicien.

Bien que seuls quelques bassins aient été datés avec certitude, ils sont utiles pour attribuer des âges relatifs. Comme les cratères d'impact s'accumulent à un rythme presque constant, le comptage du nombre de cratères par unité de surface est utilisé pour estimer l'âge de la surface. Par ailleurs, les âges radiométriques des roches fondues à l'impact recueillies lors des missions Apollo se situent entre 3,8 et 4,1 milliards d'années : elles sont un des principaux arguments de l'existence d'un grand bombardement tardif,.

La croûte lunaire est recouverte d'une couche en surface très fragmentée et labourée par les impacts, appelée régolithe, formée par les processus d'impact. Le régolithe le plus fin, constituant le sol lunaire en verre de dioxyde de silicium, possède une texture ressemblant à de la neige et un parfum ressemblant à de la poudre noire. Le régolithe des surfaces plus anciennes est en général plus épais que celui des surfaces plus jeunes : son épaisseur varie de 10 à 20 km dans les hautes terres et de 3 à 5 km dans les mers. Sous la couche de régolithe finement hachée se trouve le mégarégolithe, une couche de substrat rocheux très fracturé épaisse de plusieurs kilomètres.

La comparaison des images haute résolution obtenues par le Lunar Reconnaissance Orbiter montre un taux d'apparition des cratères significativement plus élevé que précédemment estimé. Ainsi, il est supposé qu'un processus de cratérisation secondaire causé par des éjectas projetés à chaque impact remuent les deux premiers centimètres du régolithe cent fois plus rapidement que les modèles précédents le suggéraient, avec une échelle de temps de l'ordre de 81 000 ans,.
Millions d'années avant nos jours
Tourbillons lunaires

Les tourbillons lunaires sont des formations brillantes énigmatiques observées à la surface de la Lune. Ils possèdent un albédo élevé, des caractéristiques optiques similaires à celles d'un régolithe relativement jeune et en majorité une forme sinueuse. Cette forme est souvent accentuée par des régions de faible albédo qui serpentent entre les tourbillons brillants,.

L' eau liquide ne peut pas persister à la surface de la Lune. Lorsqu'elle est exposée au rayonnement solaire, l'eau se dissocie rapidement par photolyse puis est emportée dans l'espace. Cependant, depuis les années 1960, les scientifiques émettent l'hypothèse que de la glace d'eau pourrait être déposée par des comètes voire être produite par la réaction de roches lunaires riches en oxygène et d' hydrogène provenant du vent solaire, laissant des traces d'eau pouvant éventuellement persister dans les cratères d'obscurité éternelle au niveau des deux pôles lunaires,. Des simulations numériques suggèrent que jusqu'à 14 000 de la surface du satellite seraient constamment dans l'ombre. La présence de quantités d'eau utilisables sur le satellite est un facteur important afin d'envisager une colonisation de la Lune de façon rentable. En effet, l'alternative consistant à transporter de l'eau depuis la Terre serait d'un coût prohibitif.

En 1994, l'expérience radar réalisée à bord de l'orbiteur Clementine rapporte l'existence de petites poches d'eau gelée près de la surface. Cependant, des observations radar ultérieures depuis le radiotélescope d'Arecibo suggèrent que ces découvertes seraient plutôt des roches éjectées lors de la formation de jeunes cratères d'impact. En 1998, le spectromètre à neutrons de Lunar Prospector révèle la présence de fortes concentrations d'hydrogène dans le premier mètre de profondeur du régolithe près des régions polaires. Des perles de lave volcaniques, ramenées sur Terre lors de la mission , présentent après recherches de petites quantités d'eau en leur intérieur.

La sonde Chandrayaan-1, lancée en 2008, confirme l'existence de glace d'eau à la surface grâce à son module embarqué Moon Mineralogy Mapper. Le spectromètre observe des raies d'absorption correspondant à l' hydroxyle dans la lumière solaire réfléchie, indiquant la présence de grandes quantités de glace d'eau à la surface lunaire. Les données indiquent des concentrations de l'ordre de 1 000 ppm. En 2009, le envoie un impacteur de 2 300 kg dans un cratère d'obscurité éternelle et détecte au moins 100 kg d'eau dans un panache de matériaux éjectés,,. Un autre examen des données du LCROSS révèle que la quantité d'eau détectée est plus proche de 155 ± 12 kg. En mai 2011, la détection de 615 à 1 410 ppm d'eau dans les inclusions magmatiques de l'échantillon lunaire 74220 est annoncée. Il s'agit du " sol orange " à haute teneur en titane d'origine volcanique recueilli lors de la mission en 1972. Cette concentration est comparable à celle du magma dans le manteau supérieur de la Terre,.

L'analyse des résultats du Moon Mineralogy Mapper (M3) apporte en août 2018 pour la première fois la confirmation de la présence de glace d'eau à la surface de la Lune,,. Les données révèlent les signatures réfléchissantes distinctes de la glace d'eau, par opposition à celles de la poussière et d'autres substances réfléchissantes. Les dépôts de glace se trouvent. sur les pôles Nord et Sud, bien qu'ils soient plus abondants au Sud, où les cratères d'obscurité éternelle sont plus répandus,.

En octobre 2020, des astronomes signalent avoir détecté de l'eau sur la surface éclairée par le Soleil de la Lune par plusieurs engins spatiaux indépendants, dont l' Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge (SOFIA),,.

L' inclinaison de l'axe de la Lune par rapport à l' écliptique n'est que de 1,5424°, soit beaucoup moins que les 23,44° de la Terre. Pour cette raison, l'éclairement solaire de la première varie beaucoup moins selon les saisons, et les détails topographiques jouent un rôle crucial dans les effets saisonniers.

D'après les images prises par Clementine en 1994, quatre régions montagneuses au bord du cratère Peary, près du pôle Nord de la Lune, pourraient rester illuminées pendant toute la journée lunaire, créant ainsi des pics de lumière éternelle. De telles régions n'existent pas au pôle Sud. De même, il y existe des endroits qui restent dans l'ombre permanente au fond de nombreux cratères polaires, impliquant que ces " cratères d'obscurité éternelle " sont extrêmement froids. Le Lunar Reconnaissance Orbiter mesure les températures estivales les plus basses dans les cratères du pôle Sud à et seulement 26 K (−247 °C) vers le solstice d'hiver dans le cratère Hermite au pôle Nord. C'est la température la plus basse du Système solaire jamais mesurée par un engin spatial, inférieure même à celle de la surface de Pluton.

Les températures moyennes de la surface de la Lune diffèrent grandement en fonction du moment de la journée pour les régions considérées : jusqu'à environ 400 K (127 °C) lorsqu'elles sont exposées aux rayons solaires à l'équateur et jusqu'à 100 K (−173 °C) lorsqu'elles sont à l'ombre,,.

Composition actuelle

L' atmosphère de la Lune est si ténue que sa masse totale est inférieure à 10 tonnes, soit une densité correspondant presque à du vide : la pression superficielle de cette petite masse est d'environ 3 × 10 −15 (0,3 ), celle-ci variant avec le jour lunaire. Ses sources sont notamment le dégazage et la pulvérisation cathodique, un produit du bombardement du sol par les ions du vent solaire. On trouve parmi les éléments détectés le sodium et le potassium, produits par pulvérisation cathodique et également présents dans les atmosphères de Mercure et de Io ; l' hélium 4 et le néon provenant du vent solaire ; et l' argon 40, le radon 222 et le polonium 210, dégazés après leur création par désintégration radioactive dans la croûte et le manteau. L'absence d'espèces neutres ( atomes ou molécules) comme l' oxygène, l' azote, le carbone, l' hydrogène et le magnésium, qui sont pourtant présentes dans le régolithe n'est pas expliquée. De la vapeur d'eau est présente en quantités variables en fonction de la latitude, avec un maximum à environ 60-70°. Elle est probablement produite par la sublimation de la glace d'eau du régolithe. Ces gaz retournent vers la surface en raison de la gravité de la Lune ou sont perdus dans l'espace, soit par la pression du rayonnement solaire, soit - s'ils sont ionisés - en étant emportés par le champ magnétique du vent solaire.

Un nuage de poussière lunaire asymétrique permanent existe autour de la Lune, créé par de petites particules de comètes. Il est estimé que 5 tonnes de ces dernières frappent la surface toutes les 24 heures et éjectent cette poussière. Celle-ci reste en suspension pendant environ 10 minutes, prenant 5 minutes pour se lever et 5 minutes pour tomber. En moyenne, 120 kilogrammes de poussière sont présents en permanence au-dessus de la Lune, s'élevant jusqu'à 100 kilomètres de la surface. Les mesures de la poussière sont effectuées par l'expérience LDEX ( Lunar Dust EXperiment) du , à entre 20 et 100 kilomètres de la surface pendant une période de six mois,. Le LDEX détecte en moyenne une particule de poussière lunaire de 0,3 micromètre par minute. Le comptage des particules de poussière culmine pendant les pluies de météores des Géminides, des Quadrantides et des Taurides notamment, lorsque la Terre et la Lune traversent des débris de comètes. Les nuages sont asymétriques, plus denses près de la limite entre le côté jour et le côté nuit de la Lune,.

En octobre 2017, des scientifiques du Centre de vol spatial Marshall et du Lunar and Planetary Institute de Houston annoncent avoir découvert à partir d'études d'échantillons de magma de la Lune, prélevés lors des missions Apollo, que la Lune aurait possédé une atmosphère relativement épaisse pendant une période de 70 millions d'années il y a trois ou quatre milliards d'années,. Cette atmosphère, provenant de gaz éjectés lors d'éruptions volcaniques lunaires, était deux fois plus épaisse que celle trouvée actuellement sur la planète Mars. L'ancienne atmosphère lunaire aurait progressivement été dépouillée par le vent solaire puis dissipée dans l'espace,.

La Lune commence à se former il y a 4,51 milliards d'années, de 30 à 60 millions d'années après la formation du Système solaire,. Plusieurs mécanismes de formation sont proposés, parmi lesquels la séparation de la Lune à partir de la croûte terrestre par la force centrifuge (ce qui exigerait une vitesse de rotation initiale de la Terre trop élevée),, la capture gravitationnelle d'une Lune préformée (ce qui nécessiterait cependant une atmosphère terrestre étendue irréaliste pour dissiper l'énergie de la Lune de passage), et la co-formation de la Terre et de la Lune dans le disque d'accrétion primordial (ce qui ne peut pas expliquer la disparition des métaux dans la Lune),,. Ces hypothèses ne peuvent pas non plus expliquer le moment cinétique élevé du système Terre-Lune.

Pour l'hypothèse dominante, le système Terre-Lune s'est formé après l'impact d'une protoplanète ayant une taille similaire à celle de Mars (nommée Théia, la mère de Séléné dans la mythologie grecque) avec la proto-Terre ; elle est appelée l' hypothèse de l'impact géant,,. L'impacteur, la croûte et une partie du manteau terrestre se disloquent et projettent une grande quantité de débris en orbite autour de la Terre. La Lune se forme ensuite par accrétion d'une partie de ce nuage de débris en un temps très court, de l'ordre d'un siècle,. L'impact aurait libéré beaucoup d' énergie, faisant fondre la couche externe de la Terre, et a ainsi formé un océan de magma,. De même, la Lune nouvellement formée aurait possédé un océan magmatique lunaire d'une profondeur estimée à au moins plusieurs centaines de kilomètres,.

Bien que l'hypothèse de l'impact géant puisse expliquer de nombreux paramètres, certains éléments ne sont pas expliqués, notamment en ce qui concerne les compositions isotopiques proches de la Lune et de la Terre, son volcanisme relativement récent, ou l'existence passée d'un champ magnétique planétaire. En effet, la mesure en 2001 des signatures isotopiques des roches lunaires du programme Apollo révèle qu'elles présentent la même signature isotopique que les roches terrestres, les distinguant donc de presque tous les autres corps du Système solaire. Cette observation est inattendue car on supposait alors que la plupart des matériaux qui ont formé la Lune provenaient de Théia ; or il est ensuite annoncé en 2007 qu'il y a moins d'un pour cent de chances que Théia et la Terre aient des signatures isotopiques identiques par ce biais. D'autres échantillons lunaires d' Apollo étudiés en 2012 comportent la même composition en isotopes de titane que la Terre, ce qui est en conflit avec ce qui est attendu si la Lune s'était formée loin de la Terre ou était issue de Théia,.

Ces écarts peuvent s'expliquer par des variations de l'hypothèse de l'impact géant. Des modèles alternatifs ont notamment proposé une série d'impacts moins cataclysmiques ou la formation d'une synestia - un nuage torique de gaz et de fragments rocheux.

La Lune effectue une orbite complète autour de la Terre par rapport aux étoiles fixes environ une fois tous les 27,3 jours - sa période de révolution ou période sidérale. Cependant, comme la Terre se déplace simultanément sur son orbite autour du Soleil, il faut environ deux jours de plus avant que la Lune ne montre la même phase à la Terre, soit 29,5 jours - sa période synodique,,.

Contrairement à la plupart des satellites naturels des autres planètes, elle orbite plus près du plan de l'écliptique que du plan équatorial de la planète,. Son orbite est subtilement perturbée par le Soleil et la Terre en de nombreuses différentes façons. Par exemple, le plan de l'orbite de la Lune tourne graduellement tous les 18,61 ans, ce qui affecte d'autres aspects du mouvement lunaire. Ces effets consécutifs sont mathématiquement décrits par les lois de Cassini,.

Par ailleurs, la Lune est le seul satellite naturel permanent de la Terre. Il existe un certain nombre d' objets géocroiseurs comme (3753) Cruithne qui coorbitent avec la Terre : leurs orbites les rapprochent de la Terre à un intervalle régulier, mais s'altèrent sur le long terme,. Ce sont des quasi-satellites et non des satellites naturels car ils n'orbitent pas autour de la Terre mais autour du Soleil, l'existence d' autres lunes de la Terre n'étant pas confirmée. Cependant, certains de ces astéroïdes peuvent devenir parfois pendant quelques mois - voire quelques années -des satellites temporaires de la Terre. Seul est connu pour avoir été dans ce cas, entre 2006 et 2007,.

La trajectoire de la Lune dans un repère lié au Soleil a la particularité d'être entièrement concave, sans boucles ni points d'inflexion. C'est le seul cas parmi tous les satellites connus, naturels ou artificiels.

La Lune est en rotation synchrone autour de la Terre : sa période de rotation est égale à sa période de révolution. Elle présente donc toujours le même hémisphère nommé " face visible de la Lune " à un observateur terrestre, l'hémisphère opposé étant en conséquence appelé " face cachée de la Lune ". Cependant, en raison de l'effet de la libration, environ 59 % de la surface de la Lune peut en pratique être vue depuis la Terre,. La face cachée est parfois appelée à tort le " côté obscur ", mais elle est totalement éclairée aussi souvent que le côté visible : une fois tous les 29,5 jours terrestres, à la nouvelle lune,.

Cette rotation synchrone résulte des frottements créés par les forces de marée de la Terre sur la Lune, l'énergie de rotation s'étant dissipée sous forme de chaleur. Auparavant, la Lune avait une vitesse de rotation plus rapide mais, assez vite dans son histoire, celle-ci ralentit progressivement jusqu'à ce que la période de ce mouvement coïncide avec celle de la révolution du satellite autour de la Terre,,.

En 2016, en utilisant des données collectées lors de la mission Lunar Prospector, des planétologues détectent deux zones riches en hydrogène (probablement une ancienne glace d'eau) à deux points opposés de la Lune. Il est supposé que ces zones étaient il y a des milliards d'années les pôles lunaires avant qu'elle ne soit verrouillée avec la Terre,.

La Lune est un satellite naturel exceptionnellement grand par rapport à la Terre : elle fait plus du quart du diamètre et 1/ de la masse de la planète,. Il s'agit d'ailleurs de la plus grande lune du Système solaire par rapport à la taille de sa planète, bien que Charon soit plus grande par rapport à la planète naine Pluton, faisant 50 % de son diamètre et 1/ de sa masse. La superficie de la Lune est légèrement inférieure à celle de l' Asie.

Le barycentre du système Terre-Lune, leur centre de masse commun, est situé à environ 1 700 km (environ un quart du rayon de la Terre) sous la surface de la Terre. La Terre tourne autour de ce barycentre une fois par mois sidéral, à 1/ de la vitesse de la Lune, soit environ 41 kilomètres par heure. Ce mouvement se superpose à la révolution beaucoup plus rapide de la Terre autour du Soleil - d'une vitesse d'environ 30 km/s - et est donc généralement négligeable,.

L' attraction gravitationnelle entre les corps célestes diminue inversement au carré de la distance de ces masses les unes par rapport aux autres. En conséquence, l'attraction exercée par la Lune est légèrement plus grande pour le côté de la Terre le plus proche d'elle que pour le côté opposé. Cela entraîne une force de marée qui affecte à la fois les océans et la croûte terrestre. L'effet le plus évident des forces de marée est de provoquer deux renflements dans les océans de la Terre, l'un du côté faisant face à la Lune et l'autre du côté opposé. Il en résulte des variations du niveau des mers, appelés marées océaniques. Lorsque la Terre tourne sur son axe, l'un des renflements de l'océan ( marée haute) est localement maintenu en place " sous " la Lune, tandis qu'une autre marée de ce type est opposée. En conséquence, il y a environ deux marées hautes et deux marées basses en une journée. Puisque la Lune est en orbite autour de la Terre dans le même sens que la rotation de la Terre sur elle-même, les marées hautes se produisent environ toutes les 12 heures et 25 minutes, les 25 minutes étant dues au temps que met la Lune pour orbiter autour de la Terre,.

Le Soleil produit également des marées mais d'amplitude plus faible, 40 % de celle due à la Lune. Lors de la syzygie, quand la Lune et le Soleil sont alignés avec la Terre, la somme des interactions Lune-Terre et Soleil-Terre est responsable des grandes marées au moment des équinoxes de printemps et d' automne.

