Notes sur le système solaire interne: l'atmosphère et la magnétosphère, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez10 January 2014

Notes sur le système solaire interne: l'atmosphère et la magnétosphère, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le système solaire interne: l'atmosphère et la magnétosphère. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: la Terre, L'atmosphère, Les limites de l'atmosphère, Le magnétisme.
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Après Vénus, nous arrivons à notre propre planète : la Terre. Avec un diamètre de 12 800

kilomètres, légèrement supérieur à celui de Vénus, la Terre est la plus grande planète du

système solaire interne. Elle orbite autour duSoleil à une distance moyenne de 150 millions de

kilomètre en une année. Cette distance sert de définition pour une autre grandeur, l'unité

astronomique, utilisée pour mesurer les distances dans le système solaire. Le plan de l'orbite de

la Terre autour du Soleil est appelé le plan de l'écliptique et sert également de référence dans le

système solaire.

Une image de la Terre prise par la sonde Galileo lors de son premier survol de notre planète en 1990.

Crédit : NASA

La Terre tourne sur elle-même en un peu moins de 24 heures, ce qui donne lieu à l'alternance

des jours et des nuits. Son axe de rotation est incliné de 23 degrés par rapport à la direction

perpendiculaire au plan de l'écliptique. Cet axe garde une direction plus ou moins fixe par

rapport aux étoiles, mais au cours de l'orbite terrestre, sa direction par rapport au Soleil

change. C'est cette particularité qui donne lieu aux saisons. Ainsi, à la fin du mois de juin,

l'hémisphère nord de notre planète est légèrement penchée vers le Soleil et reçoit plus de

rayonnement : les journées sont plus longues et les températures plus chaudes, l'été commence

dans l'hémisphère nord. Au contraire, à la fin du mois de décembre, c'est l'hémisphère sud qui

est penchée vers le Soleil. Dans l'hémisphère nord, les journées sont plus courtes et les

températures plus basses, c'est l'hiver qui commence. Dans les périodes de transition, aucune

des hémisphères n'est privilégiée, les températures sont moyennes, tout comme la longueur

des journées, c'est soit le printemps, soit l'automne.

L'atmosphère

L'une des caractéristiques qui distingue notre planète est la composition de son atmosphère.

Cette dernière contient 78 pour cent d'azote, 21 pour cent d'oxygène, le reste étant constitué

de gaz rares comme l'argon, de gaz carbonique, de vapeur d'eau et de traces d'autres

constituants, sans oublier de nombreuses particules en suspension. En guise de comparaison,

les planètes Vénus et Mars ont une atmosphère dominée par le gaz carbonique, avec un peu

d'azote et pratiquement pas d'oxygène. La grande quantité d'oxygène présente est une

conséquence directe du phénomène terrestre le plus remarquable : la vie. C'est en effet le

développement d'organismes vivants qui a lentement transformé notre atmosphère en y

injectant de l'oxygène.

Une aurore australe photographiée depuis la navette spatiale lors du maximum solaire de 1991. Crédit

:NASA

Les limites de l'atmosphère ne sont pas bien définies. La densité décroît avec l'altitude mais

l'atmosphère est encore détectable à des milliers de kilomètres d'altitude. Les variations de

température avec l'altitude ont permis de définir plusieurs couches dans l'atmosphère. A partir

du sol, la température décroît jusqu'à atteindre un minimum de -55 degrés Celsius à une

hauteur d'environ 10 kilomètres. Cette couche s'appelle la troposphère et contient les trois

quarts de la masse totale de l'atmosphère. C'est là que se produisent tous les phénomènes

météorologiques comme les nuages ou la pluie. Au-dessus de la troposphère, la température

remonte jusqu'à atteindre zéro degré Celsius vers une altitude de 50 kilomètres : c'est la

stratosphère. On y trouve en particulier les molécules d'ozone qui joue un rôle essentiel en

absorbant les rayons ultraviolets du Soleil, les empêchant ainsi d'atteindre le sol. C'est d'ailleurs

cette absorption qui produit l'augmentation de température de la couche.

Ensuite la température recommence à descendre jusqu'à 85 kilomètres, c'est la mésosphère,

puis à remonter, c'est la thermosphère, la couche dans laquelle les petits corps du système

solaire se consument en donnant lieu à des météores ou étoiles filantes. Au-delà de 500

kilomètres environ, on parle de l'exosphère. A ce niveau, les principaux constituants sont

l'hydrogène et l'hélium. Ceux-ci ne sont plus guère liés à la Terre et peuvent donc échapper à

sa gravité et fuir vers le milieu interplanétaire.

Le magnétisme

Un autre élément tout aussi important dans le voisinage de la Terre est le champ magnétique.

Comme nous pouvons le vérifier tous les jours à l'aide d'une boussole, la Terre est pourvue d'un

champ magnétique. Celui-ci trouve probablement son origine dans les courants électriques qui

circulent dans la partie liquide du noyau de fer de notre planète. L'axe du champ magnétique

n'est pas aligné sur l'axe de rotation, mais incliné d'environ 11 degrés. Ceci explique que le

pôle nord magnétique se trouve au Canada, relativement loin du pôle nord géographique défini

par l'axe de rotation.

L'action du champ magnétique donne naissance à une région appelée la magnétosphère, dans

laquelle le mouvement des particules est dicté par le champ magnétique terrestre. La forme de

la magnétosphère est définie par l'interaction des particules du vent solaire avec notre champ

magnétique et dépend donc de l'activité de notre étoile. Dans la direction du Soleil, la

magnétosphère s'étend en moyenne jusqu'à 60 000 kilomètres, mais dans la direction opposée,

elle s'étire en formant une queue qui peut s'étendre jusqu'à des millions de kilomètres.

Une vue d'artiste de l'interaction entre le vent solaire et la magnétosphère terrestre (échelle non

respectée). Crédit : ESA

Lorsque les particules du vent solaire atteignent notre planète, la plupart sont déviées par le

champ magnétique et contournent la magnétosphère. Les quelques particules qui réussissent à

pénétrer sont piégées et se mettent à tourner en spirale autour des lignes de champ et à

voyager alternativement d'un pôle magnétique à l'autre. Ce mouvement donne naissance à deux

zones riches en particule, les ceintures de rayonnement de Van Allen, du nom de leur

découvreur. Chacune de ces zones à la forme d'un anneau qui entoure la Terre. La première se

trouve à environ 5000 kilomètres d'altitude et contient surtout des protons énergétiques, la

seconde se trouve à 25 000 kilomètres et contient des électrons et des protons d'énergie

moindre. Notons que les ceintures de Van Allen constituent la première grande découverte faite

par les satellites artificiels.

De temps à autre, en particulier après une éruption solaire, des électrons et des protons

énergétiques réussissent à pénétrer dans la haute atmosphère au niveau des régions polaires.

Elles ionisent alors les atomes et les molécules présentes et donnent lieu à un phénomène

lumineux appelé aurore boréale ou australe selon le pôle en question.

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