Science planétaire comparée
Toutes les planètes terrestres (et certains satellites, comme la Lune) sont essentiellement composées de silicates enroulés autour de noyaux de fer. Les grandes lunes du Système solaire externe et Pluton ont plus de glace, et moins de roche et de métal, mais subissent toujours des processus analogues.
VolcanismEdit
Le volcanisme sur Terre est en grande partie basé sur la lave. D’autres planètes terrestres présentent des caractéristiques volcaniques supposées être à base de lave, évaluées dans le contexte d’analogues facilement étudiés sur Terre. Par exemple, la lune de Jupiter Io présente un volcanisme existant, y compris des coulées de lave. Ces flux ont été initialement déduits d’être composés principalement de diverses formes de soufre élémentaire fondu, sur la base de l’analyse de l’imagerie effectuée par les sondes Voyager. Cependant, des études infrarouges terrestres réalisées dans les années 1980 et 1990 ont fait basculer le consensus en faveur d’un modèle principalement à base de silicate, le soufre jouant un rôle secondaire.
Une grande partie de la surface de Mars est composée de divers basaltes considérés comme analogues aux basaltes hawaïens, par leurs spectres et leurs analyses chimiques in situ (y compris les météorites martiennes). Mercure et la Lune de la Terre présentent également de grandes zones de basaltes, formées par d’anciens processus volcaniques. Les surfaces des régions polaires présentent des morphologies polygonales, également observées sur Terre.
En plus des coulées de basalte, Vénus abrite un grand nombre de volcans à dôme de crêpes créés par des coulées de lave très visqueuses riches en silice. Ces dômes n’ont pas d’analogue terrestre connu. Ils ont une certaine ressemblance morphologique avec les dômes de lave rhyolite-dacite terrestres, bien que les dômes de crêpes soient beaucoup plus plats et uniformément ronds.
Certaines régions plus éloignées du Système solaire présentent un cryovolcanisme, un processus que l’on ne voit nulle part sur terre. Le cryovolcanisme est étudié à travers des expériences en laboratoire, des modélisations conceptuelles et numériques, et par comparaison croisée avec d’autres exemples dans le domaine. Des exemples de corps avec des caractéristiques cryovolcaniques comprennent les comètes, certains astéroïdes et Centaures, Mars, Europe, Encelade, Triton et peut-être Titan, Cérès, Pluton et Éris.
Les traces de dopants de la glace d’Europe sont actuellement supposées contenir du soufre. Ceci est évalué via un ressort à sulfate canadien en tant qu’analogue, en préparation pour les futures sondes Europa.Les petits corps tels que les comètes, certains types d’astéroïdes et les grains de poussière, en revanche, servent de contre-exemples. Supposés avoir subi peu ou pas de chauffage, ces matériaux peuvent contenir (ou être) des échantillons représentant le système solaire primitif, qui ont depuis été effacés de la Terre ou de tout autre grand corps.
Certaines planètes extrasolaires sont entièrement recouvertes d’océans de lave, et certaines sont des planètes verrouillées par des marées, dont l’hémisphère orienté vers les étoiles est entièrement constitué de lave.
Cratèremodifier
Les cratères observés sur la Lune étaient autrefois supposés volcaniques. La Terre, en comparaison, n’a pas montré un nombre de cratères similaire, ni une fréquence élevée d’événements météoritiques importants, ce qui serait attendu car deux corps voisins devraient connaître des taux d’impact similaires. Finalement, ce modèle de volcanisme a été renversé, comme de nombreux cratères terrestres (démontrés par ex., des cônes brisés, du quartz choqué et d’autres impactites, et peut-être des écailles) ont été trouvés, après avoir été érodés au cours du temps géologique. Les cratères formés par des munitions de plus en plus grandes ont également servi de modèles. La Lune, en revanche, ne montre ni atmosphère ni hydrosphère, et pourrait ainsi accumuler et préserver des cratères d’impact sur des milliards d’années malgré un faible taux d’impact à tout moment. De plus, de plus en plus de recherches effectuées par un plus grand nombre de groupes dotés d’un meilleur équipement ont mis en évidence le grand nombre d’astéroïdes, présumés avoir été encore plus nombreux dans les périodes antérieures du Système solaire.
Comme sur Terre, un faible nombre de cratères sur d’autres corps indique des surfaces jeunes. Ceci est particulièrement crédible si des régions ou des corps voisins présentent des cratères plus lourds. Les surfaces jeunes, quant à elles, indiquent un traitement atmosphérique, tectonique ou volcanique, ou hydrologique sur de grands corps et des comètes, ou une redistribution de la poussière ou une formation relativement récente sur des astéroïdes (c’est-à-dire la séparation d’un corps parent).
L’examen des enregistrements de cratères sur plusieurs corps, dans plusieurs zones du Système solaire, indique un Bombardement intensif tardif, qui à son tour témoigne de l’histoire ancienne du Système Solaire. Cependant, le bombardement lourd tardif tel qu’il est actuellement proposé pose certains problèmes et n’est pas complètement accepté.