Alors que la gravitation provoque l'accélération et le mouvement des océans fluides de la Terre, le couplage gravitationnel entre la Lune et le corps solide de la Terre est principalement élastique et plastique. Le résultat est un autre effet de marée de la Lune sur la Terre qui provoque un renflement de la partie solide de la Terre la plus proche de la Lune qui agit comme un moment en opposition à la rotation de la Terre : une marée solide, ou terrestre. Cela " draine " le moment cinétique et l'énergie cinétique de la rotation de la Terre, la ralentissant progressivement,,. Cet élan angulaire, perdu de la Terre, est transféré à la Lune dans un processus connu sous le nom d' accélération par effet de marée qui élève la Lune sur une orbite plus élevée. Ainsi, la distance entre la Terre et la Lune augmente - la Lune était environ dix fois plus proche de la Terre lors de sa formation qu'à l'époque contemporaine - et la rotation de la Terre ralentit en réaction,. Les mesures des réflecteurs lunaires laissés pendant les missions Apollo révèlent que la distance Terre-Lune augmente d'en moyenne 3,8 cm par an, (3,805 ± 0,004 cm/an). Les horloges atomiques montrent également l'effet inverse, à savoir que le jour sur Terre s'allonge d'environ 15 microsecondes chaque année, forçant le temps universel coordonné à être ajusté avec des secondes intercalaires.

Dût-elle suivre son cours, cette traînée de marée continuerait jusqu'à ce que la rotation de la Terre et la période orbitale de la Lune correspondent, créant un verrouillage mutuel par les forces de marées entre les deux astres. En conséquence, la Lune serait suspendue dans le ciel au-dessus d'un méridien, comme c'est par exemple le cas entre Pluton et sa lune Charon. Cependant, le Soleil deviendra une géante rouge et engloutira le système Terre-Lune bien avant cet événement,,.

De la même manière, la surface lunaire subit des marées d'une amplitude d'environ 10 cm tous les 27 jours, avec deux composantes : une fixe due à la Terre parce qu'en rotation synchrone, et une variable due au Soleil. La composante induite par la Terre provient de la libration, résultat de l'excentricité orbitale de la Lune - si l'orbite de la Lune était parfaitement circulaire, il n'y aurait que des marées solaires. Les effets cumulés de ces contraintes de marée produisent des séismes lunaires,. Ces phénomènes restent beaucoup moins courants et moins intenses que les tremblements de terre, bien qu'ils puissent se dérouler pendant jusqu'à une heure du fait de l'absence d' eau pour amortir les vibrations sismiques. L'existence de ces séismes est une découverte inattendue des sismographes placés sur la Lune lors des missions Apollo de 1969 à 1972.

Par ailleurs, ces forces de marées ont un impact décelable sur le climat dans le cadre de marées atmosphériques,. Lors des différentes phases de la Lune, la force de marée attire plus ou moins l'atmosphère et participe ainsi, à hauteur de quelques pourcents, aux phénomènes de surpression et de dépression.

Finalement, la présence de la Lune a une influence sur la stabilisation de l' inclinaison de l'axe terrestre. En effet, l'obliquité de la Terre varie entre 21 et 24° environ par rapport au plan de l' écliptique tandis que Mars, qui n'a pas de satellite naturel aussi massif, voit son obliquité varier de 20 à 60° sur des millions d'années. De même, avant la formation de la Lune, l' axe de rotation terrestre oscillait de façon chaotique, ce qui aurait rendu impossible l'apparition de la vie à sa surface du fait des dérèglements climatiques causés ; ceci a disparu une fois le verrouillage gravitationnel par effet de marée entre la Terre et son satellite naturel mis en place,,.

L' influence lunaire est la croyance pseudo-scientifique d'une corrélation entre des étapes spécifiques du cycle lunaire et des changements physiologiques chez les êtres vivants sur Terre, y compris les humains,.

La Lune a longtemps été particulièrement associée à la folie et à l' irrationalité, des mots comme lunatique étant dérivés du nom latin de la Lune, Luna. Les philosophes Aristote et Pline l'Ancien font valoir que la pleine lune cause la folie chez les individus sensibles, estimant que le cerveau, qui est principalement composé d'eau, doit être affecté par la Lune et son pouvoir sur les marées. En réalité, le pouvoir de la gravité lunaire est trop faible pour que cela soit le cas. De façon contemporaine, l'existence d'une influence lunaire affirmant que les admissions dans les hôpitaux psychiatriques, les accidents de la route, les homicides ou encore les suicides augmenteraient lors des pleines lunes est parfois défendue, même si de nombreuses études infirment cela,,,. De même, si une influence de la Lune sur l' agriculture ou les forêts est parfois supposée, aucun effet exploitable n'a jamais été démontré,,,.

En revanche, un sélénotropisme - c'est-à-dire l'orientation d'un organisme vis-à-vis de la Lune - est démontré chez certaines espèces de vers palolo tels que l'Eunice fuscata du Pacifique tropical, ou chez des zooplancton en Arctique pendant la nuit polaire. Par ailleurs, la croissance de certains animaux comme le nautile serait influencée par la Lune et l'observation de leurs coquilles permet, avec des spécimens anciens fossiles, de confirmer de façon indépendante l'allongement du mois lunaire à l' échelle géologique en raison de l'augmentation de la distance Terre-Lune. Cependant, cette hypothèse reste contestée,,.

La Lune possède un albédo géométrique exceptionnellement bas de 0,12, ce qui lui confère une réflectance légèrement supérieure à celle de l' asphalte,. Cependant, avec une magnitude apparente de -12,6 pendant la pleine lune, la Lune est l'astre le plus visible dans le ciel terrestre, après le Soleil et devant Vénus, grâce à sa grande proximité avec la Terre. Elle est ainsi facilement observable à l'œil nu la nuit, voire en plein jour. Des jumelles permettent de distinguer les mers et les plus gros cratères d'impact,.

Par ailleurs, le satellite bénéficie d'une amélioration de la luminosité grâce à l' effet d'opposition : la pleine lune est douze fois plus lumineuse qu'un quartier de Lune, même si la surface angulaire éclairée est seulement deux fois plus élevée. De plus, la constance des couleurs du système visuel humain recalibre les relations entre les couleurs d'un objet et son environnement, ce qui explique que la lune éclairée par le soleil ressorte lorsque le ciel environnant est relativement sombre. Les bords de la pleine lune semblent aussi brillants que le centre, sans assombrissement centre-bord, en raison des propriétés réfléchissantes du sol lunaire, qui rétroréfléchit davantage la lumière vers le Soleil que dans d'autres directions,.

L'orientation de la Lune dans le ciel varie en fonction de la latitude de l'observateur terrestre,. En effet, puisque la Lune orbite près de l' écliptique, quelqu'un la regardant depuis une latitude positive (au nord de l' équateur terrestre) verra par exemple le proéminent cratère Tycho plus proche de l' horizon tandis qu'un observateur depuis une latitude négative (au sud de l'équateur), la verra " à l'envers " ,. Sur les deux photographies ci-contre, on observe le cratère en bas de l'image pour une pleine lune vue en Belgique tandis qu'il se trouve en haut de l'image pour une pleine lune vue en Australie.

L'altitude atteinte par la lune dans le ciel lors de sa culmination varie en fonction de sa phase et de la période de l'année. La pleine lune est la plus élevée en hiver pour chaque hémisphère.

La taille apparente de la pleine lune est en moyenne d'environ 0,52° d'arc dans le ciel (soit 31'2 d'arc), ce qui est à peu près la même taille apparente que le soleil,. Cependant, elle semble plus grande lorsqu'elle est proche de l'horizon en raison d'un effet purement psychologique, connu sous le nom d' illusion lunaire, décrit pour la première fois au siècle av. J.-C.,. Plusieurs explications sont proposées, comme le fait que le cerveau humain perçoive le ciel comme légèrement aplati - ce qui implique qu'un objet à l'horizon est considéré comme plus grand - ou encore que la taille relative des objets vus à l'horizon fasse apparaître la lune plus grande, comme pour l' illusion d'Ebbinghaus,,.

L'apparence de la Lune, comme celle du Soleil, peut être affectée par l' atmosphère terrestre. Les effets optiques courants sont par exemple un anneau de halo de 22°, formé lorsque la lumière de la Lune est réfractée à travers les cristaux de glace des nuages de haut cirrostratus, ou des couronnes plus petites lorsque la Lune est vue à travers de minces nuages.

Du fait de sa rotation synchrone, la Lune présente toujours la même partie de sa surface à la Terre : la face dite " visible ". Cependant, la moitié de la sphère éclairée par les rayons solaires - et donc à la fois orientée à la fois vers la Terre et vers le Soleil - varie au cours des 29,53 jours de sa période synodique. Ce phénomène donne naissance à ce que l'on appelle les phases lunaires, qui se succèdent au cours d'un cycle appelé " lunaison ". Au fil du cycle lunaire, la déclinaison de la Lune varie : elle augmente pendant une moitié du cycle et elle décroît pendant l'autre moitié.

La Lune présentant toujours la même face envers la Terre et son orbite étant peu inclinée, les phases lunaires présentent à peu près toujours les mêmes parties de la Lune d'un cycle à l'autre. On distingue principalement quatre points caractéristiques de l'apparence lunaire : la nouvelle lune quand la Lune et le Soleil sont en conjonction par rapport à la Terre, le premier quartier quand la Lune est en quadrature est, la pleine lune lorsque la Lune et le Soleil sont en opposition par rapport à la Terre et le dernier quartier quand la Lune est en quadrature ouest. Entre chacun de ces points caractéristiques, on parlera successivement de premier croissant, de lune gibbeuse croissante, de lune gibbeuse décroissante et enfin de dernier croissant,,.

La partie éclairée de la Lune étant symétrique par rapport au plan formé par le Soleil, la Lune et l'observateur, la Lune présente à chaque instant la même phase à tout observateur terrestre quelle que soit sa latitude,. Cependant, l'orientation de l'horizon de l'observateur terrestre varie par rapport à ce plan. Ainsi, pour de faibles latitudes - près de l'équateur et sous les tropiques -, l'horizon est perpendiculaire au plan et un croissant de Lune apparaîtra horizontal, comme un " sourire ". Pour des latitudes plus élevées, ce quartier apparaîtra plus vertical, comme un " C " ,,. La Lune est visible pendant deux semaines tous les 27,3 jours aux pôles Nord et Sud,.

Une super lune est une pleine lune qui coïncide avec une distance minimale du satellite à la Terre,. Il ne s'agit pas d'un terme d' astronomie mais plutôt d'une expression usuelle employée pour désigner certains phénomènes astronomiques.

Le 14 novembre 2016, la Lune est au plus proche en pleine lune depuis 1948 à 356 500 km du centre de la Terre. Cette pleine lune est alors 30 % plus lumineuse que lorsqu'elle est à son apogée, car son diamètre angulaire est 14 % plus grand et ,. Elle ne sera pas plus proche avant le 25 novembre 2034,.

Les éclipses solaires se produisent à la nouvelle lune, lorsque la Lune se trouve entre le Soleil et la Terre. En revanche, les éclipses lunaires se produisent à la pleine lune, lorsque la Terre est entre le Soleil et la Lune,. L'existence des premières est une conséquence du fait que la taille apparente de la Lune soit à peu près la même que celle du Soleil, les deux formant un angle d'environ 0,5° dans le ciel terrestre. En effet, si le Soleil a un diamètre 400 fois plus grand que celui de la Lune, il est également 400 fois plus loin de la Terre que ne l'est la Lune.

Les variations de taille apparente, dues aux orbites non circulaires, sont également presque identiques, bien que se produisant dans des cycles différents. Cela permet ainsi d'avoir parfois des éclipses solaires totales - avec la Lune apparaissant plus grande que le Soleil - et annulaires - la Lune apparaissant plus petite que le Soleil. Lors d'une éclipse totale, la Lune recouvre complètement le disque du Soleil et la couronne solaire devient visible à l' œil nu.

Comme la distance entre la Lune et la Terre augmente très lentement avec le temps, le diamètre angulaire de la Lune diminue dans le ciel terrestre,. De plus, au fur et à mesure qu'il évolue sur sa séquence principale pour devenir une géante rouge, la taille du Soleil et son diamètre apparent dans le ciel augmentent également. La combinaison de ces deux facteurs signifie qu'il y a des centaines de millions d'années, la Lune couvrait toujours complètement le Soleil lors des éclipses solaires, et qu'aucune éclipse annulaire n'était alors possible. De même, d'ici 600 millions d'années, la Lune ne pourra plus couvrir complètement le Soleil et les éclipses solaires totales deviendront impossibles,.

Par ailleurs, l'orbite de la Lune autour de la Terre étant inclinée d'environ 5,145° par rapport au plan de l' écliptique, les éclipses ne se produisent pas à chaque pleine et nouvelle lune. Pour qu'une éclipse se produise, la Lune doit se trouver près de l'intersection des deux plans orbitaux,. La périodicité et la récurrence des éclipses du Soleil par la Lune et de la Lune par la Terre sont décrites par le saros, dont la période est d'environ 18 ans.

Parce que la Lune bloque continuellement la vue d'une zone circulaire du ciel d'un demi-degré de large, un phénomène appelé l' occultation se produit lorsqu'une étoile ou une planète passe derrière la Lune et est alors cachée,. Ainsi, une éclipse solaire est un cas particulier d'occultation du Soleil. Parce que la Lune est relativement proche de la Terre, les occultations des étoiles individuelles ne sont pas visibles partout sur la planète, ni en même temps. En raison de la précession de l'orbite lunaire, différentes étoiles sont occultées chaque année.

La Lune présentant toujours le même hémisphère à la Terre, on appelle " librations " les phénomènes d'oscillation permettant à un observateur à la surface de la Terre de voir plus de 50 % de la surface de la Lune,. Ces phénomènes peuvent prendre quatre formes : les librations en longitude, les librations en latitude, les librations parallactiques et les librations physiques.

L'ensemble de ces phénomènes de libration au cours de lunaisons successives permet d'observer environ 59 % de la surface lunaire depuis la surface terrestre. Toutefois, les zones supplémentaires ainsi offertes à l'observation sont très déformées par l'effet de perspective et il est difficile de pouvoir distinguer les éléments de surface de ces régions depuis le sol.

Il y existe une controverse historique quant au fait que les caractéristiques de la surface lunaire changent avec le temps. Aujourd'hui, beaucoup de ces affirmations sont considérées comme une conséquence d' illusions d'optique, résultant d'une observation dans différentes conditions d'éclairage, d'une mauvaise qualité de visibilité ou de dessins inadéquats. Cependant, un dégazage se produit occasionnellement et pourrait être responsable d'un pourcentage très mineur de ces observations, faisant partie des phénomènes lunaires transitoires signalés. En 2006, il est suggéré qu'une surface lunaire de 3 km de diamètre aurait été modifiée significativement par un événement de dégagement il y a environ un million d'années,.

Des phénomènes appelés " transitoires " de quelques dixièmes de milliseconde peuvent survenir. De magnitude généralement de 5 à 10 (mais pouvant aller jusqu'à 3), ils ne sont visibles qu'avec un télescope ou une lunette associés à une caméra et sur la partie non éclairée de la Lune. Le flash lunaire provient de la chute de corps (provenant essentiellement d'essaims de comètes) de 5 à 15 cm percutant la Lune à des vitesses de 20 à 30 km/s, ce qui fait fondre la roche en surface au point d'impact et projette des gouttelettes de roches liquides. L'éclair lumineux est produit par l'énergie dégagée lors de cet impact,. Depuis cinq siècles, des centaines de ces phénomènes ont été observés par de nombreux observateurs différents.

L'une des premières représentations possibles de la Lune est une sculpture sur roche nommée Orthostat 47, datée du troisième millénaire avant notre ère et découverte à Knowth, en Irlande,. La première trace écrite de l'observation d'une éclipse solaire date de 1223 av. J.-C, retrouvée sur une tablette d'argile dans l'ancienne cité d' Ougarit,. Une inscription sur un os datant de 2136 av. J.-C. est aussi suspectée d'être une trace de l'observation d'une éclipse.

La compréhension des cycles lunaire est un développement précoce de l'astronomie : dès le siècle av. J.-C., les astronomes babyloniens tiennent des archives systématiques des éclipses solaires et dès le siècle av. J.-C., ils notent le saros, la période de 18 ans régissant les éclipses lunaires. L' astronome chinois Shi Shen donne au siècle av. J.-C. des instructions pour prédire les éclipses solaires et lunaires. Archimède conçoit au siècle av. J.-C. un planétarium capable de calculer les mouvements de la Lune et d'autres objets du Système solaire.

La forme physique de la Lune et la cause du clair de lune sont également comprises tôt dans l'histoire de l'astronomie. Le philosophe grec Anaxagore estime au siècle av. J.-C. que le Soleil et la Lune sont tous deux des roches sphériques et que cette dernière reflète la lumière du premier. Par ailleurs, Démocrite suppose que les marques observées sur la Lune sont la conséquence de l'existence de montagnes et de vallées.

Bien que les Chinois de la dynastie Han associaient la Lune à une énergie assimilée au ch'i, leur théorie de " l'influence rayonnante " reconnaît également que la lumière de la Lune est simplement le reflet du Soleil, et Jing Fang note la sphéricité de la Lune au siècle av. J.-C..

Cependant, Aristote théorise à l'inverse dans que la Lune marque la frontière entre les sphères des éléments mutables (terre, eau, air et feu) et les étoiles impérissables de l' éther. Le monde supralunaire est parfait, et donc la Lune est une sphère lisse et inaltérable. Le disciple d'Aristote, Cléarque de Soles, explique les taches lunaires par le fait que la Lune est un miroir poli qui réfléchit le paysage terrestre. Cette théorie est néanmoins invalidée par l'observation que la surface de la Lune reste inchangée alors qu'elle se déplace devant la Terre, poussant d'autres savants à imaginer que les taches soient des vapeurs condensées d'un nuage ou émanent de la Terre. Cette conception aristotélicienne d'une Lune lisse subsiste en partie jusqu'à la fin du Moyen Âge, voire laisse des traces jusque dans la Perse du siècle et dans le folklore européen du siècle,,.

