Sciences planétaires

corps célestes (tels que les planètes , y compris la Terre , les lunes , les astéroïdes et les comètes ) et des systèmes planétaires (en particulier ceux du Système solaire ) ainsi que des processus de leur formation. Elle étudie des objets de tailles variées, allant des micrométéorites aux géantes gazeuses , afin de déterminer leur composition, leur dynamique, leur formation, leurs interactions et leur histoire. Domaine fortement interdisciplinaire , la planétologie, issue de l'astronomie et des sciences de la Terre , intègre aujourd'hui de nombreuses disciplines, dont la géologie planétaire , la cosmochimie , les sciences de l'atmosphère , la physique , l'océanographie , l'hydrologie , la planétologie théorique , la glaciologie et l'exoplanétologie . Parmi les disciplines connexes figurent la physique spatiale , qui étudie les effets du Soleil sur les corps du Système solaire, et l'astrobiologie .

Les sciences planétaires comprennent des branches observationnelles et théoriques interdépendantes. La recherche observationnelle peut combiner l' exploration spatiale , principalement par le biais de missions spatiales robotisées utilisant la télédétection , et des travaux expérimentaux comparatifs menés en laboratoire sur Terre . La composante théorique repose en grande partie sur la simulation informatique et la modélisation mathématique .

Les planétologues sont généralement rattachés aux départements d'astronomie et de physique ou de sciences de la Terre des universités ou des centres de recherche, bien qu'il existe plusieurs instituts entièrement dédiés aux sciences planétaires à travers le monde. En règle générale, les planétologues étudient l'une des disciplines suivantes au niveau master ou doctorat : sciences de la Terre, astronomie, astrophysique , géophysique ou physique, et concentrent leurs recherches sur les sciences planétaires. Plusieurs conférences majeures sont organisées chaque année, et de nombreuses revues scientifiques à comité de lecture sont publiées . Certains planétologues travaillent dans des centres de recherche privés et initient souvent des projets de recherche en partenariat.

Démocrite , qui, selon Hippolyte, aurait déclaré :

Les mondes ordonnés sont infinis et de tailles différentes. Certains sont dépourvus de soleil et de lune, tandis que d'autres y sont plus grands et plus nombreux que chez nous. Les intervalles entre ces mondes sont inégaux : certains sont plus grands, d'autres plus petits. Certains croissent, d'autres prospèrent, d'autres encore dépérissent. Ici, ils apparaissent, là, ils disparaissent. Ils sont tous détruits par collision. Certains mondes ordonnés sont dépourvus d'animaux, de plantes et d'eau. Ces planètes sont rocheuses et ne possèdent rien d'autre, parfois une atmosphère, mais elles sont inhospitalières.

Plus récemment, la planétologie a émergé de l'astronomie, à partir de l'étude des planètes non résolues. En ce sens, le premier astronome planétaire est Galilée , qui découvrit les quatre plus grandes lunes de Jupiter , les montagnes lunaires et fut le premier à observer les anneaux de Saturne , autant d'objets d'études approfondies par la suite. L'étude des montagnes lunaires par Galilée en 1609 marqua également le début de l'étude des paysages extraterrestres : son observation selon laquelle « la Lune ne possède certainement pas une surface lisse et polie » suggéra qu'elle et d'autres mondes pourraient ressembler « à la surface même de la Terre ».

Les progrès réalisés dans la construction des télescopes et l'amélioration de la résolution instrumentale ont progressivement permis une meilleure identification des détails atmosphériques et de surface des planètes. La Lune a été initialement l'astre le plus étudié, du fait de sa proximité avec la Terre et des structures complexes qu'elle présentait à sa surface. Les améliorations technologiques ont progressivement permis d'acquérir des connaissances géologiques lunaires plus précises. Dans ce processus scientifique, les principaux instruments ont été les télescopes optiques astronomiques (puis les radiotélescopes ) et, enfin, les engins spatiaux d'exploration robotisés , tels que les sondes spatiales .

Le système solaire est aujourd'hui relativement bien étudié, et nous avons une bonne compréhension générale de sa formation et de son évolution. Cependant, de nombreuses questions restent sans réponse , et le rythme des nouvelles découvertes est très rapide, notamment grâce au grand nombre de sondes interplanétaires qui explorent actuellement le système solaire.

Disciplines

Les sciences planétaires étudient l'astronomie observationnelle et théorique, la géologie ( astrogéologie ), les sciences atmosphériques et une sous-spécialité émergente dans les océans planétaires , appelée océanographie planétaire .

Astronomie planétaire

Il s'agit à la fois d'une science observationnelle et théorique. Les chercheurs en astronomie observationnelle s'intéressent principalement à l'étude des petits corps du Système solaire : ceux qui sont observés par des télescopes, optiques et radio, afin de déterminer leurs caractéristiques telles que leur forme, leur rotation, les matériaux de leur surface et l'altération subie, et de comprendre l'histoire de leur formation et de leur évolution.