Un modèle pour la densité exceptionnellement élevée de Mercure par rapport aux autres planètes terrestres est le décapage d’une quantité importante de croûte et / ou de manteau à cause d’un bombardement extrêmement intense.
Différentiationmodifier
En tant que grand corps, la Terre peut retenir efficacement sa chaleur interne (de sa formation initiale à la désintégration de ses radio-isotopes) sur une longue échelle de temps du Système solaire. Il conserve ainsi un noyau fondu et a des matériaux différenciés -denses ont coulé jusqu’au noyau, tandis que des matériaux légers flottent pour former une croûte.
D’autres corps, par comparaison, peuvent ou non s’être différenciés, en fonction de leur historique de formation, de leur contenu en radio-isotopes, de l’apport d’énergie supplémentaire par bombardement, de la distance par rapport au Soleil, de leur taille, etc. L’étude de corps de différentes tailles et distances du Soleil fournit des exemples et impose des contraintes au processus de différenciation. La différenciation elle-même est évaluée indirectement, par la minéralogie de la surface d’un corps, par rapport à sa densité apparente et à sa minéralogie attendues, ou par des effets de forme dus à de légères variations de gravité. La différenciation peut également être mesurée directement, par les termes d’ordre supérieur du champ de gravité d’un corps tels que mesurés par un survol ou une assistance gravitationnelle, et dans certains cas par des librations.
Les cas de bord incluent Vesta et certaines des plus grandes lunes, qui montrent une différenciation mais sont supposées s’être complètement solidifiées depuis. La question de savoir si la Lune de la Terre s’est solidifiée ou retient certaines couches en fusion n’a pas été définitivement résolue. De plus, les processus de différenciation devraient varier le long d’un continuum. Les corps peuvent être composés de roches et de métaux plus légers et plus lourds, d’une teneur élevée en glace d’eau et en substances volatiles (avec moins de résistance mécanique) dans les régions plus froides du Système solaire, ou principalement de glaces à faible teneur en roches / métaux encore plus éloignées du Soleil. On pense que ce continuum enregistre les différentes chimies du Système solaire primitif, avec des réfractaires qui survivent dans les régions chaudes et des volatiles chassés vers l’extérieur par le jeune Soleil.
Les noyaux des planètes sont inaccessibles, étudiés indirectement par sismométrie, gravimétrie et, dans certains cas, magnétométrie. Cependant, les météorites de fer et de fer pierreux sont probablement des fragments des noyaux des corps parents qui se sont partiellement ou complètement différenciés, puis se sont brisés. Ces météorites sont donc le seul moyen d’examiner directement les matériaux intérieurs profonds et leurs processus.
Les planètes géantes gazeuses représentent une autre forme de différenciation, avec de multiples couches de fluides par densité. Certains font la distinction entre les vraies géantes gazeuses et les géantes de glace plus éloignées du Soleil.
TectoniquEdit
À son tour, un noyau fondu peut permettre la tectonique des plaques, dont la Terre présente des caractéristiques majeures. Mars, en tant que corps plus petit que la Terre, ne montre aucune activité tectonique actuelle, ni de crêtes de montagne provenant d’une activité géologiquement récente. Cela est supposé être dû à un intérieur qui s’est refroidi plus rapidement que la Terre (voir géomagnétisme ci-dessous). Un cas de bord peut être Vénus, qui ne semble pas avoir de tectonique existante. Cependant, dans son histoire, il a probablement eu une activité tectonique mais l’a perdue. Il est possible que l’activité tectonique sur Vénus soit encore suffisante pour redémarrer après une longue ère d’accumulation.
Io, malgré un volcanisme élevé, ne montre aucune activité tectonique, peut-être due à des magmas à base de soufre avec des températures plus élevées, ou simplement à des flux volumétriques plus élevés. Pendant ce temps, les fosses de Vesta peuvent être considérées comme une forme de tectonique, malgré la petite taille de ce corps et les températures fraîches.
Europa est une démonstration clé de la tectonique des planètes extérieures. Sa surface montre des mouvements de blocs de glace ou de radeaux, des failles de glissement et éventuellement des diapirs. La question de la tectonique existante est beaucoup moins certaine, ayant peut-être été remplacée par le cryomagmatisme local. Ganymède et Triton peuvent contenir des zones resurfacées tectoniquement ou cryovolcaniquement, et les terrains irréguliers de Miranda peuvent être tectoniques.
Les tremblements de terre sont bien étudiés sur Terre, car plusieurs sismomètres ou de grands réseaux peuvent être utilisés pour dériver les formes d’onde des tremblements de terre dans plusieurs dimensions. La Lune est le seul autre corps à recevoir avec succès un réseau de sismomètres; les “tremblements de mars” et l’intérieur de Mars sont basés sur des modèles simples et des hypothèses dérivées de la Terre. Vénus a reçu une sismométrie négligeable.