Au siècle av. J.-C., Séleucos de Séleucie avance à raison que les marées sont dues à l'attraction de la Lune et que leur hauteur dépend de la position de la Lune par rapport au Soleil. Auparavant, Aristarque de Samos avait calculé au siècle av. J.-C. dans Sur les dimensions et les distances la taille de la Lune et sa distance, obtenant une valeur d'environ vingt fois le rayon de la Terre pour la distance. Ces valeurs sont grandement améliorées par Hipparque au siècle av. J.-C. dans Des grandeurs et des distances du Soleil et de la Lune,. Ce texte est perdu mais ses résultats rapportés par Ptolémée au siècle, évaluant la distance lunaire à 59 fois le rayon de la Terre et son diamètre à 0,292 fois celui de la planète. Ces estimations sont déjà très proches de la réalité, qui est de respectivement 60 et 0,273 environ.

Également au siècle, Plutarque écrit dans ses Œuvres morales que " la Lune est une terre céleste " et que les zones sombres sont des dépressions remplies d'eau. Elles sont ainsi appelés maria (mot latin signifiant " mers " au pluriel), tandis que les hauts plateaux de couleur claire sont baptisés terrae (" terres "). Ces noms, bien qu'incorrects, demeurent dans la nomenclature actuelle,.

Au siècle, l'astronome indien Aryabhata mentionne dans son Aryabhatiya que la cause de l'éclat de la Lune est la lumière du soleil réfléchie. Al-Marwazi, un astronome persan, estime le diamètre de la Lune à environ 3 000 km et sa distance à la Terre à environ 346 000 km au siècle. L'astronome et physicien Alhazen du siècle développe en avançant que la lumière du soleil n'est pas réfléchie par la Lune comme un miroir, mais que la lumière est émise depuis chaque partie de la surface ensoleillée de la Lune dans toutes les directions,. Shen Kuo, de la dynastie Song, créé ensuite une allégorie assimilant la croissance et le déclin de la Lune à une boule ronde d'argent qui, une fois aspergée de poudre blanche et vue de côté, apparaîtrait comme un croissant.

La sélénographie précise ne débute qu'au cours du siècle, les premiers dessins publiés étant ceux de William Gilbert en 1603, à partir d'observations à l'œil nu. En 1610, Galilée publie dans l'un des premiers dessins de la Lune réalisé grâce à un instrument - sa lunette astronomique - et note que l'astre n'est pas lisse mais présente des montagnes et des cratères. Thomas Harriot réalise des dessins similaires avec une lunette quelques mois plus tôt mais ne les publie pas,. La cartographie de la Lune suit au siècle avec des premières tentatives, dont celle de Claude Mellan vers 1634, puis la première carte publiée par le cartographe hollandais Michael Florent van Langren en 1645 à partir d'observations télescopiques,,. Elle est la première à marquer distinctement les maria, cratères et montagnes et adopte une première nomenclature catholique d'après des rois et des saints. Deux ans plus tard, Johannes Hevelius publie Selenographia, le premier traité et atlas totalement consacré à la Lune,. Celui-ci comprend une nouvelle carte plus détaillée de la surface lunaire et comprend une nouvelle nomenclature qui restera un temps populaire dans les pays protestants. Cependant, c'est la nomenclature proposée par Giovanni Battista Riccioli et son assistant Francesco Maria Grimaldi en 1651 dans l' Almagestum novum - donnant aux cratères des noms d'astronomes et de personnages célèbres - qui reste dans la postérité,,.

Une grande carte de la Lune en quatre feuilles nommée Mappa Selenographica, établie par Guillaume Beer et Johann Heinrich von Mädler entre 1834 et 1836 puis publiée dans Der Mond en 1837, fournit la première étude trigonométriquement précise des caractéristiques lunaires,. Elle comprend l'indication de l'altitude de plus d'un millier de montagnes avec des précisions similaires à celles des premières tentatives de géographie terrestre. Par ailleurs, les auteurs arrivent à la conclusion que la Lune ne possède ni d'étendue d'eau, ni d'atmosphère significative.

Toutes les mesures sont réalisées par le biais d'observations directes jusqu'à ce que John William Draper crée l' astrophotographie en mars 1840 avec un daguerréotype de la Lune,. La qualité des photographies de la Lune progresse rapidement ensuite jusqu'à ce que la photographie lunaire soit reconnue à la fin du siècle comme une sous-discipline de l' astronomie.

Les cratères lunaires, indiqués pour la première fois par Galilée, sont considérés comme d'origine volcanique jusqu'à la proposition pendant les années 1870 de Richard A. Proctor selon laquelle ils seraient en réalité des cratères d'impact créés par des collisions d' astéroïdes ou de comètes. Ce point de vue gagne le soutien en 1892 du géologue Grove Karl Gilbert qui retrouve ces résultats par l'expérimentation. Des études comparatives de ces cratères de 1920 aux années 1940 conduisent au développement de l' échelle des temps géologiques lunaires, qui devient dans les années 1950 une branche nouvelle et croissante de la géologie planétaire. Cependant, l'observation depuis la Terre reste limitée à la face visible et c'est notamment par l'exploration spatiale que les connaissances sur le satellite naturel augmentent, la première image de la face cachée de la Lune étant par exemple obtenue en 1959 grâce à la sonde spatiale soviétique .

Entre le début du programme soviétique Luna en 1959 et jusqu'aux années 1970 avec les dernières missions habitées du programme Apollo américain et la dernière mission Luna en 1976, la course spatiale inspirée par la guerre froide entre l'Union soviétique et les États-Unis conduit à une accélération de l'intérêt pour l' exploration de la Lune. Dès que leurs lanceurs parviennent à placer des engins en orbite, les deux pays commencent à envoyer des sondes vers le satellite naturel,.

Programme Luna ( 1957-1972)

L'Union soviétique commence son programme spatial lunaire par une série de trois échecs de missions sans nom en 1958.

Cependant, la quatrième est un succès et le premier survol de la Lune est réalisé par la sonde soviétique le , qui est en outre le premier engin de l'histoire placé en orbite héliocentrique. Il est rapidement suivi par le premier objet fabriqué par l'homme à atteindre la Lune - et de façon générale à toucher un autre corps céleste que la Terre -, la sonde qui s'y écrase en . Les premières photos de la face cachée de la lune sont ensuite envoyées le par la sonde ,.

Une première cartographie de la surface lunaire est produite grâce aux photographies prises par le , les images couvrant 19 000 000 et contribuant au développement de la sélénographie,.

Les ingénieurs russes progressent ensuite au cours de la décennie 1960 depuis des engins seulement capables de survoler ou de s'écraser sur la Lune jusqu'à des atterrisseurs. est ainsi la première sonde à parvenir à se poser sur la Lune plutôt que de s'y écraser le , retournant des photographies de la surface lunaire. La première sonde mise en orbite autour de la Lune est , le ,.

Le , l' astromobile , transporté par , est le premier véhicule robotisé à explorer sa surface. Trois ans plus tard, le rover , transporté par , est le premier engin à parcourir la distance d'un marathon (42,1 km) sur un autre corps céleste.

Finalement, l'URSS développe trois missions de retour d'échantillons vers la Lune ayant permis de rapporter 0,3 kg de roches lunaires sur Terre : en 1970, en 1972 et en 1976. Cette dernière est l'ultime mission soviétique vers la Lune.

À la suite de l'engagement de 1961 du président John F. Kennedy puis son célèbre discours où il prononce We choose to go to the Moon en 1962, différents programmes spatiaux sont lancés avec la promesse qu'un américain marchera sur la Lune avant la fin de la décennie,. Parmi eux, le programme Ranger produit les premières photos en gros plan du satellite, le programme Lunar Orbiter cartographie la Lune entière et le programme Surveyor aboutit à l' alunissage de le 2 juin 1966, soit quatre mois après Luna 9,. L'utilisation du terme " atterrissage " est cependant préférée, notamment par le CNRS et l' Académie des Sciences, même dans le cas de la Lune,.

Le programme Apollo est développé en parallèle, stimulé par un potentiel programme lunaire habité soviétique. Après une série de tests sans équipage et avec équipage en orbite terrestre, la première mission humaine en orbite lunaire est réalisée en décembre 1968 par . Les membres de son équipages ( Frank Borman, James Lovell, et William Anders) sont ainsi les premiers humains à apercevoir directement la face cachée de la Lune.

L'atterrissage d' le est considéré comme le point culminant de la course spatiale engagée entre les États-Unis et l' URSS pendant la guerre froide,. À 02h56 UTC, le premier humain à poser le pied la Lune est Neil Armstrong, commandant de la mission, suivi de Buzz Aldrin,. Environ 500 millions de personnes suivent l'événement en mondovision, la plus grande audience télévisée pour une émission en direct à l'époque,.

En 2020, les derniers humains à marcher sur le sol lunaire sont Harrison Schmitt et Eugene Cernan, lors de la mission en ,. Les missions à 17 (sauf , qui annule son atterrissage en cours de mission) prélèvent 380 kg de roche lunaire et de sol en 2 196 échantillons. Des ensembles d'instruments scientifiques sont installés sur la surface lunaire lors du programme Apollo, notamment le Celui-ci comprend des instruments à longue durée de vie, comprenant des sondes de flux thermique, des sismomètres et des magnétomètres. La transmission directe des données vers la Terre prend fin à la fin de 1977 pour des raisons de budget.

Des réflecteurs lunaires sont aussi déposés lors de ces missions afin de mesurer la distance Terre-Lune avec une précision de quelques centimètres grâce à un faisceau laser. Instruments passifs, ils sont quant à eux toujours utilisés. Les sondes soviétiques du programme Lunokhod en déposent également.

Au total, au siècle et jusqu'à nos jours, 24 astronautes ont orbité autour de la Lune et 12 d'entre eux ont marché dessus, tous pendant le programme Apollo,.

La Lune commence à partir de 1974 à être délaissée par les puissances spatiales au profit des autres corps célestes du Système solaire, notamment vers le Système solaire externe pour la NASA avec les programmes Pioneer et , et de la construction de stations spatiales.

Dans les années 1990, la Lune devient la destination principale des sondes des nouvelles nations spatiales qui développent des programmes d'exploration du Système solaire, principalement le Japon, la Chine et l' Inde. Ainsi, le Japon est en 1990 le troisième pays à placer un orbiteur en orbite lunaire, Hagoromo largué par la sonde .

L'intérêt pour la Lune renaît à la suite de deux petites missions de la NASA, Clementine et Lunar Prospector respectivement lancées en 1994 et 1998, qui permettent la réalisation de la première carte topographique quasi globale de la Lune ainsi que la découverte d'un excès d'hydrogène aux pôles lunaires, probablement dû à la présence de glace d'eau dans les cratères d'obscurité éternelle,.

Dans les années 2000, de nombreuses missions vers la Lune sont réalisées par différentes agences spatiales. L' Agence spatiale européenne lance en afin de réaliser une étude des éléments chimiques de la surface lunaire jusqu'à son impact en . L' Agence japonaise d'exploration aérospatiale lance l'orbiteur (ou KAGUYA) en , qui obtient des données de géophysique lunaire et prend le premier film haute définition au-delà de l'orbite terrestre avec une fin de mission en ,. L' Organisation indienne pour la recherche spatiale met sa première sonde en orbite lunaire, Chandrayaan-1, de jusqu'à sa perte de contact en , celle-ci confirmant la présence d' eau sur la Lune,. Chandrayaan-2 est lancée en mais son atterrisseur Vikram échoue à se poser.

L'ambitieux programme chinois d'exploration lunaire (CLEP) débute avec , qui se met en orbite autour de la Lune en jusqu'à son impact lunaire contrôlé en , renvoie une carte complète de la Lune. Sa doublure atteint la Lune en puis devient le premier engin spatial à voyager de l'orbite lunaire au point en , avant de finalement aller réaliser un survol de l'astéroïde 4179 Toutatis en . L' atterrisseur se pose en dans la mer des Pluies puis déploie un rover lunaire nommé . C'est le premier atterrissage sur la Lune depuis en et le premier rover lunaire depuis en . Sa doublure devient la première mission à se poser sur la face cachée de la Lune dans le cratère Von Kármán en et déploie le rover . La mission de retour d'échantillons ramène en les premiers échantillons lunaires depuis en , et accomplit le premier amarrage automatique en dehors de l'orbite terrestre.

Dans les années 2010, la NASA met de nouveau en œuvre des missions vers la Lune. Le Lunar Reconnaissance Orbiter est notamment lancé en avec l'impacteur Si ce dernier achève sa mission avec un impact planifié dans le cratère Cabeus en , le LRO est toujours en activité en fournissant régulièrement une altimétrie lunaire précise - permettant de dresser une carte topographique - et des images haute résolution. Deux autres orbiteurs sont lancés par la NASA en puis en : GRAIL afin d'étudier la structure interne de la Lune et pour étudier l' exosphère lunaire, avec respectivement des fins de mission en décembre 2012 et avril 2014,.

D'autres satellites, comme le Deep Space Climate Observatory situé au point du système Terre-Soleil, fournissent périodiquement des images de la Lune.

La colonisation de la Lune est le projet consistant à installer une voire plusieurs bases permanentes habitées sur la Lune, bien que cela ne soit pas encore envisageable de manière rationnelle,. Une présence humaine au moins temporaire sur un corps planétaire autre que la Terre est déjà un thème récurrent de science-fiction, mais aurait ici un intérêt pratique car la Lune constituerait alors une préparation en vue de voyages plus lointains,.

La NASA commence à planifier la reprise des missions humaines à la suite de l'appel du président américain George W. Bush en avec le programme de politique spatiale Vision for Space Exploration. Une mission humaine sur la Lune avant 2020 est alors prévue. Le programme Constellation est donc financé et des tests débutent sur un véhicule spatial avec équipage appelé Orion ainsi que pour une base lunaire. Le programme est finalement annulé en 2010 par le président Barack Obama pour cause de budget,.

Cependant, à l'instigation du président américain Donald Trump, le retour de l'Homme sur la Lune est remis en avant en , à travers le programme Artemis. Programme spatial habité de la NASA, celui-ci prévoit de poser un équipage d'ici 2024,. Il doit déboucher sur une exploration durable du satellite par l'organisation de missions régulières dont l'aboutissement serait l'installation d'un poste permanent sur la Lune.

Le programme permettrait également de mettre au point les équipements et procédures nécessaires à d'hypothétiques missions habitées vers Mars. Le lanceur lourd Space Launch System (SLS) et le véhicule spatial Orion, dont le développement ont déjà débuté, seront notamment employés. Par ailleurs, une future station spatiale, la , placée en orbite autour de la Lune, doit servir de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Les sites d'atterrissage retenus pour les différentes missions se situent au pôle Sud de la Lune, car les réserves de glace d'eau présentes dans les cratères d'obscurité éternelle présentent un intérêt stratégique dans la perspective de missions de longue durée,.

Bien que les atterrisseurs du programme Luna aient dispersé des fanions aux couleurs de l' URSS sur la Lune et que drapeaux américains et chinois aient symboliquement été plantés sur les sites d'atterrissage de leurs sondes, aucune nation ne revendique la propriété d'une partie de la surface de la Lune,. La Russie, la Chine, l' Inde et les États-Unis sont signataires du traité de l'espace - entré en vigueur le - qui définit la Lune et tout l' espace extra-atmosphérique comme appartenant à l'ensemble de l' humanité. Ce traité limite également l'utilisation de la Lune à des fins pacifiques, interdisant explicitement les installations militaires et les armes de destruction massive, notamment les armes nucléaires.

En 1979, le traité sur la Lune est créé afin de restreindre l'exploitation des ressources naturelles de la Lune par une seule nation. Il est cependant considéré comme un échec car aucune nation disposant de programmes ou de projets de vols spatiaux habités ne le signe. Bien que plusieurs personnes physiques aient revendiqué la Lune en tout ou en partie, aucune de ces revendications n'est considérée comme crédible,.

En , le gouvernement américain autorise la start-up américaine Moon Express à atterrir sur la Lune. C'est la première fois qu'une entreprise privée reçoit ce droit de le faire. La décision est considérée comme un précédent aidant à définir des normes réglementaires pour les activités commerciales dans l'espace lointain à l'avenir, car jusqu'à présent, les activités des entreprises étaient limitées à la Terre ou à ses alentours.

En 2020, le président américain Donald Trump signe un décret intitulé " Encouragement au soutien international pour la récupération et l'utilisation des ressources spatiales " (en anglais : Encouraging International Support for the Recovery and Use of Space Resources). L'ordonnance souligne que les États-Unis ne considèrent pas l'espace comme un bien commun et réitère les critiques faites au traité sur la Lune,.

Un responsable du programme spatial chinois ayant notamment déclaré en 2013 que la Lune contient suffisamment d' hélium 3 pour subvenir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant 10 000 ans grâce à la fusion nucléaire, l'extraction de ressources naturelles sur la Lune pourrait soulever des problèmes géopolitiques,,.

La Lune est reconnue comme un excellent site pour les télescopes,. En effet, elle est relativement proche et la qualité de la visibilité y est excellente en l'absence de pollution lumineuse et d'atmosphère. Aussi, certains cratères proches des pôles étant en permanence dans l'obscurité et dans le froid, ils sont donc particulièrement adaptés pour télescopes infrarouges. Par ailleurs, des radiotélescopes placés sur la face cachée seraient protégés des émissions radios provenant de la Terre,.