L'astronomie planétaire théorique s'intéresse à la dynamique : l'application des principes de la mécanique céleste au Système solaire et aux systèmes planétaires extrasolaires . L'observation des exoplanètes et la détermination de leurs propriétés physiques, l'exoplanétologie , constituent un domaine de recherche majeur, au même titre que l'étude du Système solaire. Chaque planète possède sa propre branche.

Géologie planétaire

Lune et ses deux voisines, Vénus et Mars . La Lune a été étudiée en premier, grâce à des méthodes initialement développées pour la Terre. La géologie planétaire s'intéresse aux objets célestes présentant une surface solide ou possédant des états physiques solides significatifs au sein de leur structure. Elle applique la géologie , la géophysique et la géochimie aux corps planétaires.

Géomorphologie planétaire

bassins à anneaux multiples , cratères)

Caractéristiques volcaniques et tectoniques (coulées de lave, fissures, rilles )

Caractéristiques glaciaires

Caractéristiques éoliennes

L’altération spatiale désigne les effets érosifs générés par l’environnement extrême de l’espace (bombardement continu de micrométéorites, pluie de particules de haute énergie, érosion par impact ). Par exemple, la fine couche de poussière recouvrant la surface du régolithe lunaire résulte du bombardement de micrométéorites.

Caractéristiques hydrologiques : le liquide en cause peut être de l’eau, des hydrocarbures ou de l’ammoniac , selon la localisation dans le système solaire. Cette catégorie inclut l’étude des caractéristiques paléohydrologiques (paléochenaux, paléolacs).

L'histoire de la surface d'une planète peut être reconstituée en cartographiant ses caractéristiques de haut en bas selon leur séquence de dépôt , comme l'a initialement établi Nicolas Steno sur les strates terrestres . Par exemple, la cartographie stratigraphique a préparé les astronautes d'Apollo à la géologie de terrain qu'ils rencontreraient lors de leurs missions lunaires. Des séquences superposées ont été identifiées sur les images prises par le programme Lunar Orbiter , et celles-ci ont servi à établir une colonne stratigraphique lunaire et une carte géologique de la Lune.

des astéroïdes et de Mars sont présents sur Terre, détachés de leurs corps parents et apportés sous forme de météorites . Certaines de ces météorites ont subi une contamination par l' oxydation de l'atmosphère terrestre et l'infiltration de la biosphère , mais celles collectées ces dernières décennies en Antarctique sont presque entièrement vierges.

Les différents types de météorites provenant de la ceinture d'astéroïdes couvrent presque toutes les parties de la structure des corps différenciés : il existe même des météorites issues de la limite noyau-manteau ( pallasites ). La combinaison de la géochimie et de l'astronomie observationnelle a également permis de relier les météorites HED à un astéroïde précis de la ceinture principale, Vesta .

Les quelques météorites martiennes connues ont permis de mieux comprendre la composition géochimique de la croûte martienne. Cependant, le manque inévitable d'informations sur leurs points d'origine à la surface diverse de Mars ne permet pas d'apporter des contraintes plus précises aux théories de l'évolution de la lithosphère martienne . Au 24 juillet 2013, 65 échantillons de météorites martiennes avaient été découverts sur Terre. Nombre d'entre eux provenaient de l'Antarctique ou du Sahara.

Durant le programme Apollo , 384 kilogrammes d' échantillons lunaires ont été collectés et transportés sur Terre. Trois robots soviétiques Luna ont également rapporté des échantillons de régolithe lunaire. Ces échantillons constituent le registre le plus complet de la composition de tous les corps du Système solaire, à l'exception de la Terre. Le nombre de météorites lunaires a connu une croissance rapide ces dernières années : en avril 2008, 54 météorites étaient officiellement classées comme lunaires. Onze d'entre elles proviennent de la collection américaine de météorites antarctiques, six de la collection japonaise et les 37 autres de régions désertiques chaudes d'Afrique, d' Australie et du Moyen-Orient. La masse totale des météorites lunaires reconnues avoisine les champs gravitationnels des planètes. Par exemple, dans les années 1970, les perturbations du champ gravitationnel au-dessus des mers lunaires ont été mesurées grâce à des orbiteurs lunaires, ce qui a conduit à la découverte de concentrations de masse, les mascons , sous les bassins d'Imbrium, de Serenitatis, de Crisium, de Nectaris et d'Humorum.

Si le champ magnétique d'une planète est suffisamment puissant, son interaction avec le vent solaire forme une magnétosphère autour de celle-ci. Les premières sondes spatiales ont permis de découvrir les dimensions approximatives du champ magnétique terrestre, qui s'étend sur environ 10 rayons terrestres en direction du Soleil. Le vent solaire , un flux de particules chargées, s'écoule autour du champ magnétique terrestre et se poursuit derrière la queue magnétique, à des centaines de rayons terrestres en aval. À l'intérieur de la magnétosphère se trouvent des régions relativement denses en particules de vent solaire : les ceintures de radiation de Van Allen .