Les géantes gazeuses peuvent à leur tour présenter différentes formes de transfert et de mélange de chaleur. De plus, les géantes gazeuses présentent des effets de chaleur différents selon la taille et la distance au Soleil. Uranus montre un budget thermique net négatif dans l’espace, mais les autres (y compris Neptune, plus loin) sont nets positifs.
Géomagnétiquemédit
Deux planètes terrestres (la Terre et Mercure) présentent des magnétosphères et présentent donc des couches de métal en fusion. De même, les quatre géantes gazeuses ont des magnétosphères, qui indiquent des couches de fluides conducteurs. Ganymède montre également une magnétosphère faible, prise comme preuve d’une couche souterraine d’eau salée, tandis que le volume autour de Rhéa montre des effets symétriques qui peuvent être des anneaux ou un phénomène magnétique. Parmi ceux-ci, la magnétosphère terrestre est de loin la plus accessible, y compris depuis la surface. Elle est donc la plus étudiée, et les magnétosphères extraterrestres sont examinées à la lumière des études terrestres antérieures.
Cependant, des différences existent entre les magnétosphères, indiquant des domaines nécessitant des recherches plus approfondies. La magnétosphère de Jupiter est plus forte que les autres géantes gazeuses, tandis que celle de la Terre est plus forte que celle de Mercure. Mercure et Uranus ont des magnétosphères décalées, qui n’ont pas encore d’explication satisfaisante. L’axe incliné d’Uranus provoque le tire-bouchon de sa queue magnétique derrière la planète, sans analogue connu. De futures études uraniennes pourraient montrer de nouveaux phénomènes magnétosphériques.
Mars montre des restes d’un champ magnétique antérieur à l’échelle planétaire, avec des rayures comme sur Terre. Ceci est considéré comme la preuve que la planète avait un noyau de métal en fusion dans son histoire antérieure, permettant à la fois une magnétosphère et une activité tectonique (comme sur Terre). Ces deux éléments se sont depuis dissipés. La Lune de la Terre montre des champs magnétiques localisés, indiquant un processus autre qu’un gros noyau de métal en fusion. Cela peut être la source de tourbillons lunaires, non vus sur Terre.
Géochimiemodifier
En dehors de leur distance au Soleil, différents corps présentent des variations chimiques indiquant leur formation et leur histoire. Neptune est plus dense qu’Uranus, considéré comme une preuve que les deux ont peut-être changé de place dans le système solaire primitif. Les comètes présentent à la fois une teneur élevée en matières volatiles et des grains contenant des matériaux réfractaires. Cela indique également un certain mélange de matériaux à travers le système solaire lorsque ces comètes se sont formées. L’inventaire des matériaux de mercure par volatilité est utilisé pour évaluer différents modèles pour sa formation et / ou sa modification ultérieure.
Les abondances isotopiques indiquent des processus au cours de l’histoire du Système solaire. Dans une certaine mesure, tous les corps se sont formés à partir de la nébuleuse présolaire. Divers processus ultérieurs modifient ensuite les rapports élémentaires et isotopiques. Les géantes gazeuses en particulier ont une gravité suffisante pour retenir les atmosphères primaires, tirées en grande partie de la nébuleuse présolaire, par opposition au dégazage et aux réactions ultérieures des atmosphères secondaires. Les différences dans les atmosphères des géantes gazeuses par rapport aux abondances solaires indiquent alors un processus dans l’histoire de cette planète. Pendant ce temps, les gaz des petites planètes telles que Vénus et Mars présentent des différences isotopiques indiquant des processus d’échappement atmosphériques.{rapport isotopique de l’argon météorite planétaire} {rapport isotopique du néon météorite}
Les diverses modifications des minéraux de surface, ou altération spatiale, sont utilisées pour évaluer les types et les âges des météorites et des astéroïdes. Les roches et les métaux protégés par des atmosphères (particulièrement épaisses), ou d’autres minéraux, subissent moins d’intempéries et moins de chimies d’implantation et de traces de rayons cosmiques. Les astéroïdes sont actuellement classés par leurs spectres, indiquant les propriétés de surface et les minéralogies. Certains astéroïdes semblent avoir moins d’altération spatiale, par divers processus, y compris une date de formation relativement récente ou un événement de “rafraîchissement”. Comme les minéraux de la Terre sont bien protégés, l’altération spatiale est étudiée via des corps extraterrestres, et de préférence de multiples exemples.
Les objets de la ceinture de Kuiper présentent des surfaces très altérées ou dans certains cas très fraîches. Comme les longues distances entraînent de faibles résolutions spatiales et spectrales, les chimies de surface de KBO sont actuellement évaluées via des lunes et des astéroïdes analogues plus proches de la Terre.