Le sol lunaire peut être mélangé avec des nanotubes de carbone et des polyépoxydes afin d'être utilisé dans la construction de miroirs d'un diamètre pouvant atteindre 50 mètres. Un télescope zénithal lunaire pourrait être fabriqué à bas prix avec un liquide ionique.

Ces propriétés sont déjà mises à profit en , lors de la mission Apollo 16, où diverses photos et spectres astronomiques sont réalisés depuis la surface lunaire.

Outre les traces d'activité humaine sur la Lune d'expérimentations réalisées sur place, comme l'Apollo Lunar Surface Experiments Package, des installations permanentes comme des œuvres d'art se trouvent sur le sol lunaire, telles que le Moon Museum, les Messages de bonne volonté d'Apollo 11, les plaques lunaires ou encore le Fallen Astronaut. Restent aussi certains artefacts, comme les célèbres drapeaux des États-Unis plantés lors de chaque mission Apollo. Des effets personnels laissés par les astronautes y sont également toujours présents, comme les balles de golf laissées par Alan Shepard lors de la mission ou une Bible déposée par David Scott lors d'.

Au total, l'exploration spatiale a laissé près de 180 tonnes de matière d'origine terrestre sur la Lune. Les objets les plus lourds sont notamment les troisièmes étages de plusieurs fusées utilisées lors des missions habitées. Mis à part le rover chinois , les seuls objets toujours utilisés pour des expériences scientifiques sont les réflecteurs lunaires permettant de mesurer précisément la distance Terre-Lune,.

En , la NASA annonce que neuf sociétés commerciales seraient en concurrence pour remporter un contrat pour l'envoi de petites charges utiles sur la Lune dans le cadre des Commercial Lunar Payload Services, de nouveaux instruments scientifiques destinés au sol lunaire.

Le contraste entre les plateaux clairs et les mers plus sombre à la surface de la Lune crée des motifs pour l'observateur humain par un phénomène psychologique appelé paréidolie. Ceux-ci sont notés et interprétés par de nombreuses cultures, parmi lesquelles les motifs de l' homme dans la Lune ou du lapin lunaire,. Dans la mythologie chinoise, ce dernier est notamment le compagnon de la déesse de la Lune Chang'e - qui donne son nom aux sondes du programme chinois d'exploration lunaire - et dans la mythologie aztèque, il sert de nourriture à Quetzalcoatl,.

Dans la religion proto-indo-européenne, la Lune est personnifiée comme le dieu masculin . Les anciens Sumériens associent la Lune au dieu Nanna, père d' Ishtar, la déesse de la planète Vénus et d' Utu, le dieu du Soleil. Nanna est plus tard connu sous le nom de Sîn.

Dans la mythologie gréco-romaine, le Soleil et la Lune sont représentés respectivement par un homme et une femme ( Hélios et Séléné pour les Grecs puis Sol et Luna pour les Romains). Il s'agit d'un développement unique à la Méditerranée orientale et les traces d'un dieu lunaire masculin antérieur dans la tradition grecque sont conservées dans la figure de Ménélas.

Dans l'iconographie mésopotamienne, le croissant est le principal symbole de Nanna-Sîn. Dans l' art grec ancien, la déesse de la Lune Séléné est représentée portant un croissant en couvre-chef évoquant des cornes,. L'arrangement d' étoile et de croissant remonte également à l' âge du bronze, représentant l'association soit du Soleil et la Lune, soit de la Lune et de la planète Vénus. Cet arrangement sert à représenter les déesses Artémis ( Diane en mythologie romaine) et Hécate. Via le patronage d'Hécate, il est ensuite utilisé comme un symbole de Byzance, puis est ensuite repris par l' Empire ottoman. Dans la mythologie hindoue, la Lune est une entité masculine et se nomme Chandra.

La Lune tient également un rôle prépondérant dans la culture religieuse musulmane. Non seulement elle est à la base de l'édification du calendrier lunaire musulman, elle est aussi évoquée dans les différentes biographies religieuses de Mahomet dans le cadre du miracle de la division de la lune (en arabe : انشقاق القمر),.

Des légendes concernant la thérianthropie - transformation d'un être humain en un autre animal - sont traditionnellement associée à la Lune. La plus célèbre est celle du lycanthrope, ou loup garou, tirant sa force de la Lune et capable de passer de sa forme humaine à sa forme bestiale pendant les nuits de pleine lune. Des phénomènes comme les éclipses solaires totales créent jusqu'au siècle des mythes et des légendes associés à la disparition du soleil, bien que leur explication soit déjà connue par les érudits.

Les phases régulières de la Lune en font un élément très pratique pour mesurer le temps ; les périodes de son ascension et de son déclin sont en conséquence à la base de nombreux calendriers parmi les plus anciens. Des archéologues estiment que les bâtons de comptage, des os dentelés datant d'il y a 20 à 30 000 ans, marqueraient les phases de la Lune,.

En effet, l'étude des phases de la lune est facile et un cycle de saisons - correspondant à une année - se réalise en environ douze lunaisons (354 jours). Historiquement, les calendriers lunaires sont donc utilisés par les premières civilisations, comme en Mésopotamie et en Égypte antique. Cependant, s'ils sont adaptés à des peuples nomades, ils sont problématiques pour des peuples pratiquant l' agriculture en raison du décalage graduel qu'ils présentent avec les saisons, forçant des ajustements réguliers. Par ailleurs, la définition moderne du mois d'environ 30 jours suit cette tradition et est une approximation du cycle lunaire.

Afin de prendre compte de ce décalage, de nombreux calendriers suivants sont luni-solaires avec, entre autres, les calendriers gaulois de Coligny, hébraïque ou chinois traditionnel,,. Ils ont pour objectif de faire correspondre le cycle des saisons avec celui des mois lunaires, l'astronome grec Méton ayant notamment remarqué au siècle av. J.-C. que 19 années solaires correspondent à 235 mois lunaires, afin de les remettre en phase. Ils restent complexes et les civilisations suivantes leur préféreront rapidement des calendriers solaires.

Le calendrier purement lunaire le plus célèbre est le calendrier hégirien, datant du siècle. Les mois sont alors traditionnellement déterminés par l'observation visuelle du hilal, le premier croissant de lune au-dessus de l'horizon,.

Le nom anglais (" mois ") et ses apparentés dans d'autres langues germaniques proviennent du proto-germanique *mǣnṓth-, indiquant l'utilisation d'un calendrier lunaire chez les Germains avant l'adoption d'un calendrier solaire,. Cela dérive de la racine verbale en indo-européen commun * - " mesurer ", permettant de remonter à une conception fonctionnelle de la Lune comme marqueur du mois et donc du temps. Cela fait écho à l'importance de la Lune dans de nombreuses cultures anciennes pour la mesure du temps comme le latin et grec ancien ( meis) ou ( mēn) signifiant " mois "),. En français, cette racine se trouve notamment dans les mots mois et menstruation (terme dérivé du latin menstrues qui signifie " mensuel "). En chinois et en japonais, le caractère utilisé pour noter le mois dans une date est celui de la Lune ( 月), celui du jour étant celui du Soleil ( 日),.

Le substantif féminin lune provient du latin , attesté depuis Ennius,. Il est ensuite attesté en français dès le siècle, : sa première occurrence connue se trouve dans la Chanson de Roland, datée d'environ .

Un autre terme, *louksnā (" la lumineuse "), est une formation dérivée de *loukís, lūx ( lumière) en latin (apparenté aussi au grec leukos " blanc ") décrit la lune comme un astre lumineux pour la clarté nocturne qu'elle apporte,. Des auteurs tels Varron et Cicéron, faisaient déjà dériver luna du verbe intransitif , signifiant " luire, briller, éclairer " ,.

Les noms des déesses associées au satellite, Luna, Séléné et (nom poétique d'Artémis, son lieu mythique de naissance étant le mont Cynthe) se retrouvent par ailleurs dans des termes astronomiques liés à la Lune tels qu' apolune, péricynthion et orbite sélénocentrique.

Personnalisée par la déesse Luna en mythologie romaine, la Lune donne également son nom au lundi (de lunis dies, en latin, pour " jour de la Lune "),,.

En vexillologie, la pleine lune figure sur des blasons et des drapeaux comme le drapeau du Laos, de la Mongolie ou des Palaos. Aussi, le symbole du croissant et surtout l'association de l' étoile et croissant étant devenus les emblèmes de l' Empire ottoman après avoir été ceux de Byzance, ces motifs figurent sur de multiples drapeaux de pays musulmans dont, entre autres, ceux de la Turquie, la Tunisie, l'Algérie ou le Pakistan,,. Le croissant est également utilisé indépendamment de l' islam, notamment sur le drapeau de Singapour.

En musique, la Lune est une source d'inspiration de nombreuses créations. Des compositions de musique classique y font ainsi directement référence, comme la Sonate au clair de lune (1802) de Ludwig van Beethoven - bien que cette appellation ait été donnée après la mort du compositeur - ou le mouvement Clair de lune (1905) de Claude Debussy,,. Suivent ensuite les ballades (1934) de Richard Rodgers et Lorenz Hart qui connaîtra le succès avec divers interprètes et Fly Me to the Moon qui sera surtout popularisée par Frank Sinatra (1964),

Le satellite est ensuite le thème de nombreuses chansons rock, dont Bad Moon Rising (1969) de Creedence Clearwater Revival, Walking on the Moon (1979) de The Police et Man on the Moon (1992) de R.E.M. ou encore l'album The Dark Side of the Moon (1973) de Pink Floyd,,. En français, la chanson la plus célèbre est J'ai demandé à la Lune (2002) d' Indochine, avec dans un autre registre la comptine Au clair de la lune,.

Le clair de Lune est également célébré par de nombreux poètes et écrivains, parmi lesquels Paul Verlaine, auteur de Clair de lune (1869), lui-même inspiré par l'œuvre de Claude Debussy, et Guy de Maupassant, qui en tire deux nouvelles (1882),.

Finalement, la représentation de la lune dans le ciel terrestre est commune en peinture, surtout chez les romantiques, car sa disparition peut évoquer le passage de la vie à la mort ou un destin malheureux,,.

Au siècle, Lucien de Samosate écrit le récit de voyage satirique et imaginaire Histoires vraies, dans lequel les héros se rendent sur la Lune et rencontrent ses habitants les Sélénites, nommés d'après Séléné. Ce récit est régulièrement cité comme un précurseur voire comme la première œuvre de science-fiction de l'histoire,,.

À la Renaissance, d'autres écrits de " proto science-fiction " voient le jour, parmi lesquels Le Songe ou l'Astronomie lunaire (1608) de Johannes Kepler ou Histoire comique des États et Empires de la Lune (vers 1650) de Cyrano de Bergerac, contant là encore les trajets d'hommes vers la Lune, le dernier évoquant même une sorte de fusée,,.

Au siècle, Edgar Allan Poe publie un canular journalistique d'un homme se rendant vers la Lune en ballon, Aventure sans pareille d'un certain Hans Pfaall (1835). Cependant, le romancier de science-fiction le plus célèbre du siècle est Jules Verne, notamment auteur de De la Terre à la Lune (1865) puis Autour de la Lune (1869),. L'autre père fondateur du genre, H. G. Wells, publie quant à lui Les Premiers Hommes dans la Lune en 1901,,.

À partir du siècle, le sujet commence à atteindre une popularité considérable et de nombreux auteurs y font référence, entre autres dans Une femme dans la Lune (1928) de Thea von Harbou, Lumière cendrée (1955) d' Arthur C. Clarke, Menace dans le ciel (1960) d' Algis Budrys et Révolte sur la Lune (1966) de Robert A. Heinlein,.

En bande dessinée, Hergé marque le genre avec Objectif Lune (1953) puis On a marché sur la Lune (1954),. Dans les comics américains, la lune est souvent un lieu de combats (c'est là que Jean Grey meurt et qu'ainsi se conclut l'un des récits les plus marquants des ) ou bien sert de base pour des personnages (dans l'univers Marvel, Uatu y observe la Terre).

Par ailleurs, la Lune est un thème majeur au cinéma, et ce dès ses débuts,. Ainsi, le premier film de science-fiction de l'histoire, Le Voyage dans la Lune (1902) de Georges Mélies est centré sur l'astre et aborde déjà le sujet d'une équipe d'explorateurs la visitant et rencontrant ses habitants mythiques, les mêmes Sélénites que ceux évoqués par Lucien de Samosate,,. Le roman de Thea von Harbou est également adapté en film muet par Fritz Lang dans La Femme sur la Lune (1929),.

Après la Seconde Guerre mondiale, alors que la réalité géopolitique développe l'intérêt pour l'astre, le nombre de films augmente ; ainsi sortent Destination... Lune ! (1950) d' Irving Pichel et les adaptations De la Terre à la Lune (1958) de Byron Haskin, puis Les Premiers Hommes dans la Lune (1964) de Nathan Jura.

L' exploration spatiale développe considérablement le genre des films liés à la Lune, souvent tirés de faits réels, comme (1995) de Ron Howard ou First Man : Le Premier Homme sur la Lune (2018) de Damien Chazelle, s'inspirant directement des missions de la NASA,. Des films de pure science-fiction sont également réalisés, de façon centrée dans (2009) de Duncan Jones ou en tant que décor dans 2001, l'Odyssée de l'espace (1968) de Stanley Kubrick,.

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Vénus

Vénus en vraies couleurs vue par Mariner 10.

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

108 209 500 km
(0,723 336 au)

Aphélie

108 943 000 km
(0,728 24 au)

Périhélie

107 476 000 km
(0,718 43 au)

Circonférence orbitale

679 892 000 km
(4,544 8 au)

Période de révolution

224,667 d

Période synodique

583,92 d

Vitesse orbitale moyenne

35,025 71 km/s

Vitesse orbitale maximale

35,264 3 km/s

Vitesse orbitale minimale

34,789 5 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

3,394 71 °

Nœud ascendant

76,68 °

Argument du périhélie

54,9 °

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

6 051,8 ± 1,0 km
(0,949 Terre)

Rayon polaire

6 051,8 ± 1,0 km
(0,952 Terre)

Rayon moyen
volumétrique

6 051,8 ± 1,0 km
(0,950 Terre)

Périmètre équatorial

38 025 km
(0,949 Terre)

Superficie

4,60 × 10 ⁸ km²
(0,902 Terre)

Volume

9,284 3 × 10 ¹¹ km³
(0,857 Terre)

Masse

4,867 5 × 10 ²⁴ kg
(0,815 Terre)

Masse volumique globale

5,204 × 10 ³ kg/m³

Gravité de surface

8,87 m/s²
(0,905 g)

Période de rotation
(jour sidéral)

−243,023 d

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

6,52 km/h

Irradiance solaire

2 601,3 W/m²
(1,902 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

* Maximum

* Moyenne

* Minimum

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

9,3 × 10 ⁶ Pa

Masse volumique au sol

~ 65 kg/m³

Masse totale

4,80 × 10 ²⁰ kg

Hauteur d'échelle

15,9 km

Masse molaire moyenne

43,45 g/ mol

Histoire

Nom chinois
(élément associé)

Jīnxīng 金星 (métal)

Vénus est la deuxième planète du Système solaire par ordre d'éloignement au Soleil, et la sixième plus grosse aussi bien par la masse que le diamètre.

Vénus orbite autour du Soleil tous les 224,7 terrestres. Avec une période de rotation de 243 jours terrestres, il lui faut plus de temps pour tourner autour de son axe que toute autre planète du Système solaire. Comme Uranus, elle possède une rotation rétrograde et tourne dans le sens opposé à celui des autres planètes : le soleil s'y lève à l' ouest et se couche à l' est. Vénus possède l'orbite la plus circulaire des planètes du Système solaire avec une excentricité orbitale presque nulle et, du fait de sa lente rotation, est quasiment sphérique ( aplatissement considéré comme nul). Elle ne possède pas de satellite naturel.

Vénus est l'une des quatre planètes telluriques du Système solaire. Elle est parfois appelée la " planète sœur " de la Terre en raison des similitudes relatives de leurs diamètres, masses, proximités au Soleil et compositions. Par d'autres aspects, elle est radicalement différente de la Terre : son champ magnétique est bien plus faible et elle possède une atmosphère beaucoup plus dense, composée de dioxyde de carbone à plus de 96 %. La pression atmosphérique à la surface de la planète est ainsi 92 fois supérieure à celle de la Terre, soit environ la pression ressentie, sur Terre, à 900 mètres sous l'eau. Elle est de loin la planète la plus chaude du Système solaire - même si Mercure est plus proche du Soleil - avec une température de surface moyenne de 462 (735 ). La planète est enveloppée d'une couche opaque de nuages d' acide sulfurique, hautement réfléchissants pour la lumière visible, empêchant sa surface d'être vue depuis l'espace. Bien que la présence d'océans d' eau liquide à sa surface par le passé soit supposée, la surface de Vénus est un paysage désertique sec et rocheux où se déroule toujours un volcanisme. La topographie de Vénus présente peu de reliefs élevés et consiste essentiellement en de vastes plaines géologiquement très jeunes : quelques centaines de millions d'années.

En tant que deuxième objet naturel le plus brillant du ciel nocturne après la Lune, Vénus peut projeter des ombres et peut quelquefois être visible à l' œil nu en plein jour. Vénus étant une planète inférieure, elle reste proche du soleil dans le ciel, apparaissant soit à l'ouest juste après le crépuscule, soit à l'est peu avant l' aube. Du fait de son importante magnitude apparente, Vénus a fait l'objet des premières observations astronomiques et a été la première planète dont l'Homme ait tracé les mouvements, dès le deuxième millénaire avant notre ère. Elle a aussi été intégrée à de nombreuses mythologies en tant qu' étoile du matin et qu'étoile du soir puis, par la suite, a été source d'inspiration pour les écrivains et les poètes. Elle doit ainsi son nom à la déesse romaine de l'amour. Elle est également connue dans la culture occidentale sous le nom d'" étoile du berger ".