La géophysique planétaire comprend, entre autres, la sismologie et la tectonophysique , la dynamique des fluides géophysiques , la physique des minéraux , la géodynamique , la géophysique mathématique et les levés géophysiques .

Géodésie planétaire

gravitationnels et des phénomènes géodynamiques ( mouvement polaire dans un espace tridimensionnel variable dans le temps). Cette science combine des éléments d' astrophysique et de planétologie. La forme de la Terre résulte en grande partie de sa rotation, qui provoque son renflement équatorial , et de l'action combinée de processus géologiques tels que la collision des plaques et le volcanisme , auxquels s'oppose le champ gravitationnel terrestre . Ces principes s'appliquent à la surface solide de la Terre ( orogenèse ). Peu de montagnes dépassent une pression si importante à sa base, due à la gravité, que la roche deviendrait plastique et la montagne s'affaisserait jusqu'à une hauteur d'environ Mons , culmine à géoïde terrestre est la représentation de la Terre abstraite de ses caractéristiques topographiques. De même, le géoïde ( aréoïde ) martien est la représentation de Mars abstraite de ses caractéristiques topographiques. La topographie et la cartographie sont deux domaines d'application importants de la géodésie.

sciences atmosphériques planétaires

Des bandes nuageuses sont clairement visibles sur Jupiter.

L' atmosphère est une zone de transition essentielle entre la surface solide d'une planète et les ceintures d'ionisation et de radiation raréfiées situées plus haut. Toutes les planètes ne possèdent pas d'atmosphère : son existence dépend de leur masse et de leur distance au Soleil – les planètes trop éloignées possèdent des atmosphères glacées. Outre les quatre planètes géantes , trois des quatre planètes telluriques ( la Terre , Vénus et Mars ) possèdent une atmosphère significative. Deux lunes ont également une atmosphère significative : Titan, satellite de Saturne , et Triton, satellite de Neptune . Mercure possède une atmosphère ténue .

Les effets de la vitesse de rotation d'une planète sur son axe se manifestent dans les courants atmosphériques. Observés depuis l'espace, ces phénomènes apparaissent sous forme de bandes et de tourbillons dans le système nuageux et sont particulièrement visibles sur Jupiter et Saturne.

océanographie planétaire

les exoplanètes , c'est-à-dire les planètes situées en dehors du système solaire . Jusqu'à récemment, les moyens d'étudier les exoplanètes étaient extrêmement limités, mais grâce au rythme actuel des innovations technologiques en matière de recherche , l'exoplanétologie est devenue une sous-discipline de l'astronomie en plein essor .

Planétologie comparée

Titan , lune de Saturne , l'évolution des objets du système solaire externe à différentes distances du Soleil, ou encore la géomorphologie des surfaces des planètes telluriques, pour ne citer que quelques exemples.

La principale comparaison possible est avec les caractéristiques terrestres, car elles sont beaucoup plus accessibles et permettent une gamme de mesures bien plus étendue. Les études d'analogues terrestres sont particulièrement courantes en géologie planétaire, en géomorphologie et en sciences atmosphériques.

L’utilisation d’analogues terrestres a été décrite pour la première fois par Gilbert (1886).

Dans la fiction

Dans le roman de science-fiction Dune de Frank Herbert (1965), Liet-Kynes , personnage secondaire important, occupe la fonction de « planétologue impérial » de la planète fictive Arrakis , un poste hérité de son père, Pardot Kynes. À ce titre, un planétologue possède des compétences d'écologue, de géologue, de météorologue et de biologiste, ainsi que des notions de sociologie humaine. Les planétologues appliquent cette expertise à l'étude de planètes entières. Dans la série Dune , ils sont employés pour comprendre les ressources planétaires et planifier la terraformation ou d'autres projets d'ingénierie à l'échelle planétaire. Ce rôle fictif dans Dune a influencé le discours sur les sciences planétaires et est considéré par un auteur comme une référence dans les disciplines connexes. À titre d’exemple, une publication de Sybil P. Seitzinger dans la revue Nature s’ouvre sur une brève introduction concernant le rôle fictif de Liet-Kynes dans Dune et suggère que les humains devraient envisager de nommer des individus possédant des compétences similaires à celles de Liet-Kynes pour les aider à gérer leurs activités sur Terre.

Activité professionnelle

Revues

Revue annuelle des sciences de la Terre et des planètes

Lettres sur les sciences de la Terre et des planètes

Terre, Lune et planètes

Geochimica et Cosmochimica Acta

Icare

Journal de recherche géophysique – Planètes

Météorites et sciences planétaires

Sciences planétaires et spatiales

Le Journal des sciences planétaires

Journal de recherche géophysique (et sous-divisions)

organismes professionnels

Cette liste non exhaustive comprend les institutions et universités qui abritent d'importants groupes de chercheurs en sciences planétaires. L'ordre alphabétique est utilisé.