Vénus a été un objectif privilégié pour les premières explorations interplanétaires du fait de son faible éloignement de la Terre. C'est la première planète visitée par un véhicule spatial ( en 1962) et la première où une sonde spatiale se soit posée avec succès ( en 1970). Les épais nuages de Vénus rendant impossible l'observation de sa surface en lumière visible, les premières cartes détaillées ont été réalisées à partir des images de l' orbiteur Magellan en 1991. Des projets d' astromobiles ( rovers) et de missions plus complexes ont également été envisagés.

Caractéristiques physiques

Vénus est l'une des quatre planètes telluriques du Système solaire, ce qui signifie qu'elle possède un corps rocheux comme la Terre. Elle est comparable à la Terre en taille et en masse, et souvent décrite comme la " sœur " ou " jumelle " de la Terre,. Son diamètre vaut 95 % de celui de la Terre, et sa masse un peu plus de 80 %. Néanmoins, si sa géologie est sans doute proche de celle de la Terre, les conditions qui règnent à sa surface diffèrent radicalement des conditions terrestres.

Vénus est notamment la planète la plus chaude du Système solaire du fait de son atmosphère beaucoup plus dense que l' atmosphère terrestre. Les phénomènes géologiques affectant la croûte vénusienne semblent également spécifiques à cette planète et sont à l'origine de formations géologiques parfois uniques dans le Système solaire telles que coronae, arachnoïdes et farra, attribuées à des manifestations atypiques de volcanisme.

Vénus possède une atmosphère extrêmement dense. Elle se compose majoritairement de dioxyde de carbone (CO ₂) à 96,5 % et d'une faible quantité de diazote à 3,5 %. Cette atmosphère est occupée par d'épais nuages de dioxyde de soufre. La masse de son atmosphère est 93 fois supérieure à celle de la Terre, tandis que la pression à sa surface est environ 92 fois supérieure à celle de la Terre, soit une pression équivalente à celle ressentie sur Terre à une profondeur de près de 900 mètres sous le niveau de la mer. La densité en surface est de 65 kg/m ³, ce qui représente 50 fois la densité de l'atmosphère terrestre à 293 K (20 °C) au niveau de la mer.

Cette atmosphère, riche en dioxyde de carbone, est à l'origine du plus fort effet de serre du Système solaire, créant des températures de surface d'environ 735 K (462 °C),. Ainsi, la surface de Vénus est plus chaude que celle de Mercure, qui a une température de surface minimale de 53 K (−220 °C) et maximale de 700 K (427 °C) (pour la face exposée au Soleil le plus longtemps),, bien que Vénus soit environ deux fois plus éloignée du Soleil et ne reçoive donc qu'environ 25 % de l' irradiance solaire de Mercure d'après la loi en carré inverse.

Des études publiées dans les années 2000 suggèrent d'abord que l'atmosphère de Vénus aurait auparavant ressemblé à celle entourant la Terre et qu'il pouvait y avoir eu des quantités importantes d'eau liquide à sa surface,. Puis, après une période pouvant s'étendre de 600 millions à plusieurs milliards d'années, un effet de serre grandissant est apparu du fait de l'évaporation de cette eau originellement présente et aboutissant finalement au niveau critique actuel de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Toutefois, en 2021, une nouvelle étude indique que les conditions climatiques de Vénus n'auraient jamais permis la formation d'océans d'eau liquide à sa surface,.

L'existence de la foudre dans l'atmosphère de Vénus est controversée depuis les premières suspicions lors du programme Venera soviétique,,.

En 2006 et 2007, Venus Express détecte des ondes de plasma, signature de la foudre. Leur apparition intermittente suggère une association avec l'activité météorologique et, d'après ces mesures, le taux de foudre serait d'au moins la moitié de celui de la Terre. Cependant, d'autres instruments de la mission ne détectent pas de foudre. Par ailleurs, l'origine de cette foudre reste incertaine,.

En , et dans une moindre mesure en et des chercheurs travaillant sur la sonde spatiale observent des formes d'arc dans l'atmosphère de Vénus. Cela est considéré comme une preuve de l'existence des plus grandes ondes de gravité stationnaires du Système solaire découvertes à ce jour,,.

Couches de l'atmosphère

L' atmosphère vénusienne peut se diviser sommairement en trois parties : la basse atmosphère, la couche nuageuse et la haute atmosphère,.

Basse atmosphère

Image en proche infrarouge (2,3 µm) des profondeurs de l'atmosphère de Vénus obtenue par la sonde Galileo. Les régions sombres sont la silhouette des nuages apparaissant en négatif sur la basse atmosphère, très chaude et donc très lumineuse dans l'infrarouge.

La basse atmosphère se situe entre d'altitude et est relativement transparente.

La composition de la basse atmosphère est décrite dans le tableau ci-dessous. Le dioxyde de carbone y domine largement, le gaz secondaire étant l'azote et tous les autres étant des constituants mineurs (~300 en tout). À cette pression (9,3 MPa) et à cette température (740 K), le n'est plus un gaz, mais un fluide supercritique (intermédiaire entre gaz et liquide), d'une masse volumique voisine de 65 .

L' effusivité thermique et le transfert de chaleur par les vents dans la basse atmosphère signifient que la température de la surface de Vénus ne varie pas de manière significative entre les hémisphères éclairé et obscur malgré la rotation très lente de la planète. Les vents de surface sont lents, se déplaçant à quelques kilomètres par heure, mais en raison de la forte densité de l'atmosphère en surface, ils exercent une force importante contre les obstacles. Cette force rendrait à elle seule difficile le déplacement d'un être humain.

Couche nuageuse

Au-dessus des couches denses de CO ₂ se trouvent, à entre 45 km et 70 km de la surface, des couches de nuages épais d' acide sulfurique sous forme de gouttelettes, formé de dioxyde de soufre et d'eau (état solide et gazeux) par une réaction chimique entraînant l'hydrate d'acide sulfurique. Les gouttelettes d'acide sulfurique sont en solution aqueuse, constituées à 75 % d'acide sulfurique et à 25 % d'eau. L'atmosphère contient aussi environ 1 % de chlorure ferrique et d'autres constituants possibles pour la composition de ces nuages sont le sulfate de fer, le chlorure d'aluminium et le pentoxyde de phosphore.

Ces nuages réfléchissent environ 90 % de la lumière solaire dans l'espace, empêchant l'observation visuelle de la surface de Vénus. Ceux-ci sont également la cause de sa brillance dans le ciel terrestre, lui conférant un albédo de Bond de 0,77. Cette couverture nuageuse permanente signifie que bien que Vénus soit plus proche que la Terre du Soleil, elle reçoit moins de lumière solaire au sol car seulement 5 % des rayons y parviennent.

Les vents violents de plus de 300 km/h qui entraînent les plus hauts nuages font le tour de Vénus en quatre à cinq jours terrestres. Ces vents se déplacent jusqu'à soixante fois la vitesse de la rotation de la planète ; par comparaison, les vents les plus rapides de la Terre n'ont qu'une vitesse de 10 à 20 % de la vitesse de rotation terrestre.

Bien que les conditions de surface sur Vénus n'y soient pas propices, certains spéculent sur la possibilité de vie dans les couches supérieures des nuages de Vénus (où les températures varient entre 30 et 80 °C), malgré un environnement acide,,.

Si Vénus n'a pas de saisons en tant que telles, les astronomes identifient en 2019 une variation cyclique de l'absorption du rayonnement solaire par l'atmosphère, probablement causée par des particules opaques en suspension dans les nuages supérieurs. La variation provoque des changements observés dans la vitesse des vents de Vénus et semble augmenter et diminuer avec le cycle de taches solaires du Soleil s'écoulant sur onze ans.

Haute atmosphère

La mésosphère de Vénus s'étend de 65 km à 120 km d'altitude et la thermosphère débute à environ 120 km, atteignant probablement la limite supérieure de l'atmosphère ( exosphère) entre 220 et 350 km.

En 2007, la sonde Venus Express découvre l'existence d'un vortex atmosphérique double au pôle sud, puis, en 2011, découvre également l'existence d'une couche d' ozone dans les hautes couches de l'atmosphère de Vénus. Cependant, cette couche étant très faible, on considère que Vénus ne possède aucune stratosphère.

En , l' ESA rapporte que l' ionosphère de Vénus ruisselle vers l'extérieur d'une manière similaire à celle de la queue d'une comète,.

Profil topographique de Vénus : au nord-ouest, les plateaux d'Ishtar Terra et de Lakshmi Planum (en ocre clair), où culmine le mont Maxwell (en rouge et blanc) ; au sud de l'équateur, le plateau d'Aphrodite Terra, avec le volcan Maat Mons tout à fait à l'est (en ocre et rouge) ; au sud-est, Alpha Regio en vert très foncé, et, plus à l'ouest, en ocre, Beta Regio ; en vert et bleu foncé, les vastes plaines de Vénus ; en bleu plus clair, les dépressions vénusiennes.

La surface vénusienne a fait l'objet de spéculations, du fait de ses épais nuages renvoyant la lumière visible, jusqu'à ce que l'envoi de sondes spatiales ne permette de l'étudier. Les missions Venera en 1975 et 1982 ont renvoyé des images d'une surface couverte de sédiments et de roches relativement anguleuses. La surface a été cartographiée en détail par Magellan en 1990-91,. Le sol montre alors des signes de volcanisme important, et le soufre relevé dans l'atmosphère semble indiquer des éruptions récentes,.

Vénus ayant un aplatissement nul, les altitudes y sont définies par rapport au rayon moyen volumétrique de la planète, qui vaut 6 051,8 km. C'est une planète au relief assez peu accidenté : les quatre cinquièmes de sa surface sont recouverts de plaines volcaniques à faible pente. La surface vénusienne est principalement occupée à hauteur de 70 % par de vastes plaines sans grand relief. Baptisées planitiae en géomorphologie planétaire, les principales d'entre elles sont Atalanta Planitia, Guinevere Planitia ou encore Lavinia Planitia. Elles sont parsemées de cratères. Ces plaines, de nature a priori volcanique, se creusent par endroits jusqu'à 2 900 m sous le niveau moyen de la surface, au niveau de dépressions couvrant environ un cinquième de la surface de la planète. Les 10 % de plaines restantes sont lisses ou lobées.

Les plateaux (aussi appelés Hautes Terres ou ), reliefs élevés parfois comparés aux continents terrestres, représentent ainsi moins de 15 % de la surface de la planète (contrairement aux 29 % de surface occupées par des continents sur Terre). Deux sont particulièrement remarquables par leurs dimensions, l'un se trouvant dans l'hémisphère nord de la planète et l'autre juste au sud de l'équateur.

Le continent nord, près des régions polaires, est appelé Ishtar Terra d'après Ishtar la déesse babylonienne de l'amour. Ses dimensions de 3 700 × 1 500 km sont un peu supérieures à celles de l' Australie. Il s'agit d'un ensemble géologique essentiellement volcanique à l'ouest, avec notamment la formation Lakshmi Planum, et orogénique à l'est, où se trouve Skadi Mons, point culminant de la planète à 10 700 m, dans la chaîne des Maxwell Montes, puis l'immense Fortuna Tessera qui est une région de terrains typiquement vénusiens.

Le continent sud est appelé Aphrodite Terra, après la déesse grecque de l'amour. Il est trois fois plus étendu que le précédent, ayant une superficie similaire à celle de l' Amérique du Sud. Ses reliefs y sont cependant moins élevés, présentant un réseau de fragments de plateaux dans un ensemble de tesserae prolongé au sud-est et surtout au nord-est par des coronae et des volcans, parmi lesquels Maat Mons, le plus haut volcan vénusien,.

D'autres régions élevées, de moindre importance, existent également. C'est le cas d' Alpha Regio, une série de cuvettes, d' arêtes, et de plis qui s'agencent dans toutes les directions avec une altitude moyenne de ; ou encore de Beta Regio, remarquable puisqu'on y aurait trouvé de hautes formations volcaniques dont certains sommets, récents, dépasseraient 5 000 m d'altitude. Avec l' Ovda Regio et les Maxwell Montes, du nom de James Clerk Maxwell, ce sont les seules caractéristiques de la surface vénusienne à être nommées d'après un nom masculin, avant l'adoption du système actuel par l' Union astronomique internationale. La nomenclature planétaire actuelle est de nommer les caractéristiques vénusiennes d'après des femmes historiques et mythologiques.

La planète montre peu de cratères d'impact, ce qui indique que la surface est relativement jeune, avec environ 300 à 600 millions d'années,. Vénus possède des caractéristiques de surface uniques en plus des cratères d'impact, des montagnes et des vallées que l'on trouve couramment sur les planètes telluriques. Parmi ceux-ci se trouvent des éléments volcaniques à sommet plat appelés " farra ", ressemblants à des pancakes, et dont le diamètre varie de 20 à 50 km et la hauteur de 100 à 1 000 mètres. On y trouve aussi des fractures concentriques ressemblant à des toiles d'araignées appelées " arachnoïdes " et des anneaux de fractures parfois entourés d'une dépression, nommées " coronae ". Ces caractéristiques sont d'origine volcanique.

La longitude des caractéristiques physiques de Vénus est exprimée par rapport à son méridien principal. Celui-ci était à l'origine défini comme traversant une tache lumineuse appelée Eve, située au sud d'Alpha Regio. Une fois les missions Venera terminées, le méridien principal a été redéfini pour passer par le pic central du cratère Ariadne,. Par ailleurs, la surface de la planète est répartie entre 62 quadrangles cartographiés au 1:5 000 000.

Fotla Corona, une corona de 200 km de diamètre (Magellan, 1991).

La température de surface de Vénus varie peu selon les latitudes et longitudes (elle est isotherme). La température est constante non seulement entre les deux hémisphères mais aussi entre l'équateur et les pôles,. L' inclinaison de l'axe très faible de Vénus - moins de 3°, contre 23° sur Terre - minimise également les variations saisonnières de température. Ainsi, l'altitude est donc l'un des rares facteurs qui puisse affecter la température vénusienne. Le point culminant de Vénus, Maxwell Montes, est donc le point le plus froid avec une température d'environ 655 K (380 °C) et une pression atmosphérique de 4,5 MPa (45 bar),.

En 1995, la sonde spatiale Magellan prend en image une substance très réfléchissante au sommet des plus hauts sommet montagneux, ressemblant à la neige qu'on trouve aux sommets des montages terrestres. Cette substance s'est probablement formée à partir d'un processus similaire à la neige, bien que celui-ci se déroule à une température beaucoup plus élevée. Trop volatile pour se condenser à la surface de la planète, elle se serait ainsi élevée sous forme gazeuse à des altitudes plus élevées pour finalement y précipiter du fait des températures plus faibles. La composition de cette substance n'est pas connue avec certitude, mais il est supposé qu'elle puisse être du tellure ou du galène (sulfure de plomb).

Par ailleurs, des mesures d' émissivité à 1,18 réalisées en suggèrent une relative abondance des granites et autres roches felsiques sur les terrains les plus élevés - qui sont généralement les plus anciens - de la planète. Cela impliquerait l'existence passée d'un océan global assorti d'un mécanisme de recyclage de l'eau dans le manteau susceptible d'avoir produit de telles roches. À l'instar de Mars, Vénus aurait ainsi peut-être connu, il y a plusieurs milliards d'années, des conditions tempérées permettant l'existence d'eau liquide en surface, eau aujourd'hui disparue - par évaporation puis dissociation photochimique dans la haute atmosphère,.

Une grande partie de la surface vénusienne semble avoir été façonnée par l'activité volcanique. Vénus compte beaucoup plus de volcans que la Terre, dont 167 grands volcans de plus de 100 km de diamètre ; le seul complexe volcanique terrestre ayant au moins ce diamètre est la grande île d'Hawaï. Ceci n'est pas la conséquence d'une plus grande activité volcanique sur Vénus, mais surtout de l'ancienneté de sa croûte. La croûte océanique, sur Terre, est continuellement recyclée par subduction aux limites des plaques tectoniques et a une moyenne d'âge d'environ 100 millions d'années tandis que la surface vénusienne est estimée à 300-600 millions d'années.

Plusieurs éléments indiquent une activité volcanique en cours sur Vénus. Les concentrations de dioxyde de soufre dans l'atmosphère ont diminué d'un facteur dix entre 1978 et 1986, puis ont bondi en 2006, avant à nouveau de diminuer d'un facteur dix entre 2006 et 2012. Cela peut signifier que les niveaux avaient augmenté à la suite de grandes éruptions volcaniques,. Il reste ainsi sur Vénus un volcanisme résiduel, entraînant parfois la présence de lave en fusion au sol. Il est également suggéré que la foudre vénusienne pourrait provenir de l'activité volcanique, et donc être de la foudre volcanique. En , des astronomes rapportent des preuves suggérant que Vénus était actuellement volcaniquement active,.

Vénus en 1975 vue par Venera 9.

En 2008 et 2009, la première preuve directe d'un volcanisme en cours est observée par Venus Express, sous la forme de quatre points chauds infrarouges localisés dans la zone de rift Ganis Chasma, près du volcan bouclier Maat Mons culminant à 8 km. Trois des taches ont été observées lors de plusieurs orbites successives. Les géologues pensent ainsi que ces taches représentent de la lave fraîchement libérée par des éruptions volcaniques,. Les températures réelles ne sont pas connues, car la taille des points chauds n'a pas pu être mesurée, mais devait être contenue dans un intervalle de 800 K (527 °C) à 1 100 K (827 °C) tandis que la température normale est évaluée à 740 K (467 °C).

D'autres Montes sont remarquables, avec par exemple le volcan bouclier Gula Mons atteignant une altitude de 3 000 m dans l'ouest d' Eistla Regio ou encore Theia Mons et Rhea Mons dans la Beta Regio. Séparés de 800 km, ces deux derniers ont été formés par le panache du manteau lors de l'apparition de Devana Chasma. Les sondes soviétiques Venera 15 et Venera 16 ont répertorié des cratères d'impact à la surface de Vénus. Il en existe près d'un millier, ceux-ci étant répartis uniformément sur la planète. Sur d'autres corps cratérisés, comme la Terre et la Lune, les cratères montrent une gamme d'états de dégradation. Sur la Lune la dégradation est causée par des impacts ultérieurs, tandis que sur Terre elle est causée par l'érosion éolienne et pluviale. Cependant, sur Vénus, environ 85 % des cratères sont en parfait état. Le nombre de cratères, ainsi que leur état préservé, indique que la planète a subi un événement de resurfaçage global (c'est-à-dire le renouvellement quasi complet de sa surface) il y a environ 300 à 600 millions d'années, suivi d'une décroissance du volcanisme. Aussi, alors que la croûte terrestre est en mouvement continu, Vénus serait incapable de soutenir un tel processus. Sans tectonique des plaques pour dissiper la chaleur de son manteau, Vénus subit plutôt un processus cyclique dans lequel les températures du manteau augmentent jusqu'à atteindre un niveau critique qui affaiblit la croûte. Puis, sur une période d'environ 100 millions d'années, la subduction se produit à grande échelle, recyclant complètement la croûte.

Les cratères vénusiens ont un diamètre pouvant aller de 3 à 280 km. Aucun cratère n'est plus petit que 3 km, en raison de l'atmosphère dense de la planète : les objets n'ayant pas suffisamment d' énergie cinétique sont tellement ralentis par l'atmosphère qu'ils ne créent pas de cratère d'impact. Ainsi les projectiles entrants ayant un diamètre inférieur à 50 mètres se fragmenteront avant d'atteindre le sol.

Sans données sismiques, peu d'informations directes sont disponibles sur la structure interne et la géochimie de Vénus. Sur la base de quinze années d'observation en ondes radio, il est toutefois estimé en 2021 que son moment d'inertie normalisé vaudrait 0,337 ± 0,024. Vénus ressemblant à la Terre par sa taille (6 051 km de rayon contre 6 378 km pour la Terre) et par sa densité (5,26 contre 5,52), plusieurs auteurs supposent cependant que les deux planètes ont une structure interne comparable : un noyau, un manteau et une croûte,,,.

La croûte silicatée, d'une épaisseur supposée allant de 20 à 50 km environ, serait plus épaisse que la croûte océanique terrestre (moyenne de 6 km) et dans l'ordre de grandeur de la croûte continentale terrestre (moyenne de 30 km). La taille de la croûte vénusienne a été déduite des nombreux épanchements de lave constatés autour des cratères d'impact. Cette croûte ne représenterait que 0,34 % du rayon de la planète et les analyses faites par les différentes sondes Venera ont prouvé que le matériau extérieur de Vénus est semblable au granite et au basalte terrestre (roches riches en silice et ferromagnésiennes). Le système de plaques continentales y serait moins complexe que sur Terre : les roches plus plastiques absorbent fortement les effets de la dérive des continents. Ainsi, Vénus n'a pas de plaques tectoniques comme celles de la Terre.

Cette différence fondamentale entre la géologie des deux planètes telluriques les plus ressemblantes peut être attribuée à leur évolution climatique divergente. En effet, le climat vénusien empêche l'eau de se conserver à la surface, desséchant irréversiblement les roches de la croûte. Or, l'eau interstitielle des roches joue un grand rôle dans la subduction sur Terre où elle est conservée dans ses océans. Les roches terrestres contiennent toutes un minimum d'eau résiduelle, ce qui n'est pas le cas dans les conditions du climat à hautes températures de Vénus.

Vénus posséderait un manteau rocheux représentant environ 52,5 % du rayon de la planète, composé essentiellement de silicates et d'oxydes de métaux. Ce manteau pourrait comporter encore aujourd'hui (comme la Terre pendant 2 ou 3 Ga) un océan magmatique, d'une épaisseur de 200 à 400 km.

Comme celui de la Terre, le noyau vénusien est au moins partiellement liquide car les deux planètes se sont refroidies à peu près au même rythme. La taille légèrement plus petite de Vénus signifie que les pressions sont inférieures d'environ 24 % dans son noyau par rapport à celles régnant dans le noyau terrestre. La principale différence entre les deux planètes est le manque de preuves d'une tectonique des plaques sur Vénus, peut-être parce que sa croûte est trop dure pour qu'il y ait une subduction sans eau pour la rendre moins visqueuse. Il en résulte que la perte de chaleur est réduite sur la planète, l'empêchant de se refroidir. Cela fournit une explication à son absence de champ magnétique interne. À la place, Vénus pourrait surtout réduire sa chaleur interne lors d'événements de resurfaçage majeurs.

Le noyau de Vénus serait constitué de deux parties : un noyau externe constitué de fer et de nickel liquides qui représenterait environ 30 % du rayon de la planète ; un noyau interne composé de fer et de nickel solides qui représenterait environ 17 % du rayon de Vénus. Mais cela reste spéculatif car, contrairement à la Terre, il n'y a pas eu de mesures sismiques. Il n'est pas impossible que le noyau de Vénus soit entièrement liquide.

En 1967, la sonde découvre que le champ magnétique de Vénus est beaucoup plus faible que celui de la Terre,. Ce champ magnétique est créé par une interaction entre la ionosphère et le vent solaire plutôt que par un effet dynamo interne comme dans le noyau terrestre,. La magnétosphère presque inexistante de Vénus offre une protection négligeable de l'atmosphère contre le rayonnement cosmique.

L'absence d'un champ magnétique intrinsèque à Vénus fut une surprise au moment de cette découverte, la grande similarité de la planète avec la Terre laissant présager un effet dynamo dans son noyau. Pour qu'il y ait une dynamo, il est nécessaire qu'il y ait présence d'un liquide conducteur, d'une rotation et d'une convection. On pense que le noyau est électriquement conducteur et, bien qu'elle soit très lente, les simulations montrent que la rotation de Vénus est suffisante pour produire une dynamo,. Cela implique qu'il manque une convection dans le noyau de Vénus pour faire apparaître la dynamo.

Sur Terre, la convection se produit dans la couche externe liquide du noyau car le bas de la couche liquide est beaucoup plus élevé en température que le haut. Sur Vénus, un des événements de resurfaçage global peut avoir arrêté la tectonique des plaques et conduit à une baisse du flux de chaleur à travers la croûte. Ce plus faible gradient thermique entraînerait une augmentation de la température du manteau, réduisant ainsi le flux de chaleur hors du noyau. En conséquence, aucune convection n'est réalisée pour entraîner un champ magnétique. Au lieu de cela, la chaleur du noyau est utilisée pour réchauffer la croûte.

D'autres hypothèses seraient que Vénus n'ait pas de noyau interne solide, limitant grandement la séparation des divers constituants et impuretés, et de là les mouvements internes du fluide métallique du noyau qui génèrent le champ magnétique, ou que son noyau ne se refroidisse pas, de sorte que toute la partie liquide du noyau est à peu près à la même température, empêchant une nouvelle fois toute convection. Une autre possibilité est que son noyau s'est déjà complètement solidifié. L'état du noyau dépend fortement de sa concentration de soufre, qui est actuellement inconnue et empêche donc de lever les incertitudes. Malgré son faible champ magnétique, des aurores auraient été observées,.

La faible magnétosphère autour de Vénus signifie que le vent solaire interagit directement avec les couches supérieures de son atmosphère. À cet endroit, des ions hydrogène et oxygène sont créés par la dissociation de molécules neutres par le rayonnement ultraviolet. Le vent solaire fournit alors une énergie suffisante pour que certains de ces ions atteignent une vitesse permettant d'échapper au champ de gravité de Vénus. Ce processus d'érosion entraîne une perte constante d'ions de faible masse (hydrogène, hélium et oxygène) dans l'atmosphère, tandis que les molécules de masse plus élevée, telles que le dioxyde de carbone, sont plus susceptibles d'être retenues. L'érosion atmosphérique par le vent solaire a probablement entraîné la perte de la plupart de l'eau de Vénus au cours du premier milliard d'années après sa formation. L'érosion a également augmenté la proportion de l'isotope deutérium par rapport à l' hydrogène protium sans neutron (donc de masse inférieure et plus facilement emporté), aboutissant à un ratio de deutérium sur protium dans l'atmosphère supérieur à 100 fois à ceux trouvés dans le reste du Système solaire.

Par sa taille et sa masse, Vénus est très similaire à la Terre et a souvent été décrite comme la " sœur jumelle " de cette dernière,. Les deux planètes sont semblables par leurs aspects physiques, possédant notamment peu de cratères - signe d'une surface relativement jeune et d'une atmosphère dense - et ayant des compositions chimiques proches. Le tableau suivant récapitule d'autres propriétés physiques relativement proches par rapport à la Terre :

Une partie des astronomes pensaient, avant l'envoi de sondes spatiales à sa surface, que Vénus pouvait être très similaire à la Terre sous ses épais nuages et peut-être même abriter la vie. Certaines études émettent l'hypothèse qu'il y a quelques milliards d'années, Vénus aurait été bien plus semblable à la Terre qu'elle ne l'est actuellement. Il y aurait ainsi eu des quantités importantes d'eau à sa surface et cette eau se serait évaporée à la suite d'un important effet de serre.

Vénus orbite autour du Soleil à une distance moyenne d'environ 108 millions de kilomètres (entre ) et complète une orbite tous les 224,7 jours terrestres, soit environ 1,6 fois plus vite que la Terre. Bien que toutes les orbites planétaires soient elliptiques, l'orbite de Vénus est celle qui est la plus proche d'une orbite circulaire, avec une excentricité inférieure à 0,01,. Lorsqu'elle se situe entre la Terre et le Soleil en conjonction inférieure, Vénus est la planète se rapprochant le plus de la Terre, à une distance moyenne de 42 millions de kilomètres environ. Cependant, elle passe la majorité de son temps éloignée de la Terre. Mercure est donc en moyenne la planète la plus proche de la Terre, du fait de sa plus faible distance au Soleil,. La planète atteint en moyenne sa conjonction inférieure tous les 584 jours, ce qu'on appelle sa période synodique.

Toutes les planètes du Système solaire tournent autour du Soleil dans le sens antihoraire vu depuis le pôle nord de la Terre. Aussi, la plupart des planètes tournent également sur leurs axes dans le sens antihoraire/direct. Ce n'est pas le cas de Vénus (on peut également citer Uranus), qui tourne dans le sens horaire : on parlera de rotation rétrograde. Sa période de rotation est de 243 jours terrestres - la rotation la plus lente de toutes les planètes du Système solaire. Celle-ci n'est connue que depuis , date à laquelle des observations radar menées par le Jet Propulsion Laboratory ont permis d'observer la surface de la planète au travers de l'épaisse atmosphère.

Un jour sidéral vénusien dure donc plus longtemps qu'une année vénusienne (243 contre 224,7 jours terrestres). Du fait de cette rotation rétrograde, un observateur à la surface de Vénus verrait le Soleil se lever à l'ouest et se coucher à l'est. En pratique, les nuages opaques de Vénus empêchent d'observer le Soleil depuis la surface de la planète.

En raison de la rotation rétrograde, la durée d'un jour solaire sur Vénus est significativement plus courte que le jour sidéral, durant 116,75 jours terrestres, alors qu'ils sont plus longs pour les planètes avec une rotation dans le sens direct. Une année vénusienne représente donc environ 1,92 jour solaire vénusien et les journées et les nuits vénusiennes s'étendent chacune sur près de deux mois terrestres : 58 j 9 h.

Parce que sa rotation est si lente, Vénus est très proche d'une sphère avec un aplatissement presque nul. Aussi, l'équateur de Vénus tourne à 6,52 km/h tandis que celui de la Terre tourne à 1 674 km/h. La rotation de Vénus a ralenti pendant les 16 ans s'étant écoulés entre les visites des véhicules spatiaux Magellan et Venus Express : le jour sidéral vénusien a augmenté de 6,5 minutes dans ce laps de temps,.

Les causes de la rotation rétrograde de Vénus sont encore mal comprises et la planète s'est peut-être formée à partir de la nébuleuse solaire avec une période de rotation et une obliquité différentes de celles qu'elle connaît actuellement. L'explication la plus souvent avancée est une collision gigantesque avec un autre corps de grande taille, pendant la phase de formation des planètes du Système solaire,,.

Une autre explication met en jeu l' atmosphère vénusienne qui, du fait de sa forte densité, a pu influencer la rotation de la planète. Des travaux de Jacques Laskar et Alexandre C. M. Correia prenant en compte les effets de marée thermique atmosphérique montrent le comportement chaotique de l' obliquité et de la période de rotation de Vénus,. Vénus aurait donc pu évoluer naturellement sur plusieurs milliards d'années vers une rotation rétrograde sans avoir à faire intervenir de collision avec un corps massif. La période de rotation observée aujourd'hui pourrait ainsi être un état d'équilibre entre un verrouillage par effet de marée dû à la gravitation du Soleil, qui a tendance à ralentir la rotation, et une marée atmosphérique créée par le chauffage solaire de l'atmosphère vénusienne épaisse qui l'accélérerait,. Il n'est cependant pas possible de savoir si l'obliquité de Vénus est passée brusquement de 0° à 180° au cours de son histoire ou si sa vitesse de rotation s'est ralentie jusqu'à une vitesse nulle pour ensuite devenir négative. Les deux scénarios sont possibles et aboutissent au même état d'équilibre actuel.

Vénus est quasiment en rotation synchrone avec la Terre, de sorte que toutes les fois où Vénus est en conjonction inférieure, Vénus présente presque exactement la même face à la Terre. Cela est dû au fait que l'intervalle moyen de 583,92 jours terrestres entre les approches rapprochées successives de la Terre ( période synodique) est presque égal à 5 jours solaires vénusiens (car 583,92/116,75 ≈ 5,0015),.

Ainsi, il a été discuté d'une hypothétique synchronisation Terre-Vénus. Cependant, ce ratio n'est pas exactement égal à 5, tandis que le verrouillage gravitationnel de la Lune sur la Terre (1:1) ou de celui de la rotation de Mercure sur sa révolution (3:2) sont exacts et stabilisés. Aussi, les forces de marée impliquées dans la synchronisation Vénus-Terre sont extrêmement faibles. L'hypothèse d'une résonance spin-orbite avec la Terre a donc été écartée, la synchronisation observée pouvant être une coïncidence uniquement observable à notre époque astronomique.

Vénus ne possède pas de satellites naturels. Elle possède cependant plusieurs astéroïdes troyens : le quasi-satellite avec une orbite en fer à cheval,, et deux troyens temporaires, et .

En 1645, Francesco Fontana puis Giovanni Cassini rapportent la présence d'une lune en orbite autour de Vénus, qui est ensuite nommée Neith,. De nombreuses observations sont rapportées au cours des deux siècles suivants, dont d'astronomes réputés tels que Joseph-Louis Lagrange en 1761, et Johann Heinrich Lambert calcule son orbite en 1773. Cependant, la plupart de ces observations sont ensuite correctement attribuées à des étoiles voisines ou à des illusions d'optique à la fin du siècle et la quête de Neith s'arrête,.

Une étude de modélisation réalisée en 2006 au California Institute of Technology par Alex Alemi et David Stevenson sur l'origine du Système solaire montre que Vénus a probablement eu au moins une lune créée par un grand impact cosmique il y a plusieurs milliards d'années,. Puis, environ 10 millions d'années plus tard, selon l'étude, un autre impact aurait inversé la direction de rotation de la planète et a provoqué une accélération par effet de marée de la lune vénusienne vers Vénus jusqu'à ce qu'elle entre en collision avec elle. Si des impacts ultérieurs créaient des lunes, celles-ci étaient également supprimées de la même manière. Une autre explication du manque de satellites est l'effet de fortes marées solaires, qui peuvent déstabiliser les gros satellites en orbite autour des planètes terrestres intérieures, comme c'est également le cas pour Mercure,.

À l' œil nu, Vénus est le troisième objet naturel le plus brillant du ciel (après le Soleil et la Lune),. Elle apparaît comme un point blanc brillant avec une magnitude apparente variant entre -4,6 et -3,7 (moyenne de -4,14 et écart-type de 0,31),, et un diamètre apparent compris entre 9,7 et 66 secondes d'arc. La magnitude la plus brillante se produit pendant la phase de croissant environ un mois avant ou après la conjonction inférieure. La planète est suffisamment brillante pour être vue dans un ciel clair en journée, mais est plus facilement visible lorsque le soleil est bas à l'horizon ou en train de se coucher. Du fait de sa luminosité elle est le seul objet céleste du ciel nocturne, mis à part la lune, à pouvoir projeter une ombre sur le sol terrestre,. En tant que planète inférieure de la Terre, son élongation (c'est-à-dire l'angle marqué entre la planète et le soleil dans le ciel terrestre) connaît une valeur maximale de 47°.

Vénus dépasse la Terre tous les 584 jours en ce qui concerne leur orbite autour du Soleil. Ce faisant, elle passe de " l'étoile du soir ", visible après le coucher du soleil, à " l'étoile du matin ", visible avant le lever du soleil. À l'inverse de Mercure, l'autre planète inférieure qui possède elle une élongation maximale de 28° et qui est souvent difficile à discerner au crépuscule, Vénus est très facilement visible, surtout lorsqu'elle est à son plus fort. Le crépuscule astronomique (moment où le soleil est suffisamment sous l' horizon pour qu'il y ait un ciel totalement sombre) étant d'environ 18°, elle peut atteindre jusqu'à un angle de 47-18 = 29° dans un ciel noir et rester visible jusqu'à plusieurs heures après le coucher du soleil.

Ces caractéristiques ont contribué à son surnom dans la culture populaire occidentale d'" étoile du berger " (bien que le terme " étoile " soit impropre puisqu'il s'agit d'une planète) car elle peut être facilement visible dans le ciel, ce qui historiquement permettait de guider les gardiens de troupeaux pour aller aux pâturages ou en revenir. En tant qu'objet ponctuel le plus brillant du ciel, Vénus est également communément prise pour un objet volant non identifié,,.

Au cours de son orbite autour du Soleil, Vénus affiche des phases comme celles de la Lune lorsque vue au télescope. La planète apparaît comme un petit disque dit " plein " lorsqu'elle est située de l'autre côté du Soleil par rapport à la Terre (à une conjonction supérieure). Vénus montre un disque plus grand et une " phase quart" à ses allongements maximaux par rapport au Soleil, et apparaît alors à son plus brillant dans le ciel nocturne. La planète présente un croissant mince beaucoup plus grand en vue télescopique lorsqu'elle passe le long du côté proche entre la Terre et le Soleil. Enfin, Vénus affiche sa plus grande taille et sa " nouvelle phase " lorsqu'elle se situe entre la Terre et le Soleil (à conjonction inférieure). Son atmosphère est visible au télescope du fait du halo de lumière solaire réfractée autour d'elle.

Leur observation a été faite pour la première fois au début du par Galilée à l'aide de sa lunette astronomique. Elles ont été un argument utilisé par ce dernier pour se rallier à la théorie héliocentrique de Copernic.

Transit de Vénus de 2012, observable au coucher de soleil à Tiki Island, États-Unis.

On appelle " transit de Vénus " le passage de la planète Vénus entre la Terre et le Soleil, où l'ombre de Vénus apparaît devant le disque solaire. L'orbite vénusienne étant légèrement inclinée par rapport à l'orbite terrestre, lorsque la planète passe entre la Terre et le Soleil elle ne traverse généralement pas la face du Soleil. Ainsi, les transits de Vénus se produisent alors lorsque la conjonction inférieure la planète coïncide avec sa présence dans le plan de l' orbite terrestre, plus précisément quand elles croisent la ligne d'intersection de leurs plans orbitaux. Cet événement est rare à l'échelle de temps humaine du fait des critères nécessaires à cette observation : les transits de Vénus se produisent par cycles de 243 ans, le schéma actuel étant des paires de transit séparée de huit ans et se produisant à des intervalles d'environ 105,5 ans ou 121,5 ans. Ce modèle fut découvert pour la première fois en 1639 par l'astronome anglais Jeremiah Horrocks.

Au cours du transit de Vénus, il apparaît un effet d'optique appelé " phénomène de la goutte noire ". Lors du deuxième contact et juste avant le troisième contact, une petite larme noire semble connecter le disque de la planète avec la frontière du limbe solaire, rendant difficile de dater précisément les contacts.

Historiquement, l'observation des transits de Vénus est importante car ils permettaient aux astronomes de déterminer la valeur de la distance Terre-Soleil (l' unité astronomique) par la méthode de la parallaxe, comme l'a fait Horroks en premier lors du transit de 1639. Le siècle a ainsi vu de grandes expéditions de la part des astronomes européens pour mesurer les deux transits de et ,, auxquels le nom de l'astronome français Guillaume Le Gentil est resté attaché en raison de la malchance qui l'empêcha d'effectuer les observations auxquelles il avait consacré des années de préparation,. Aussi, l'exploration du capitaine Cook de la côte est de l' Australie intervient après qu'il a navigué jusqu'à Tahiti en 1768 pour observer le transit de Vénus de 1769,.

La paire de transits suivante s'est produite en décembre 1874 et décembre 1882. Le transit de 1874 fait l'objet de la plus ancienne expérimentation de chronophotographie connue afin d'en mesurer la durée précise, le Passage de Vénus par l'astronome français Jules Janssen,,.

La dernière paire de transits s'est produite les 8 juin 2004 et 5- 6 juin 2012. Le transit pouvait à cette occasion être regardé en direct sur Internet à partir de nombreux streaming ou observé localement avec le bon équipement et les bonnes conditions,. Le prochain transit aura lieu le 11 décembre 2117,.

Des observations à l'œil nu de Vénus en journée sont notées dans plusieurs anecdotes et enregistrements.

L'astronome Edmond Halley calcule sa luminosité maximale à l'œil nu en 1716, lorsque de nombreux Londoniens sont alarmés par son apparition en plein jour. L'empereur français Napoléon Bonaparte est témoin d'une apparition diurne de la planète lors d'une réception au Luxembourg. Une autre observation historique diurne célèbre de la planète a lieu lors de la cérémonie d'investiture du second mandat du président américain Abraham Lincoln à Washington, DC, le ,,. Pendant la Seconde Guerre mondiale, le navire de guerre américain USS Langley (CV-1) tire vers le ciel le (cinq jours après l' attaque de Pearl Harbor) pour tenter d'abattre Vénus, la prenant pour un avion ennemi,,,.

Bien que la visibilité à l'œil nu des phases de Vénus soit contestée, il existe des enregistrements d'observations de son croissant.

Le pentagramme de Vénus est le chemin que Vénus trace comme observé depuis la Terre. Il résulte du fait que les conjonctions inférieures successives de Vénus se répètent très près d'un rapport de 13:8 (la Terre faisant 8 révolutions quand Vénus en fait 13), donnant ainsi un angle constant de 144° sur les conjonctions inférieures séquentielles, c'est-à-dire à chaque période synodique,. Ce rapport est une approximation : en réalité 8/13 vaut 0,615 38 tandis que Vénus orbite autour du Soleil en 0,615 19 année terrestre. Comme il faut 5 périodes synodiques de Vénus pour former le pentagramme, cela se produit toutes les 8 années terrestres.

Un mystère de longue date des observations de Vénus est sa lumière cendrée. Il s'agit d'un phénomène lumineux évanescent qui se présenterait sous la forme d'une lueur diffuse à peine discernable éclairant la partie sombre du disque de Vénus lorsque la planète est en phase de croissant,. La première observation revendiquée de la lumière cendrée est faite en 1643, mais l'existence de l'illumination n'a jamais été confirmée de manière fiable. Les observateurs émettent l'hypothèse que cela pourrait résulter d'une activité électrique dans l'atmosphère vénusienne, mais cela pourrait également être une illusion d'optique résultant de l' effet physiologique de l'observation d'un objet brillant en forme de croissant,.

Phosphoros et Hespéros par Evelyn De Morgan. Phosphoros symbolise le matin avec la torche levée tandis qu'Hespéros symbolise le soir avec la torche baissée.

Vénus étant le troisième astre du ciel en termes de magnitude apparente, après le Soleil et la Lune, elle a attiré l'attention des premiers astronomes. Aussi, Vénus est la première planète à avoir ses mouvements tracés dans le ciel, dès le deuxième millénaire avant J.-C. Cependant, parce que les mouvements de la planète semblent être discontinus (elle peut disparaître du ciel pendant plusieurs jours en raison de sa proximité avec le soleil) et qu'elle apparaît tantôt le matin ( Astre du matin) et tantôt le soir ( Astre du soir), de nombreuses cultures et civilisations ont d'abord pensé que Vénus correspondait à deux astres différents. Ainsi, pour les anciens Égyptiens, l'étoile du matin était appelée Tioumoutiri et l'étoile du soir Ouaiti. De même, les Chinois ont historiquement appelé la Vénus du matin " la Grande Blanche " ( Tài-bái 太白) ou " l'Ouvreuse de la Luminosité " ( Qǐ-míng 啟明), et la Vénus du soir comme " l'Excellente Ouest " ( Cháng-gēng 長庚).

Néanmoins, un sceau-cylindre de la période de Djemdet Nasr et la tablette d'Ammisaduqa de la première dynastie de Babylone indiquent que les Babyloniens semblent avoir compris assez tôt que les " étoiles du matin et du soir " étaient le même objet céleste,. Vénus est alors connue sous le nom de Ninsi'anna (" dame divine, illumination du ciel " du fait de sa brillance) et plus tard sous le nom de Dilbat. Les premières orthographes du nom sont écrites avec le signe cunéiforme si4 (= SU, signifiant " être rouge ") dont la signification première pourrait être " dame divine de la rougeur du ciel ", en référence à la couleur de l'aube et du crépuscule.

Les anciens Grecs pensèrent également que Vénus était deux corps distincts, une étoile du matin et une étoile du soir. Ils les appelèrent respectivement Phōsphoros (Φωσϕόρος), signifiant " apporteur de lumière " (d'où l'élément phosphore ; alternativement Ēōsphoros (Ἠωςϕόρος), signifiant " aurore ") pour l'étoile du matin, et (Ἕσπερος), signifiant " occidental ", pour l'étoile du soir. Pline l'Ancien attribue la découverte qu'ils étaient un seul objet céleste à Pythagore au sixième siècle avant notre ère, tandis que Diogène Laërtius soutient que Parménide fut probablement responsable de cette redécouverte. Plus tard, bien que les anciens Romains aient reconnu Vénus comme un seul objet céleste, les deux noms grecs traditionnels ont continué à être utilisés et aussi traduits en latin par (signifiant " porteur de lumière ") pour l'apparition du matin et pour celle du soir,,.

Au deuxième siècle de notre ère, Ptolémée émet l'hypothèse dans son traité d'astronomie que Mercure et Vénus sont situées entre le Soleil et la Terre, au sein d'un système géocentrique,.

Parallèlement, les Mayas considèrent Vénus comme le corps céleste le plus important après le Soleil et la Lune. Ils l'appellent Chac ek ou Noh Ek, signifiant " la grande étoile " et savent qu'il ne s'agit que d'un seul astre,. Les cycles de Vénus font l'objet d'un calendrier retrouvé dans le Codex de Dresde et les Mayas suivent les apparitions et conjonctions de Vénus à l' aube et au crépuscule,. Ce calendrier repose notamment sur leur observation que cinq périodes synodiques de la planète correspondent à huit années terrestres, cause du " pentagramme de Vénus ". De nombreux événements de ce cycle étaient associés au mal et les guerres ont parfois été coordonnées pour coïncider avec les phases du cycle.

Al-Khwârizmî, dit Algorismus, mathématicien, géographe et astronome d'origine perse, établit au siècle des tables astronomiques basées sur l'astronomie hindoue et grecque. Il étudie ainsi la position et la visibilité de la Lune et ses éclipses, du Soleil et des cinq planètes visibles à l' œil nu. Il est le premier d'une longue série de scientifiques arabes.

Au siècle, l' astronome perse Avicenne affirme avoir observé un transit de Vénus, ce qui constituera une confirmation de la théorie de Ptolémée pour les astronomes ultérieurs. Au siècle, l'astronome andalou Ibn Bajjah observe " deux planètes comme des taches noires sur la face du Soleil " et Averroès déclare que le neveu de Sa'd ibn Mu'adh avait assisté à un transit simultané de Vénus et de Mercure, annonçant avoir calculé leurs trajectoires et qu'elles étaient en conjonction à ce moment pour soutenir sa thèse, ; cette observation sera ensuite citée par Nicolas Copernic dans Des révolutions des sphères célestes'. Qotb al-Din Chirazi, astronome de l'école de Maragha, considére également au siècle ces observations comme des transits de Vénus et de Mercure.

En réalité, il n'y a pas eu de transit de Vénus du vivant d'Ibn Bajjah, et les transits de deux planètes n'ont pas pu être simultanés comme le décrit Averroès. Aussi, si Avicenne n'a pas noté le jour où il aurait observé un transit et s'il y a bien eu un transit de son vivant (le , cinq ans avant sa mort), celui-ci ne pouvait être visible pour lui du fait de sa position géographique,.

D'une façon générale, des doutes ont été soulevés par des astronomes plus récents sur l'observation des transits par les astronomes médiévaux arabes, ceux-ci ayant été potentiellement confondus avec des taches solaires,. Ainsi, toute observation d'un transit de Vénus avant les télescopes reste spéculative.

Recherches au télescope à partir du siècle

La découverte par Galilée que Vénus montre des phases (bien qu'elle reste près du Soleil dans le ciel terrestre) prouve qu'elle orbite autour du Soleil et non de la Terre.

Le physicien italien Galilée invente la lunette astronomique en 1609. En , il l'utilise pour observer Vénus et constate que la planète présente des phases, comme la Lune,. Il note qu'elle montre une phase semi-éclairée lorsqu'elle est au plus fort de son élongation et qu'elle apparaît comme un croissant ou une phase complète lorsqu'elle est au plus proche du Soleil dans le ciel. Galilée en déduit que Vénus est en orbite autour du Soleil, ce qui est l'une des premières observations contredisant clairement le modèle géocentrique de Claude Ptolémée selon lequel le Système solaire serait concentrique et centré sur la Terre,.

Le transit de Vénus de 1639 est prédit avec précision par Jeremiah Horrocks puis observé par lui et son ami, William Crabtree, dans leurs maisons respectives, le (soit le selon le calendrier julien utilisé à cette époque),,. Si l'on considère les observations des astronomes arabes comme contestées, il s'agit donc des premiers Hommes à avoir observé un transit de Vénus,.

En 1645, une première observation d'un supposé satellite de Vénus est faite par Francesco Fontana, ultérieurement dénommé Neith,. D'autres observations seront faites pendant les deux siècles suivants (dont celles de Giovanni Cassini ou de Joseph-Louis Lagrange), mais l'existence de Neith est finalement réfutée à la fin du siècle et les observations attribuées à des erreurs ou des illusions d'optique.

Le phénomène de la goutte noire tel que mis en évidence par James Cook lors du transit de Vénus de 1769.

Vers 1666, Cassini estime à un peu plus de 23 heures la période de rotation de Vénus, sans parvenir à identifier s'il s'agit vraiment d'une rotation ou bien d'une libration,,. Cette erreur par rapport à la valeur réelle maintenant connue est notamment due aux marques de mouvement sur la surface de la planète créées par son atmosphère dense, dont l'existence n'était alors pas connue.

Vers 1726, Francesco Bianchini observe, ou croit observer, grâce à une lunette particulièrement puissante des taches sur la surface de la planète indiquant des étendues similaires aux mers lunaires. Il réalise ainsi le premier planisphère de Vénus.

Pour les transits de Vénus de 1761 et de 1769, de grandes expéditions sont organisées à travers le monde afin de réaliser des observations permettant de mesurer l' unité astronomique à l'aide de la méthode de la parallaxe,. Des noms telles que ceux de James Cook et de Guillaume Le Gentil restent associés à ces expéditions. Cependant, les résultats de la mesure de l'UA réalisés en 1771 par Jérôme de Lalande sont décevants en raison de la mauvaise qualité des observations.

L' atmosphère de Vénus est également découverte en 1761 par le polymathe russe Mikhail Lomonosov, puis observée en 1792 par l'astronome allemand Johann Schröter,. Schröter découvre en effet que lorsque la planète est un mince croissant, ses pointes s'étendent sur plus de 180° ; il suppose donc que cela est dû à l'effet de la dispersion de la lumière du soleil dans une atmosphère dense. Plus tard, l'astronome américain Chester Lyman observe un anneau complet autour de la planète alors qu'elle est en conjonction inférieure, fournissant des preuves supplémentaires d'une atmosphère.

De nouvelles expéditions sont organisées pour les transits de 1874 et de 1882, aboutissant à de meilleures approximation de l'UA, d'études de l'atmosphère vénusienne et de la plus ancienne expérimentation de film connue : le Passage de Vénus par l'astronome français Jules Janssen,.

L'atmosphère, qui avait auparavant compliqué les efforts pour déterminer une période de rotation d'observateurs tels que Cassini et Schröter, est prise en compte en 1890 par Giovanni Schiaparelli et d'autres qui optent alors pour une période de rotation de 225 jours environ, ce qui aurait alors correspondu à une rotation synchrone avec le Soleil.

Utilisation de nouveaux outils à partir du siècle

Peu de choses ont été découvertes sur la planète jusqu'au siècle. Son disque presque sans relief ne donnant aucune indication sur sa surface du fait de l'épaisse atmosphère, ce n'est qu'avec le développement d'observations spectroscopiques, radar et ultraviolettes que plus d'informations ont été obtenues.

Les observations spectroscopiques des années 1900 ont donné les premiers indices plus précis sur la rotation vénusienne. Vesto Slipher essaie de mesurer le décalage Doppler de la lumière de Vénus, mais constate qu'il ne peut détecter aucune rotation. Il en déduit que la planète doit avoir une période de rotation beaucoup plus longue qu'on ne le pensait auparavant.

Les premières observations ultraviolettes sont effectuées dans les années 1920, lorsque Frank E. Ross constate que les photographies ultraviolettes révèlent des détails absents dans le rayonnement visible et infrarouge. Il suggère que cela est dû à une atmosphère inférieure dense et jaune avec de hauts nuages de cirrus.

Des travaux ultérieurs dans les années 1950 montrent que la rotation est rétrograde. Aussi, des observations radar de Vénus sont effectuées pour la première fois dans les années 1960 et fournissent les premières mesures de la période de rotation, qui sont alors déjà proches de la valeur exacte connue soixante ans plus tard. C'est aussi l'observation radio qui indique en 1958, soit bien avant l'atterrissage de la sonde Venera 7 en 1970, que la température du sol de la planète est de l'ordre de 500 °C.

Dans les années 1970, les observations radar révèlent pour la première fois des détails de la surface vénusienne. Des impulsions d'ondes radio sont diffusées sur la planète en utilisant le radio-télescope de 300 mètres à l' Observatoire Arecibo et les échos révèlent deux régions hautement réfléchissantes, désignées Alpha Regio et Beta Regio. Les observations révèlent également une région brillante attribuée à une montagne, qui est appelée Maxwell Montes. Ces trois caractéristiques sont désormais les seules sur Vénus à ne pas avoir de prénom féminin car nommées avant la normalisation de l' Union astronomique internationale.

L'exploration de Vénus à l'aide de sondes spatiales commence au début des années , peu après l'envoi du premier satellite artificiel en orbite, Spoutnik 1. Une vingtaine d'entre elles ont depuis visité la planète, que ce soit pour de simples survols, pour des séjours plus longs en orbite autour de Vénus, ou encore pour larguer des modules d'observation dans l'atmosphère et à la surface de Vénus. Jusque dans les années 2000, l'exploration de cette planète était uniquement réalisée par l' Union Soviétique et les États-Unis.

La première mission d'envoi de sonde spatiale sur Vénus, et d'une façon générale sur une autre planète que la Terre, commence avec le programme soviétique Venera (" Vénus " en français) en 1961. Cependant, ce sont les États-Unis qui connaissent le premier succès avec la mission Mariner 2 le , devenant la première mission interplanétaire réussie de l'histoire, passant à 34,833 km au-dessus de la surface de Vénus et collectant des données sur l'atmosphère de la planète et sa température de surface évaluée à près de 700 (427 °C),. La sonde ne détecte pas de champ magnétique au voisinage de la planète et met en évidence la quasi-absence d'eau dans l'atmosphère vénusienne,. Les informations envoyées par Mariner 2 complètent les observations radar réalisées depuis le sol terrestre la même année, notamment à l'observatoire Goldstone en Californie, qui ont permis d'estimer la période de rotation de la planète, inconnue jusqu'alors.

En , la sonde soviétique Venera 4 entre avec succès dans l'atmosphère vénusienne et réalise des expériences. La sonde montre que la température de surface est plus chaude que ce que Mariner 2 avait calculé (près de 500 °C), détermine que l'atmosphère est composée à 95 % de dioxyde de carbone et découvre que l'atmosphère de Vénus est considérablement plus dense que ce que les concepteurs de la sonde n'avaient prévu. La sonde Venera 4 parvient à lancer une capsule vers le sol vénusien, et celle-ci transmet des données sur la composition de l'atmosphère vénusienne jusqu'à une altitude de 24 km. En parallèle, les américains lancent Mariner 5 dont les données seront analysées conjointement avec celles de Venera 4 par une équipe scientifique soviéto-américaine dans une série de colloques au cours de l'année suivante, ce qui constitue un premier exemple de coopération spatiale en pleine Guerre froide.

En 1974, Mariner 10 transite par Vénus lors d'une manœuvre d' assistance gravitationnelle lui permettant de se diriger vers Mercure. La sonde prend des photographies ultraviolettes des nuages pendant le survol, révélant des vitesses de vent très élevées dans l'atmosphère vénusienne.

En 1975, les atterrisseurs soviétiques Venera 9 et 10 transmettent les premières images de la surface de Vénus, qui étaient alors en noir et blanc. Venera 9 devient alors la première sonde de l'humanité à se poser sur une autre planète que la Terre, et la première à retransmettre des clichés de sa surface. En , les premières images couleur de la surface sont obtenues par les atterrisseurs soviétiques Venera 13 et 14, lancés à quelques jours d'intervalle.

La NASA obtient des données supplémentaires en 1978 avec le projet Pioneer Venus qui comprend deux missions distinctes : Pioneer Venus Orbiter et Pioneer Venus Multiprobe,. Le programme soviétique Venera réalise en , lorsque les sondes Venera 15 et 16 sont placées en orbite, une cartographie détaillée de 25 % du terrain de Vénus (du pôle nord à 30° de latitude nord).

Vénus est par la suite régulièrement survolée afin de réaliser des manœuvres d' assistance gravitationnelle, notamment par les sondes soviétiques Vega 1 et Vega 2 ( 1985), qui profitent de leur passage autour de la planète pour y larguer chacune un ballon atmosphérique et un atterrisseur, avant de se diriger vers la Comète de Halley. Toutefois, aucun atterrisseur ne parvient à la surface, leur parachute ayant été arraché par les vents violents de l'atmosphère vénusienne.

Images de Vénus prise dans le proche infrarouge par Galileo (1990).

Par la suite, Galileo (1990) effectue le même type de manœuvre avant d'aller vers Jupiter, tout comme Cassini - Huygens (1998) avant d'aller vers Saturne et MESSENGER (2006) avant d'aller vers Mercure. Lors de son survol, la sonde Galileo fait des observations en proche infrarouge.

En orbite pendant quatre ans autour de Vénus, entre et , la sonde Magellan réalise une cartographie complète et très précise (avec une résolution horizontale inférieure à 100 m) de la surface de la planète. La sonde spatiale utilise pour cela un radar, seul instrument capable de percer l'épaisse atmosphère de Vénus. Un relevé altimétrique est également effectué. Cette cartographie détaillée montre un sol remarquablement jeune géologiquement parlant (de l'ordre de 500 millions d'années), la présence de milliers de volcans, et une absence de tectonique des plaques telle qu'on la connait sur Terre mais de nouvelles analyses suggèrent que la surface est divisée en blocs rocheux, " ramollis " par la chaleur intense de l'environnement et semblent se déplacer entre eux à la manière des blocs de glace de la banquise terrestre.

La sonde Vénus Express de l' Agence spatiale européenne (réalisée en coopération avec Roscosmos) est lancée en et observe Vénus depuis jusqu'au . Elle permet de réaliser plusieurs découvertes importantes dont une possible activité volcanique récente, le ralentissement de sa vitesse de rotation ou encore la présence d'une " queue magnétique ".

En 2007, une mission européenne Venus Entry Probe est prévue pour permettre l'exploration in situ de l'atmosphère vénusienne grâce entre autres à un ballon naviguant à une altitude de 55 km, mais elle n'aboutit finalement pas.

Modèle d'Akatsuki, seule sonde en orbite autour de Vénus en 2020.

En , des chercheurs de la NASA présentent le projet High Altitude Venus Operational Concept qui vise à établir une colonie humaine installée dans des dirigeables à 50 kilomètres d'altitude où la température n'est que de 75 °C et la pression proche de celle de la Terre,. À la fin des années , la NASA avait déjà étudié la possibilité d'utiliser des éléments du programme Apollo afin de réaliser un survol habité de Vénus avec un équipage de trois astronautes qui auraient effectué le voyage aller-retour en une année environ.

En 2016, le programme Institute for Advanced Concepts de la NASA commence à étudier un rover ( astromobile), l' Automaton Rover for Extreme Environments, conçu pour survivre longtemps dans les conditions environnementales de Vénus. Il serait contrôlé par un ordinateur mécanique et alimenté par l' énergie éolienne.

Depuis 2016, une sonde de la JAXA, Akatsuki, est sur une orbite très elliptique autour de Vénus,. Lancée en mais arrivée avec cinq ans de retard à cause d'une panne de propulseur lors de son insertion initiale, il s'agit de la seule sonde en orbite autour de Vénus en 2020. Elle a pour objectif de mieux comprendre ce qui a mené la planète à son état actuel, notamment son effet de serre. L'engin a permis de découvrir la présence, à 64 km d'altitude, d'une onde de gravité longue de 10 000 km et 65 km de large, stationnaire par rapport au sol et pouvant perdurer plusieurs jours (contrairement aux ondes de gravité sur Terre qui disparaissent très vite). Akatsuki a également pris des clichés dans l'infrarouge de la face nocturne de Vénus.

Le , la sonde européenne BepiColombo, réalisée en partenariat avec la JAXA nippone, décolle vers la planète Mercure. Durant son trajet, elle réalisera deux survols de la planète Vénus, durant lesquels elle effectuera plusieurs expériences, servant notamment à tester les instruments de la sonde avant son arrivée autour de Mercure en 2025.

Panorama à 180 degrés de la surface de Vénus capturé par la sonde Venera 9 en 1975.

Habitabilité

La spéculation sur l'existence de la vie sur Vénus a considérablement diminué depuis le début des années 1960, lorsque les véhicules spatiaux ont commencé à étudier la planète et qu'il est devenu clair que les conditions sur Vénus sont bien plus hostiles que celles sur Terre.

Vénus possédant des températures de surface de près de 462 °C avec une pression atmosphérique 90 fois supérieure à celle de la Terre, l'impact extrême de l'effet de serre rend improbable la vie à base d' eau comme elle est actuellement connue,.

Quelques scientifiques ont émis l'hypothèse de l'existence de microorganismes extrémophiles thermoacidophiles dans les couches supérieures acides à basse température de l'atmosphère vénusienne,. Aussi, en , les astronomes ont signalé que le nouveau modèle à long terme d'absorbance et de changement d' albédo dans l'atmosphère de la planète Vénus est causé par des " absorbeurs inconnus ", qui peuvent être des produits chimiques ou même de grandes colonies de micro-organismes haut dans l'atmosphère de la planète,.

En septembre 2020, le grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama et le James Clerk Maxwell Telescope observent la signature de phosphine gazeuse dans le spectre de l'atmosphère de Vénus, et ce en l'absence de mécanismes naturels abiotiques connus de production en quantité suffisante de cette molécule sur une planète tellurique,. Toutefois, l'article paru dans reste prudent : " Questions of why hypothetical organisms on Venus might make PH3 are also highly speculative ". La NASA ainsi que différents journaux scientifiques appellent à la prudence sur les résultats de détection de la phosphine ainsi que sur ses potentielles origines. En novembre, l'observation elle-même est contestée, notamment en raison d'erreurs de calibration du télescope.

Une présence permanente sur Vénus, au même titre que sur Mars, serait un nouveau pas dans le cadre de la conquête spatiale. Aussi, différentes méthodes de colonisation sont envisagées ou l'ont été.

La pression atmosphérique et la température à cinquante kilomètres au-dessus de la surface sont similaires à celles de la surface de la Terre. Cela a conduit à des propositions d'utilisation d' aérostats (ballons plus légers que l'atmosphère) pour l'exploration initiale et, finalement, pour des " villes flottantes " permanentes dans l'atmosphère vénusienne. Parmi les nombreux défis d'ingénierie à relever figurent les quantités dangereuses d' acide sulfurique à ces hauteurs. Cette approche a notamment été proposée par la NASA dans le cadre de son projet High Altitude Venus Operational Concept,.

Une autre forme de colonisation sur Vénus serait sa terraformation. Une terraformation de Vénus consisterait à la rendre habitable pour l'homme, et donc rendre les conditions de surface moins hostiles. Ainsi, il faudrait abaisser sa température de surface, éliminer le dioxyde de carbone en excès dans l'atmosphère et accélérer sa période de rotation afin d'aboutir à un cycle jour/nuit plus proche de celui connu sur Terre,.

Vénus étant une caractéristique principale du ciel nocturne, elle a revêtu une importance dans la mythologie, l' astrologie et la fiction à travers l'histoire et dans différentes cultures. Ainsi, la planète doit son nom à la déesse Vénus, déesse de l'amour dans la mythologie romaine (assimilée à l' Aphrodite de la mythologie grecque). De là vient également le nom du cinquième jour de la semaine : vendredi (de veneris diem, en latin, pour " jour de Vénus "),.

Dans la mythologie mésopotamienne, Ishtar, la déesse de l'amour, est associée à la planète Vénus,. Un des symboles de la déesse, l'étoile à huit branches, la représente comme l'étoile du matin ou du soir. De plus, les mouvements d'Ishtar dans les mythes qui lui sont associés correspondent aux mouvements de la planète Vénus dans le ciel.

Les Chrétiens, reprenant le nom romain Lucifer (" porteur de lumière ") pour désigner " l'étoile du matin ", associent la " chute " de la planète dans le ciel à celle d'un ange. Cela aboutit finalement à la figure de l' ange déchu Lucifer.

En chinois, la planète est appelée Jīn-xīng (金星), la planète dorée de l' élément métallique. En Inde, elle appelée Shukra Graha (" la planète Shukra "), d'après la divinité Shukra et est utilisée en astrologie indienne. Ce nom signifie " clair, pur " ou " éclat, clarté " en sanskrit. Les cultures chinoises, japonaises et coréennes modernes se réfèrent littéralement à la planète comme " l'étoile de métal " (金星), sur la base des cinq éléments (Wuxing),,. L'ancien Japon désigne également la planète Vénus du nom de Taihaku,, ce nom ayant depuis été réattribué à un astéroïde par les astronomes : (4407) Taihaku.

Vénus est représentée en bas à droite du grand cyprès dans La Nuit étoilée de Vincent van Gogh (1889).

Dans la culture populaire occidentale, la planète Vénus est surnommée l'" étoile du berger " car elle peut être facilement visible dans le ciel du matin (à l'est), avant l'aurore, ou dans le ciel du soir (à l'ouest), après le crépuscule. À l'époque moderne, le terme " étoile " est impropre car il est connu qu'il s'agit d'une planète, mais pour les Anciens, elle faisait partie des cinq astres dits " errants ". On lui attribua ce nom car les gardiens de troupeaux dans les temps anciens en tenaient compte pour aller dans les pâturages ou en revenir. Chez les Dogons, peuple contemporain du Mali réputé pour sa cosmogonie, elle peut également être appelée enegirim tolo, pour " étoile du berger ". Par ailleurs, leur cosmogonie mentionne l'existence d'un satellite naturel autour de Vénus.

L'étoile du berger est parfois confondue avec l'étoile des Rois mages, ou Étoile de Bethléem, bien qu'il s'agisse d'astres différents. Cette dernière est parfois évoquée comme ayant été une nova, supernova ou encore la comète de Halley, ces hypothèses ayant été mises de côté car aucun de ces phénomènes ne s'est déroulé durant le règne d' Hérode. L'explication actuelle est que l'intense lumière ait été produite par une conjonction entre Jupiter et Saturne,.

Des poètes classiques comme Homère, Sappho, Ovide et Virgile ont parlé de l'étoile et de sa lumière, puis des poètes préromantiques et romantiques tels que William Blake, Robert Frost, Letitia Elizabeth Landon, Alfred Lord Tennyson et William Wordsworth ont écrit des odes au sujet de la planète.

Gustav Holst dédie le second mouvement de son poème symphonique Les Planètes (1918) à Vénus, où elle incarne la paix. Plus récemment, Alain Bashung, pour son album Bleu Pétrole, compose la chanson Vénus, consacrée à la planète et à son rôle de guide.

En peinture, la représentation la plus célèbre de Vénus reste celle de Vincent Van Gogh dans La Nuit étoilée, vue depuis la chambre de son asile du monastère Saint-Paul-de-Mausole à Saint-Rémy-de-Provence en ,. Une étude du ciel au printemps de 1889 permet de confirmer qu'il s'agit bien de Vénus, entourée de blanc en bas à droite du grand cyprès. Le peintre indique également explicitement la présence de l'objet céleste dans ses lettres. La planète est également visible dans ses peintures Route avec un cyprès et une étoile et La Maison blanche, la nuit, réalisées en 1890 et peu avant la mort de l'artiste.

Avec l'invention du télescope, l'idée que Vénus était un monde physique et une destination possible a commencé à prendre forme.

Aussi, elle est représentée dans la fiction depuis le siècle. La forte couverture nuageuse vénusienne laisse également aux écrivains de science-fiction toute latitude pour spéculer sur les conditions de vie à sa surface, d'autant plus que les premières observations ont montré que non seulement sa taille était similaire à celle de la Terre mais qu'elle possédait une atmosphère substantielle. Plus proche du Soleil que la Terre, la planète est souvent décrite comme plus chaude, mais toujours habitable par les humains ; les écrivains imaginent alors des extraterrestres qu'ils nomment les Vénusiens. Le genre a atteint son apogée entre les années 1930 et 1950, à une époque où la science avait révélé certains aspects de Vénus, mais pas encore la dure réalité de ses conditions de surface ; on peut notamment citer Dans les murs d'Eryx de H.P. Lovecraft en 1939, Parelandra de C. S. Lewis en 1943 et Les Océans de Vénus d' Isaac Asimov en 1954. Cependant, après les premières missions d'exploration robotisées, les résultats montrent qu'aucune forme de vie n'y est possible à la surface. Cela met un terme à ce genre particulier reposant sur l'espérance d'une Vénus habitée.

Aussi, à mesure que la connaissance scientifique de Vénus a progressé, les auteurs de science-fiction modifient les thèmes abordés. Ainsi, des ouvrages conjecturant des tentatives humaines de terraformer Vénus se sont développés, comme dans le diptyque de Pamela Sargent ( Vénus des rêves et Vénus des ombres en 1986 et 1988). Une approche de villes flottantes dans l'épaisse atmosphère de la planète afin de connaître des températures plus clémentes est également abordée dans Le Sultan des nuages (2010) de Geoffrey Landis. Quatre ans après, des chercheurs de la NASA proposent un projet similaire, High Altitude Venus Operational Concept, visant à établir une colonie humaine dans des dirigeables à 50 kilomètres d'altitude sur Vénus,.

Le symbole astronomique de Vénus est le même que celui utilisé en biologie pour le sexe féminin : un cercle avec une croix pointant vers le bas ( unicode 0x2640 : ♀),. Il correspond également au symbole alchimique ancien du cuivre. À l'époque moderne, il est toujours employé comme symbole astronomique pour Vénus, bien que son utilisation soit découragée par l' Union astronomique internationale.

L'idée, erronée, selon laquelle le symbole représente le miroir de la déesse est introduite par Joseph Juste Scaliger à la fin du siècle. Il invoque également le fait que le cuivre fut utilisé pour réaliser les miroirs antiques, faisant ainsi le lien avec le symbole alchimique. Au début du siècle, Claude Saumaise établit que le symbole dérive en réalité de la première lettre du nom grec de la planète Phōsphoros (Φωσϕόρος), comme les symboles des autres planètes,.

Cythère étant une épiclèse homérique d' Aphrodite, l'adjectif " cythérien " ou " cythéréen " est parfois utilisé en astronomie (notamment dans astéroïde cythérocroiseur) ou en science-fiction (les Cythériens, une race de Star Trek). Aussi, l'adjectif " vénusien " est communément employé pour définir les caractéristiques de Vénus en lieu de " vénérien ", qui a pris une connotation péjorative d'origine médicale en tant que synonyme d' infection sexuellement transmissible.

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Vénus Vénus en vraies couleurs vue par Mariner 10.